（1吉林建筑大学市政与环境工程学院，长春 130118；2长春科技学院建筑工程学院，长春 130600）
基金项目：吉林省大学生创新创业训练计划项目(2017G11024)
摘要：生物滞留设施、下凹式绿地是海绵城市建设中的关键技术，这两种技术均需对下垫面进行改善，即提高下垫面入渗速率，力求在降雨过程中更快的吸纳地表径流雨水。本研究采用秸秆对土壤进行改良，考察投加比为10%、20%和30%条件下，改良后土壤入渗速率、累积入渗量、pH和有机质含量等指标。结果得出，投加量30%秸秆稳定入渗速率达到2.08mm/min，较原土提升约4.8倍；90min累积入渗量达到42.3cm，较原土提升约3.4倍，如将改良后土壤应用于下凹式绿地或生物滞留设施下垫面中，可显著降低地表径流量。
关键词：秸秆；土壤改良；入渗速率
1.概述
近年来，城市化进程日益加快，城市规模性的扩大改变了原有下垫面结构，硬质铺装面积越来越大，造成城市内涝问题频繁发生[1,2]。为解决频发的城市内涝问题，2015年国务院印发了《关于推进海绵城市建设的指导意见》，目标是通过海绵城市建设，综合采取“渗、滞、蓄、净、用、排”等措施，最大限度地减少城市开发建设对生态环境的影响，将70%的降雨就地消纳和利用。目前海绵城市建设中常用技术主要有生物滞留设施、下凹式绿地、植草沟和绿色屋顶等，其中生物滞留设施和下凹式绿地技术应用较广泛，这两项技术均可实现雨水滞留、下渗、减排，但在应用过程中需对下垫面进行改善，增加雨水入渗速率来提升其效果[3]。
农作物秸秆是世界上最为丰富的物质之一，是粮食作物和经济作物生产中的副产物，产量巨大，我国有约有70%的秸秆作为生活能源、就地焚烧或直接还田等，秸秆焚烧严重污染环境[4,5]。本研究利用秸秆对城市下垫面土壤进行改良，并对改良土壤入渗速率、累积入渗量及pH和有机质等性质进行测定，力求将改良后土壤应用于海绵城市建设中。
2.试验材料与方法
2.1玉米秸秆
玉米秸秆采用研磨机粉碎，粉碎后经1mm标准筛进行筛分，过筛粉末按照与土壤重量比10%、20%、30%混合后进行土壤渗透性试验。
2.2试验装置
土壤渗透性及净化试验装置为圆柱体UPVC材质器形，内径10cm，高12cm。底部设有出水口。
2.3试验方法
实验室模拟雨水作为水源，蠕动泵进水作为模拟降雨供水，试验装置保持在30mm自由水头，底部渗水时起每间隔2、5、10、20、30min记录下渗水量，并检测出水水质。
3.结果与讨论
3.1 秸秆改良对土壤入渗率的影响
秸秆按不同比重与土壤混合，进行雨水渗滤试验，结果如表1所示。
从表中可与看出，土壤稳定后入渗率较初始阶段入渗率低，分析其原因是，初始阶段土壤持水量较低，大部分入渗水被土壤吸附，直至到饱和态，因而初始入渗速率较稳定后大。从表中还可看出秸秆投加比越大稳定后土壤入渗率也越高，从纯土壤的0.43mm/min增加秸秆投加比为30%时的2.08mm/min，主要是秸秆内部有密集多孔结构，投加量增大可以提高土壤孔隙率，从而加大土壤入渗速率。
3.2 秸秆改良对土壤累积入渗量的影响
本研究对原状土、投加10%、20%和30%秸秆的土壤累积入渗量进行了研究，为确保准确反映土壤入渗性能，本研究做5组平行样，取五次试验数据平均值作为该中土壤的90min累积入渗量。
试验过程中发现，不同土壤在前30min入渗量差别不大，90min累积入渗量有较大差异。其中原土的90min累积入渗量仅为12.3cm，投加10%秸秆的改良土90min累积入渗量则达到21.1cm，是原土入渗量的1.72倍，而投加30%秸秆的改良土90min累积入渗量达到42.3cm。说明使用秸秆对土壤进行改良可有效提高土壤累积入渗量，如将改良土壤应用于海绵城市相关技术下垫面改善，可有效提高径流雨水入渗量。
3.3 秸秆改良对土壤pH的影响
土壤中投加秸秆粉末后在厌氧条件下进行发酵腐熟，腐熟2个月后对土壤的pH进行了测定。测定结果显示，投加秸秆进行改良的土壤pH均低于与原土，说明投加秸秆后秸秆在土壤内腐解影响土壤pH，但差异较小，秸秆投加比在30%时，pH仅比原土低0.38。一直认为农作物生长的适宜土壤pH值在6.5-7.0之间，因此改良后土壤pH对作物种植影响不大。
3.4 秸秆改良对土壤有机质的影响
土壤有机质含量是土壤肥力重要组成部分，是衡量土壤质量好坏的一个重要指标[7]。试验期间对改良后土壤进行腐熟，腐熟2个月后对土壤的有机质含量进行了测定，结果显示，投加秸秆有利于土壤有机质含量的提升，均明显高于原土的18.3g/kg，且投加量越高改良后土壤有机质含量越大。
4.结论
海绵城市建设下垫面改善是一项重要内容，如下凹式绿地、生物滞留设施等技术下垫面改善，本研究采用秸秆对土壤进行改良，并对改良后土壤进行2个月的腐熟，测定腐熟后土壤性质，得到如下结论：
（1）以粉碎型秸秆按照试验土壤重量10%、20%、30%混合添加。秸秆平均初始入渗速率6.0 mm/min，平均稳定入渗速率1.5 mm/min，均高于原土；施加量30%秸秆稳定入渗速率达到2.08mm/min。
（2）经秸秆改良后土壤90min累积入渗量均高于原土，投加10%秸秆的改良土90min累积入渗量则达到21.1cm，是原土入渗量的1.72倍，而投加30%秸秆的改良土90min累积入渗量达到42.3cm。如将改良后土壤应用于下凹式绿地或生物滞留设施下垫面中，可显著降低地表径流量。
（3）测定腐熟2个月后秸秆改良土壤pH和有机质含量发现，改良土壤pH变化不大，但有机质含量明显提升，改良土壤不仅提高了入渗速率，还对植被种植起到有利影响。
参考文献
[1]Line D E, White N M. Effects of development on runoff and pollutant export [J]. Water Environment Research, 2007, 79(2): 185-190.
[2]曾思育,董欣. 城市降雨径流污染控制技术的发展与实践[J].给水排水,2015,10:1-3.
通讯作者：陆海，博士，副教授，从事水处理方面的研究。
论文作者:于晶1 李广1 陆海2 张昕然1 马玉莹1 赵红飞1
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2018年3月下
论文发表时间:2018/9/11
标签：入渗论文; 土壤论文; 秸秆论文; 速率论文; 径流论文; 有机质论文; 海绵论文; 《新材料.新装饰》2018年3月下论文;