长期造纸废水灌溉条件下湿地土壤特性研究

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由于全球气候不断变暖和工业化程度的提高,湿地面积呈现不断缩减状态。辽河口湿地面临严峻的水资源短缺问题,同时地下水补给条件差,天然降水不够,位于湿地内部的造纸厂沿河分布,废水流经湿地,且废水排放量大,湿地废水灌溉不可避免。为研究不同土层及不同生育期湿地土壤特性的变化,分析长期废水灌溉条件下湿地土壤中各指标含量的迁移特征。利用小试装置模拟辽河口天然芦苇湿地,采用CODcr浓度分别为50mg·L-1、175mg·L-1、300mg·L-1的造纸废水,分别在不同生育期(出苗期、展叶期、拔节期、抽穗开花期和成熟期)进行灌溉,以2009年土壤容重、孔隙度、有机质、总氮、总磷及重金属等含量为基底值,从2009年~2015年,每年进行灌溉,测定经过长期灌溉后2015年土壤容重、孔隙度、有机质、总氮、总磷及重金属等含量,分析2009年~2015年各含量的比值。主要的研究结果如下:(1)经过长期灌溉不同质量浓度的造纸废水后,容重随土层深度的增加,容重不断减少。孔隙度随着土层深度的增加,孔隙度呈不断减少的趋势。长期灌溉不同浓度造纸废水后,土壤容重变化趋势随废水灌溉质量浓度增加,土壤容重逐渐减少。在芦苇不同生育期灌溉不同浓度的造纸废水,土壤孔隙度随着土层深度的增加,孔隙度不断减小,在0~5cm 土层孔隙度达到最大值。质量浓度为300mg·L-1处理时,土壤孔隙度变化最大,175mg·L-1处理时变化量最小。(2)经过长期灌溉不同质量浓度的造纸废水后,对土壤有机质含量及变化量的影响,在土壤表层中有机质含量最高为5.01%。相反底层土壤有机质变化量增长率最高为1.88%。芦苇不同生育期灌溉不同浓度的造纸废水,在0~5cm 土层,质量浓度为300mg·L-1处理时,土壤有机质含量增长率最高为3.97%。而芦苇处在展叶期时,质量浓度为50mg·L-1处理时,在0~5cm 土层有机质含量增长率最高为3.62%。抽穗开花期时土壤中有机质含量积累较多,此时芦苇对有机质的吸量较少,使大量有机质积累在土壤中。(3)经过长期灌溉不同质量浓度的造纸废水后,在芦苇不同生育期时,土壤中总磷在0~5cm 土层中含量最大为0.75g·kg-1。质量浓度为300mg·L-1处理总磷含量最大,质量浓度为50mg·L-1处理总磷含量最小。土壤中总氮含量随生育期呈现规律为:出苗期>抽穗开花期>展叶期>成熟期>快速生长期。土壤中总氮变化量随灌溉质量浓度不同,没有很好的规律可循,但随土层深度的增加,土壤中总氮变化量逐渐减少。(4)经过长期灌溉不同质量浓度的造纸废水后,土壤中铅离子在5~10cm 土层中含量最大为62.39mg·kg-1,在40~60 土层中含量最小为45.63mg·kg-1。结果表明,中上层土壤铅离子含量大于底层铅离子含量,原因可能为芦苇对表层铅离子吸收的较少,使大量铅离子在表层产生积累。结果表明:随着废水灌溉时间的增长,土壤中铅离子含量不断增加,使得铅离子变化量显著增加。底层土壤铜离子含量最小为12.53mg·kg-1,废水中的铜离子由于土壤颗粒吸附的作用,大量铜离子富集在土壤中上层;土壤镉离子含量变化不均,大量的镉离子富集在土壤中层和底层,表层土壤中镉离子含量相对较少。表层镉离子变化量最大为2.00mg·kg-1。大量的铬离子含量富集在土壤表层为53.76mg·kg-1,说明芦苇对表层土壤中的铬离子吸收较少。中上层土壤锰离子含量明显大于底层锰离子含量,说明废水灌溉后,由于芦苇对锰离子吸收的较弱所导致。土壤锰离子变化量在不同土层各有分布,且在中下层分布较多;锌离子含量在不同土层中没有很好的规律可循,说明并不是越底层或表层,其锌离子含量就越大或越小,土壤锌离子变化量在不同土层各有分布,且随着土层深度增加,变化量逐渐减少。(5)芦苇不同生长期灌溉不同浓度造纸废水,土壤铅离子含量在质量浓度为300mg·L-1处理时,铅离子含量最大,质量浓度为50mg·L-1处理时,土壤中铅离子含量最小。在5~10cm土层铅离子含量最高为62.39mg·kg-1。土壤铜离子在各层的分布比较相似。在5~10cm土层中,铜离子含量最大为59.49mg·kg-1,在40~60cm土层中,铜离子含量最小为45.28mg·kg-1。成熟期土壤中铜离子变化量最大,说明在成熟期灌溉造纸废水后,芦苇对土壤中铜离子吸收较弱。土壤镉离子在0~5cm土层,质量浓度为300mg·L-1处理含量最高。镉离子变化量在质量浓度300mg·L-1处理的变化量最大,50mg·L-1处理变化量最小。土壤铬离子含量在0~5cm土层中含量最高。灌溉废水质量浓度越大,土壤中的铬离子含量越多。铬离子变化量随芦苇生育期的变化趋势为成熟期>抽穗开花期>拔节期>展叶期>出苗期。土壤中锰离子含量在质量浓度300mg·L-1处理时,在0~10cm土层中锰离子含量最大,之后在40~60cm土层锰离子含量最小。锰离子变化量与锰离子含量变化相似。土壤中锌离子含量随着灌溉质量浓度的增加,锌离子含量越大。土壤锌离子变化量随生长期变化规律为成熟期>拔节期>抽穗开花期>展叶期>出苗期。灌溉不同质量浓度的造纸废水与土壤理化性质指标具有显著相关性。
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