不同污泥施用方式下赤红壤坡地水土流失的特征

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福建农林大学学报(自然科学版) Journal of Fujian Agriedhure and Forestry University(Natural Science Edition) 第39卷第3期 2010年5月 

不同污泥施用方式下赤红壤坡地水土流失的特征 

陈炎辉 ,陈文祥 ,王果 ,陈明华 ,杨舜成 ,柴鹏 

(1.福建农林大学资源与环境学院,福建福州350002;2.福建省水土保持试验站,福建福州350003) 

摘要:研究人工模拟降雨条件下,撒施、撒施+草和穴施3种污泥施用方式对赤红壤坡地水土流失的影响.结果表明,污泥 施用后的前期(I和18 d)径流中,撒施、穴施与对照(不施污泥)问的径流量差异不明显,撤施颗粒物含量和流失量均达到 峰值,分别为5387.7 mg・L 和82.0 g・m~,分别是对照和穴施对应峰值的1.1—2.0和1.2—2.0倍,此后撤施径流量、颗 粒物含量和流失量均呈不同程度的降低趋势.模拟试验期间,撒施+草处理降低径流量,削减径流颗粒物和悬浮物流失的 效果最为显著;撒施降低径流量和削减颗粒物流失的效果仅次于撤施+草处理,但撒施径流悬浮物流失最为严重;穴施径 流量和颗粒物流失量是3种污泥施用方式中最高的,而悬浮物流失量则仅次于撒施. 关键词:施用方式;模拟降雨;坡地;径流;颗粒相 中图分类号:S157.1 文献标识码:A 文章编号:1671-5470(2010)03-0301-06 

Effects of sewage sludge application methods Oil soil and runoff 

losses from sloping plots on lateritic red soil 

CHEN Yan—hui ,CHEN Wen—xiang ,WANG Guo ,CHEN Ming—hua2,YANG Shun—cheng ,CHAI Peng (1.College of Resources and Environmental Sciences,Fujian Agriculture and Forestry University,Fuzhou,Fujian 350002, China;2.Water and Soil Conservation Experimental Station in Fujian,Fuzhou,Fujian 350003,China) 

Abstract:In order to prevent the loss of the eontarninants of sewage sludge with runoff,the effects of apphcafion methods of sewage sludge on runoff and soil loss by erosion from sloping plots amended 山sewage sludge on lateritie red soil were studied under simu- lated rainfall conditions.When the sludge was mixed with the surface soils for 1 day or 18 days,there were not significant difer- ences in the runoff amounts among the broadcast印plication,hole—application and the contro1.However,the particulate concentra- fions and loss amounts in runoff from the broadcasted plots were highest among the three treatments,being 5387.7 mg・L一 and 82.0 g・m~,and 1.1—2.0,1.2—2.0 times of the corresponding peak ValUeS of the control and hole—application,respectively. The runoff amounts,the concentrations and the particulate loss amounts of the broadcasted plots diminished gradually with time. During the whole experimental period,the most significant effects in reducing the runoff amounts,the loss amounts of particulate and total suspended solids were:observed for the broadcasted plots with hay mulch.The runoff amounts and the particulate loss amounts were the lowest while the loss amount of total suspended solids Was the highest from the broadcasted plots compared with the hole-ap一 ed and control plots.Among the three treatments,the amounts of runoff and the particulate loss were the highest from the hole-ap- plied plots.The loss amounts oftotal suspended solids from the hole—applied plots were less than the broadcasted plots. Key words:application methods;simulated rainfall;Moping field;runoff;particulates 

污泥含有丰富的有机质和氮磷等营养元素,施用污泥可显著改善土壤理化性能,促进植物生长¨J,适 宜对退化土壤进行修复和改良口 .在环境容量较小的南方赤红壤坡地施用污泥的潜在风险在于南方多 雨,地表径流强,累积于坡地上的污泥污染物易在降雨一径流作用下产生面源污染.探讨坡地施用污泥后 

的水土流失特征,可为评估赤红壤坡地上污泥污染物随径流的流失风险提供参考.研究表明,表施污泥可 在一定程度上削减雨滴动能,防止表土结皮,提高土壤渗透性,且免耕可显著减少径流泥砂的流失 I4 J. 

ojeda et all5 研究指出,污泥表施可促进地表植被生长,恢复土壤碳氮循环,减少土壤侵蚀和径流产生. Joshua et al【6 研究表明,施用污泥可提高表土吸持雨水的能力,减少径流量.研究表明,污泥施用区径流量 和颗粒物流失量均显著低于对照 -9J.Deizman et al¨ 研究表明,表施和混施污泥均可有效降低径流量和 

收稿日期:2009—09—02 修回日期:2009—1O一22 基金项目:教育部重点项目(204075);福建省科技厅重大项目(2005YZlO01). 作者简介:陈炎辉(1980一),男,讲师,博士.研究方向:环境生态.通讯作者王果(1957一),男,教授,博士生导师,博士.研究方向:土壤环境 化学与污染生态.Email:gwang572003@yahoo.coin.Cl1.

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颗粒物流失量.Sort¨ 发现,在石灰石矿区土壤上施用污泥,在最初2年可明显促进土壤团聚体的形成和 

结构的稳定,减少水土流失.上述研究多集中在缓坡地甚至是荒漠草原上,地形较为缓和,无法表征在地形 

复杂、类型多样的中国南方丘陵山地施用污泥可能引发的水土流失特征.因坡地施用污泥的水土流失特征 

与污泥污染物的径流流失具有极为密切的关系,本试验在南亚热带可能出现的强降雨条件下,在赤红壤坡 地上(直形坡、坡度15。、裸地条件)施用大量污泥,研究不同施用方式(穴施、撒施和撒施+草)下,坡地水 

土流失随时间的变化特征,旨在为确定赤红壤坡地上污泥的合理施用方式,降低可能引发的面源污染风险 提供参考. 

1材料与方法 

1.1小区设计 野外原位模拟试验布设在福建省厦门市集美水土保持试验站(118。0 23 E、24。37 9.6”N)内.厦门市属 

亚热带海洋性气候,年均气温21℃,多年平均降雨量在1100 mm左右,雨量多集中在5—8月份.试验径流 

小区建在l5。的山坡.每个小区宽l m(与等高线平行),长5 m(水平投影),水平投影面积5 m .小区于 2005年砌成后,前期先分层回填土壤(同一处自然坡地土壤的心土层、花岗岩发育的酸性赤红壤的性质见 

表1),填土深度大于100 em,用少量水喷洒土壤表面,使表土保持平整,并自然沉实一段时间. 表1供试土壤和污泥的部分理化性质 Table 1 Physical and chemical properties of seil and sewage sludge studied 

pH水土比为2.5:1,质地测定采用吸管法,颗粒按国际制分级,其余指标参考文献[12]的方法测定. 

1.2试验处理 试验污泥(性质见表1)取自厦门市海沧污水处理厂,将湿污泥晾干,捣碎,过5 min筛,备用.污泥施 

用方式分对照(不施污泥)、撒施、撒施+草和穴施,各处理重复2—3次,随机区组排列.污泥于2006年9 月2日一次性施人土壤. 1.2.1撒施将6O kg污泥均匀撒在单个小区土面上,用竹耙将污泥与表层约15 em的土壤混匀,保持坡 

面平整. 1.2.2撒施+草污泥撒施坡面全园覆盖百喜草,厚度约5 crfl,盖度100%. 1.2.3穴施在每个小区挖3个深度约35 cm、直径约60 em的土穴(均匀分布),每穴施人污泥20 kg,表 

面盖一层厚度约5 em的土壤,并保持坡面平整. 

1.3人工模拟降雨与室内测定 严重的地表径流和土壤侵蚀多发生在历时较短而雨量强大的暴雨中.本试验人工模拟当地可能出现 的大暴雨,分别于污泥施用后1、l8、65、125、195 d进行5组人工模拟降雨,每组降雨持续20 min,降雨强 

度分另0为(1.473 4-0.09)、(1.468±0.18)、(1.502±0.09)、(1.531土0.13)、(1.505±0.14)mm・rain一 . 人工模拟降雨采用中国科学院水利部水土保持研究所研制的组合侧喷式模拟降雨器.事先率定不同 压力、孔板条件下,单台侧喷式降雨机的降雨强度和均匀系数,进一步率定一组侧喷式降雨机组合后的平 

均降雨强度,并确定最佳降雨区域及降雨机间的间隔距离.率定试验后,产流试验最终统一选定直径为13 lrllTl的出流孔板,在压力为0.2 MPa、降雨时间为20 rain的条件下,模拟大暴雨级的降雨,均匀系数达85%