秸稈土壤滲透性改良技術(shù)在海綿城市建設(shè)中的 應(yīng)用分析

杜志威 陸 海 李 廣 張 楠 吳思月

（1吉林建筑大學(xué) 市政與環(huán)境工程學(xué)院， 吉林 長(zhǎng)春 130118；2吉林科龍建筑節(jié)能科技股份有限公司， 吉林 長(zhǎng)春 130022； 3長(zhǎng)春市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站， 吉林 長(zhǎng)春 130012）

0 前言

我國(guó)目前對(duì)于城市現(xiàn)代建設(shè)的一系列問題里，洪澇災(zāi)害尤為突出，同時(shí)在如何綜合利用雨水方面一直在探索，近幾年我國(guó)提出和發(fā)展海綿城市理念，對(duì)水資源充分優(yōu)化分析，力求改善城市的生態(tài)環(huán)境。在海綿城市理念中，下凹式綠地能夠很好的反應(yīng)該理念，并且是海綿城市建設(shè)中一個(gè)必不可少的組成部分。

農(nóng)作物的秸稈是在收獲糧食后留下來(lái)的廢棄物，由于我國(guó)人口眾多，糧食產(chǎn)量高，導(dǎo)致農(nóng)作物的秸稈產(chǎn)出量每年達(dá)到 8億t，占全世界總量的 30%0。經(jīng)過(guò)大量的試驗(yàn)證明，秸稈含有有機(jī)物質(zhì)高達(dá) 50%以上，其中氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)含量特別高，還含有各種微量元素，因此秸稈是一種重要的可再生資源00。然而，我國(guó)對(duì)秸稈資源的綜合利用率低，回收難度大，絕大部分的秸稈在土地上堆砌燒毀，這不僅是在嚴(yán)重浪費(fèi)資源，同時(shí)也對(duì)生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重破壞0。

將城市和自然的土壤作一個(gè)比較，會(huì)發(fā)現(xiàn)理化性質(zhì)有很大的不同，以及覆蓋大部分不透水的硬化材料，更加導(dǎo)致了城市當(dāng)中的土壤結(jié)構(gòu)以及理化性質(zhì)被破壞00。城市中的地面時(shí)刻受著人類活動(dòng)所造成的壓力，然而，土壤遭受壓力后其

物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生變化:土壤的容重變大、土粒之間的孔隙度變小、通氣孔隙降低、對(duì)水的滲透性變差、土壤的蓄水能力減弱、飽和導(dǎo)水率和非飽和導(dǎo)水率都有所降低。其次，土壤遭到壓實(shí)后會(huì)影響水、氣的滲透與儲(chǔ)存能力，向土壤底層移動(dòng)的根系和土壤動(dòng)物活動(dòng)等受到限制00。

本題將秸稈資源化，用于改良土壤滲透性，根據(jù)不同的腐熟菌種實(shí)驗(yàn)來(lái)提高秸稈的腐熟效率，從而提高對(duì)土壤滲透性的改良效果。同時(shí)利用改良土壤作為下墊面建設(shè)城市下凹式綠地，具有提高下凹式綠地服務(wù)面積“削峰滯洪”和秸稈資源化利用雙重意義。下凹式綠地顧名思義，它的高程低，通常比它附近的路面高程要低，是一種公共綠地。下凹式綠地中配有排水設(shè)施，集水口要低于周圍路面，略高于綠地最低處。同時(shí)能夠降低延緩洪峰流量，同時(shí)對(duì)地表徑流起到凈化作用。這是利用生態(tài)調(diào)節(jié)雨水徑流的方式，下凹式綠地可應(yīng)用在新建城區(qū)、濕地公園、開發(fā)區(qū)和工業(yè)園區(qū)等。

1 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展

目前在國(guó)外大多數(shù)綜合實(shí)力較為的強(qiáng)盛國(guó)家，焚燒秸稈是不被允許的，加拿大 85%的更低位于西部大草原，為減少風(fēng)蝕和水蝕的影響，采用保護(hù)性耕作，其秸稈還田面積占總耕面積的70%以上0。即便是美國(guó)，一個(gè)農(nóng)業(yè)較為發(fā)達(dá)的國(guó)家同樣注重保護(hù)性耕作，他們充分利用秸稈，將其盡可能回用到田地中，在 2015年還田率約為 65%，預(yù)計(jì)在2020年達(dá)到70%以上的還田率0。澳大利亞為避免水土流失問題采用免耕或少耕，采用秸稈覆蓋還田，這一方法使澳大利亞的農(nóng)業(yè)發(fā)展得到巨大提升。

目前，我國(guó)對(duì)于秸稈的處理及利用還在一個(gè)初級(jí)階段，到處可見秸稈被焚燒，焚燒產(chǎn)生的熱量蒸發(fā)掉土壤中的水分，土壤開始板結(jié)，土體結(jié)構(gòu)和物理性狀均受到影響。

1.1 秸稈對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的影響

土壤一切物理性質(zhì)的測(cè)定會(huì)受到方方面面的影響，即使在一片土地上，各個(gè)地方各個(gè)深度都有一定的差別。吳崇海0在設(shè)立多組的試驗(yàn)中得出結(jié)論，經(jīng)過(guò)與原樣空白比較，各處理的土壤交換量高1.4-2.2 cmol/kg，土壤容重下降 0.14-0.18 g/cm3，總孔隙度增加 5.6-7.4%的結(jié)果。杜守宇0通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出，秸稈覆蓋在土壤上可以保護(hù)土壤表面，減少雨水沖刷的力道，有效減少土壤所受到的壓力，防止出現(xiàn)下沉。并且可以避免陽(yáng)光直射在土壤上，減緩?fù)寥乐兴纳⑹В３滞寥赖睦砘再|(zhì)穩(wěn)定。此外，秸稈中含有有機(jī)質(zhì)，施加在土壤后能提高該含量，有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦迟|(zhì)后增多團(tuán)粒的數(shù)量以及增大團(tuán)粒表面積。在一定的體積下，團(tuán)聚體的數(shù)量越多，土壤的孔隙度越高，使得容重下降，土壤的透水性有所改善，為土壤形成較為優(yōu)良結(jié)構(gòu)提供條件，故使土壤性質(zhì)徹底得到改變。

秸稈分解后能產(chǎn)生腐殖質(zhì)這種黏性物質(zhì)，能夠聚集團(tuán)粒，改變土壤中團(tuán)粒的結(jié)構(gòu)0，團(tuán)粒聚集形成更大的聚體，土體中的孔隙變大，水氣在土中流通更暢通。秸稈采用覆蓋方式后，能使淺層的表層土壤孔隙增加 50～500μm0，在秸稈保護(hù)下能夠防止土的流失，進(jìn)而加強(qiáng)土壤的結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性0。Rajan0等研究得出土壤上覆蓋秸稈，可減少 33%的水土流失。

1.2 秸稈對(duì)土壤水分的影響

水在土壤中占有一定的比例，是影響土壤性狀的重要因素，秸稈填加到土壤后對(duì)水分的影響很大。在無(wú)補(bǔ)給水的情況下，秸稈腐解的過(guò)程是耗水過(guò)程，因此會(huì)產(chǎn)生消耗本屬于作物的水分。秸稈被徹底轉(zhuǎn)化后，產(chǎn)生的有機(jī)質(zhì)優(yōu)化了土壤結(jié)構(gòu)，恢復(fù)了自然功能的土壤又會(huì)具有良好的保水能力，從而使土壤中的水環(huán)境導(dǎo)向原生態(tài)的方向發(fā)展0。由于在自然條件下，降雨時(shí)表層土壤會(huì)受到?jīng)_刷，土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)也因此收到?jīng)_擊，改變了形態(tài)，團(tuán)粒間的空隙減小，形成緊密壓實(shí)，滲透性極為低下的土壤表層，最終導(dǎo)致雨水降入土壤表面后無(wú)法下滲的情況。如果采用秸稈覆蓋土壤的方式，可以對(duì)表層土壤形成一層保護(hù)，減少?zèng)_擊以及減少水分的蒸發(fā)，保證了團(tuán)粒不會(huì)因此受到形態(tài)變化。如此一來(lái)，土壤的滲透性好，雨水降入土壤表面不會(huì)形成徑流，地表徑流量相對(duì)減少。杜守宇0的結(jié)論中，采用秸稈覆蓋土壤的方式不僅擋光，土壤中水分的散失也會(huì)減少，影響作物生長(zhǎng)的雜草也受到阻礙。所以秸稈覆蓋的意義就在于對(duì)土壤中水分的優(yōu)化分配，使植物生長(zhǎng)期需水量減少，需水期用水得到保證，土壤水分的調(diào)配合理，最優(yōu)利用，從而優(yōu)化了土壤中水分的綜合利用。周凌云表明0，土壤經(jīng)過(guò)秸稈覆蓋后，使耗水系數(shù)控制在7.8%-22.1%范圍內(nèi)，對(duì)土壤中的水分充分利用。

1.3 秸稈對(duì)土壤微生物的影響

土壤中酶活性是土壤中微生物生命活動(dòng)的有效體現(xiàn)，酶活性的大小能夠反應(yīng)土壤中的生化反應(yīng)的程度。土壤中原本含有一定的營(yíng)養(yǎng)元素，秸稈中含有也含有機(jī)物質(zhì)，兩者結(jié)合改變了土壤中的C/N的大小0，對(duì)提高酶促反應(yīng)和土壤氣體交換建立了良好的條件，從而促進(jìn)了土壤中微生物的活動(dòng)，使秸稈的分解速度的到加快。有機(jī)物質(zhì)在土中含量增多，土壤中的各種物質(zhì)所占的比例也會(huì)改變，也必然讓土壤中各種微生物的分布數(shù)量比例改變；在這兩者綜合作用下，能夠得出秸稈填加到土壤后能改善了微生物的生存環(huán)境，更加適合微生物生長(zhǎng)，土壤中微生物的含量獲得提升。

秸稈填加土壤后，由于秸稈中的有機(jī)質(zhì)和各種微量元素含量較高，微生物生命活動(dòng)所需要的營(yíng)養(yǎng)較為充足。研究表明0翻耕還田條件下，晚稻生長(zhǎng)過(guò)程中只有放線菌的含量會(huì)有減少，好氧性細(xì)菌、厭氧性細(xì)菌和真菌在一開始的含量會(huì)有暴增的趨勢(shì)，達(dá)到一定含量開始逐步下降，后期會(huì)劇烈下降。DaLi Yu0在研究中發(fā)現(xiàn)秸稈填加到土壤后，淺層土壤與深層土壤（45 cm之內(nèi)）的菌群分布趨于一致?？梢岳斫鉃樵谕寥谰C合生態(tài)提高后，隨著理化性質(zhì)的改善，土壤總孔隙度變大，便于土壤微生物向下運(yùn)動(dòng)，從而使深度土壤的微生物數(shù)量也能夠提高。秸稈還填到土壤后有效的增加土壤中的微生物總量，相當(dāng)于對(duì)土壤酶活性的一個(gè)提高0，這也對(duì) 土壤中有機(jī)質(zhì)的分解起提升作用。秸稈在土壤中腐解后對(duì)整個(gè)土壤的微生環(huán)境起到提高作用，使土壤中微生物生命活動(dòng)更加劇烈，然而秸稈分解離不開土壤中的微生物，微生物活動(dòng)加快的同時(shí)也加快了秸稈的分解速度，對(duì)土壤的環(huán)境提升有一個(gè)質(zhì)的提高，兩者是相輔相成的關(guān)系。

2 總結(jié)

秸稈資源的充分、高效利用符合循環(huán)經(jīng)濟(jì)及可持續(xù)發(fā)展的要求。目前，我國(guó)在秸稈還田方面已經(jīng)有大量的研究與實(shí)踐，對(duì)于其中取得的成果運(yùn)用在海綿城市領(lǐng)域內(nèi)，擴(kuò)大了秸稈資源的利用領(lǐng)域，進(jìn)一步將秸稈資源化。

根據(jù)上一章的論述，秸稈分解后產(chǎn)生腐殖質(zhì)，這種無(wú)機(jī)膠體對(duì)水中污染物有較強(qiáng)的吸附性，在微生物降解的共同作用下能有效凈化水質(zhì)。同時(shí)有機(jī)質(zhì)和微生物的生命活動(dòng)能使土壤容重降低，總孔隙度增加，從而令土壤滲透性、持水性增大，土壤生態(tài)環(huán)境得到改善。因此可將這些理論應(yīng)用在海綿城市建設(shè)中的下凹式綠地當(dāng)中。