首页 > 论文范文 > 工程工业论文 > 工程综合论文 > 环境科学论文 > 农业废弃物在土壤侵蚀防治中的应用

农业废弃物在土壤侵蚀防治中的应用

2025-03-30 75 上传者：管理员

摘要：为了研究利用废弃物减少土地土壤侵蚀的效果，利用模拟降雨，在选定的土地斜坡上，测试废弃物覆盖对防治土壤侵蚀的效果。结果表明，随着废弃物覆盖量的增加，总径流量、泥沙浓度和泥沙总量逐渐减少，废弃物覆盖可抑制土壤侵蚀，1.2kg/m2的废弃物覆盖量在控制土壤侵蚀方面效果最好。

关键词：
土壤侵蚀率
废弃物
总径流量
模拟降雨
泥沙浓度
加入收藏

1、概述

地表土壤被流动的水､风或冰带走或流失,对农田的肥力､水生态系统､环境管理和作物生产都会产生负面影响[1-2]｡土壤水蚀过程受降雨､土壤系统､土地地形､土地坡度､作物覆盖状况以及管理实践等许多变量的控制[3]｡泥沙迁移过程主要受径流输沙能力的影响,泥沙的迁移能力取决于径流速度[4]｡土壤保持的方法多种多样｡各种天然有机覆盖物如作物残叶､木屑､树皮屑､生物土工织物等,都可用于土壤保持[5]｡有机覆盖物的第一个好处是它直接保护土壤表面不受雨滴的影响,减少水滴侵蚀和土壤分离｡其次,覆盖物通过增加土壤表面的水力粗糙度,降低土壤表面流速和输送能力｡第三,覆盖物在降雨期间保持水分和土壤,特别是当其干燥时,具有保持水分和土壤的最有效能力[6]｡红薯叶作为一种我国南方常见的农业废弃物,若不及时处理,可能会带来严重的环境污染｡因此,选择红薯叶作为有机覆盖物,既可有效防止土壤侵蚀,又可解决废弃物带来的污染问题｡

因此,本文通过降雨模拟试验,研究不同土地坡度条件下和不同废弃物覆盖量对径流､泥沙浓度和土壤侵蚀率的影响,并对其进行量化｡

2、材料与方法

本研究使用的试验装置是为了研究不同土地坡度和不同废弃物(红薯叶)覆盖处理条件下的泥沙流出量｡试验装置包括一个降雨模拟系统和一个倾斜水槽｡

2.1试验设计

降雨模拟系统产生的降雨与自然降雨几乎一致｡研究中所产生的降雨均匀性系数为90%,雨滴的终端速度约10m/s｡采用不同类型的喷嘴和针头,设计和研制降雨模拟装置,经过多次反复试验,模拟装置的针头间距为20cm×20cm时,降雨均匀系数､雨滴大小和雨滴终端速度最佳｡试验采用长12m､宽1.5m的填土倾斜水槽作为试验场地,通过调整倾斜水槽的角度,获得土地坡度的变化｡

土壤和滤料的粒度分布分别在实验室按照标准的筛分分析技术进行测定｡在测定前,取约1kg的干燥土壤材料放入烤箱烘干｡使用环刀法,测试用作填料的黏性土密度｡试验土壤中,沙土含量50.5%,淤泥含量33.8%,黏土含量15.7%,质地类砂质壤土的土壤物理参数见表1｡往倾斜水槽中填入厚30cm的试验土壤,将土均匀压实,以达到土壤的目标容重,而土壤的目标容重通过使用土壤螺旋钻进行多次分层采样确定｡

表1土壤的物理参数

2.2记录和控制装置

在试验区(水槽)的下端放置一个径流导流盘,用于将径流输送到测量槽口,安装时要确保径流不会泄漏或溢出｡在总径流末端安装一个90°的V形缺口,以便准确测定总径流量｡使用的各种其他设备还有多槽分流器､径流收集罐和测量筒等｡每次收集径流的时间间隔为10min,径流通过一个多槽分流器输送到径流收集池中,经过充分搅拌后,从中收集100cm3的样本,以收集到的小样本代表整个径流｡将收集的样本放入105℃的烤箱中烘干24h,测出样本中的泥沙重量,然后将100cm3样本中的泥沙量转换为总径流中的泥沙浓度(ppm)和泥沙总量(g),然后计算土壤侵蚀率(g/m2·min)｡

2.3试验处理

在试验槽中填满土壤并进行适当的覆盖处理后,利用降雨模拟器,以极低的降雨强度进行模拟降雨,使土壤完全饱和｡土壤饱和后,将降雨强度调整到所需水平｡借助坡度调节装置,调整水槽达到所需坡度｡降雨模拟器在规定的时间内运行,并记录产生的总径流量｡从收集的径流中提取多个样本,确定泥沙浓度和泥沙总量｡本研究选择的降雨强度为15cm/h,降雨时间10min,坡度为0°､5°和10°｡参数选择是根据本地的气象条件和地质条件进行的｡使用农业废弃物(红薯叶)对土壤进行覆盖处理,废弃物覆盖量为0.8､1.0和1.2kg/m2｡每次降雨前,将红薯叶沿水槽均匀摊铺｡

2.4试验地块的准备

本研究采用尺寸为长12m×宽1.5m的倾斜水槽作为试验地块｡在填充土壤前,先铺设一层约5cm的粗沙过滤层,以创造自然向下排水的条件｡在粗沙过滤层上,使用分层填土方法进行土壤填充,连续填充6层,每层5cm｡在填土前,先将土壤晒干,去除所有杂物｡每层土壤在填充前都经过一定程度的压实,以达到与实地土壤相同的体积密度｡在水槽的周围设置挡板,并在下部的挡板上设置两个出水口,以便水自由侧向渗流｡

3、试验结果

3.1不同土地坡度和不同废弃物覆盖量对径流量的影响

不同土地坡度和不同废弃物覆盖量收集到的径流量见图1｡可以看出,随着坡度的增加,收集到的径流量逐渐增多,与预期的结果一致｡随着废弃物覆盖量的增加,收集到的径流量逐渐减少,表明废弃物覆盖土壤可以有效减少径流量｡坡度为0°时,径流量与废弃物覆盖量呈线性关系;坡度为10°时,废弃物覆盖量为0.8kg/m2时的径流量为90280cm3,废弃物覆盖量为1.0kg/m2时的径流量为91860cm3,废弃物覆盖量为1.2kg/m2时的径流量为82620cm3｡可见,较高的坡度下,废弃物覆盖量较少时,对径流量的抑制效果较弱｡

图1不同土地坡度和不同废弃物覆盖量收集到的径流量

3.2不同土地坡度和不同废弃物覆盖量对产沙量的影响

不同土地坡度和不同废弃物覆盖量的泥沙浓度和泥沙总量见图2-图3｡可以看出,随着坡度的增加,泥沙浓度和泥沙总量逐渐增多,与预期的结果一致｡随着废弃物覆盖量的增加,泥沙浓度和泥沙总量逐渐减少,且有明显的线性相关性,废弃物覆盖土壤可以有效减少泥沙浓度和泥沙总量｡

泥沙浓度和泥沙总量减少的原因主要有:①废弃物覆盖,保护土壤表面不受雨滴侵蚀,减少飞溅侵蚀和土壤剥离,减少可被径流带走的剥离土壤量｡②废弃物覆盖,提高了土壤表面的水力粗糙度,延缓了地表水的流动,增强了地表水入渗｡③废弃物覆盖,提高了地面的保水性,在水槽下游末端径流速率显著降低｡所有降雨事件中,废弃物覆盖处理显著提高了入渗和蓄水量,显著减少了径流,有效减少泥沙浓度和泥沙总量｡

图2不同土地坡度和不同废弃物覆盖量的泥沙浓度

图3不同土地坡度和不同废弃物覆盖量的泥沙总量

3.3不同土地坡度和不同废弃物覆盖量对土壤侵蚀率的影响

不同土地坡度和不同废弃物覆盖量的土壤侵蚀率见图4｡可以看出,随着坡度的增加,土壤侵蚀率逐渐增大｡随着废弃物覆盖量的增加,土壤侵蚀率逐渐减少｡坡度较低时,废弃物覆盖量与土壤侵蚀率有明显的线性相关性,随着坡度的增加,废弃物覆盖量与土壤侵蚀率的线性相关性减弱｡

图4不同废弃物覆盖量的土壤侵蚀率

不同坡度下,废弃物覆盖土壤和无覆盖物土壤的土壤侵蚀率对比见图5｡由图5可以看出,无覆盖物时的土壤侵蚀率分别为2.67､4.03和5.24g/m2·min｡可见,无覆盖物时的土壤侵蚀率明显高于有废弃物覆盖时的土壤侵蚀率,表明废弃物覆盖对土壤侵蚀有非常好的抑制效果｡

图5不同坡度的土壤侵蚀率

不同土地坡度和不同废弃物覆盖量下土壤侵蚀率的相对减少百分比见图6｡相对减少百分比以无覆盖物土壤的土壤侵蚀率为基数进行计算｡由图6可知,当废弃物覆盖量相同时,不同坡度土壤侵蚀率的相对减少百分比无明显变化｡当坡度相同时,随着废弃物覆盖量的增加,土壤侵蚀率的相对减少百分比有明显增大｡研究表明,1.2kg/m2的废弃物覆盖量对控制土壤侵蚀率有较好效果｡

4、结论

本文利用模拟降雨,在选定的土地斜坡上,测试了废弃物覆盖处理的土壤侵蚀情况｡结论如下:

1)随着坡度的增加,收集到的径流量逐渐增多｡随着废弃物覆盖量的增加,收集到的径流量逐渐减少,废弃物覆盖土壤可以有效减少径流量｡坡度较低时,径流量与废弃物覆盖量呈线性关系｡较高的坡度且废弃物覆盖量较少时,废弃物覆盖对径流量的抑制效果较弱｡

图6不同土地坡度和不同废弃物覆盖量下土壤侵蚀率的相对减少百分比

2)随着坡度的增加,泥沙浓度和泥沙总量逐渐增多｡随着废弃物覆盖量的增加,泥沙浓度和泥沙总量逐渐减少,且有明显的线性相关性,表明废弃物覆盖土壤可以有效减少泥沙浓度和泥沙总量｡

3)无覆盖物时的土壤侵蚀率明显高于有废弃物覆盖时的土壤侵蚀率,废弃物覆盖对土壤侵蚀有非常好的抑制效果｡当废弃物覆盖量相同时,不同坡度土壤侵蚀率的相对减少百分比无明显变化｡当坡度相同时,随着废弃物覆盖量的增加,土壤侵蚀率的相对减少百分比有明显增大｡

4)在不同土地坡度和不同废弃物覆盖量的组合下,1.2kg/m2的废弃物覆盖量在控制土壤侵蚀方面最有效｡废弃物覆盖减少了泥沙的输送,增加了土壤入渗量,使其成为一种有效的水土保持方法｡

参考文献:

[1]王丹月.西北地区土地退化现状及其防治对策[J].大众标准化,2021(23):215-216.

[2]渠立,陈菲菲,方圆,等.不同降雨模式对径流和土壤侵蚀的影响研究[J].地下水,2023,45(5):219-220.

[3]张艳,史飞航,张悦,等.黄河中游土壤侵蚀时空变化及驱动因素[J].水土保持研究,2023,30(5):1-12.

[4]井海梦,赵允格,刘姝延,等.黄土高原风蚀水蚀交错区农田生物结皮对土壤渗透性的影响[J].农业环境科学学报,2023,42(7):1532-1539.