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土壤层,土壤学家将土壤分为3层。A层由表土层组成,易松动,暗褐色,是一种由腐殖质、黏土和其他无机物组成的土壤。B层,通常称之为亚土层,由黏土和其他从A层淋滤下来的微粒组成,几乎没有腐殖质。C层仅包含部分风化的岩石。

剖面

9层土壤层
土壤层 土壤层
如果挖开一个半米深的土坑,就会发现不同的层次,这就土壤层。一个土壤层(soil horizon)d 颜色、硬度、质地与它的上、下层的土壤不同。一个发育良好的土壤一般有三个层次,A层由表土层组成,易松动,暗褐色,有机质含量较好;B层,通常称之为亚表层,有粘土和其他从A层淋滤下来的微颗粒组成,颜色较浅,有机质含量低;C层仅包含部分风化的岩石,成为母质层。土壤剖面就是指从地面向下挖掘而暴露出来的土壤垂直切面,其深度一般是指达到基岩或达到地表沉积体的一定深度。为了研究土壤形态和发育特征,就需要挖开土壤的垂直切面,观测土壤剖面的形态特征,各土层的发育状况及其排列构型。并分别观测各土层的物理、化学、生物学及矿物学特性,从而判断土壤的形成与发育过程和土壤肥力。

豆类影响

土壤层 土壤层
土壤层间钾(非交换性钾)是禾谷类作物(稻、麦)钾素的重要给源,特别是在稻田淹水期间更有利于层间的释放。中国稻麦轮作面积很大,一般产量较高。容易造成土壤中层间钾的耗竭或供钾能力不足现象。尤其南方诸省这种情况愈来愈普遍而严重。有报道,根类作物、豆科作物等利用。研究了禾本科和豆科两类作物对土壤层间钾的利用及钾肥对土壤层间钾的恢复能力,结果表明:
(1)耗竭种植时交换性钾、缓效性钾均能出现“最低值”,它们可分别反映第一部分与第二部分层间钾(非交换性钾)的释放速率;
(2)禾谷类稻、麦较豆类作物大豆、箭舌豌豆吸收层间钾的能力强,随着土壤钾素耗竭程度增加,作物吸钾量明显下降;
(3)无论是禾本科的稻、麦还是豆科作物,新固定的钾比原来的层间钾更有效。

净化作用

简介

土壤层 土壤层
将两种土壤分别填入渗透装置(厚度依次为天然土2、1、0.5m和人工土1、 0.5m)后再在表层覆盖少量雨落管下的泥土,因为这些泥土常期与屋面雨水接触,土中的细菌适应屋面雨水中的有机物,有一定接种作用。最后在表层移植一些植被以改善表层土壤性能,增强渗透装置净化雨水的能力,模拟自然绿地条件下雨水在土壤中的下渗净化过程,为雨水渗透工程应用及污染控制技术措施提供依据。
因城区油毡屋面的比例很大、污染较重,属于不利条件。测定结果表明,它主要为有机污染,色度大,并含有一定量的SS,其它一些污染指标浓度很低。研究结果还表明,污染物主要集中在初期径流中,雨水的利用宜舍弃这部分雨水,经初期弃流后的屋面雨水水质较稳定,SS浓度很小,COD浓度一般可维持在100mg/l左右。因此,用这种屋面雨水做试验用水,测定指标主要为COD。

试验结果分析两种土壤净化作用及比较

2000年雨季屋面雨水渗透净化试验结果表明,两种土壤对屋面雨水中的污染物均有明显的净化作用。经过一段土壤层渗透后,主要污染物COD有不同幅度的下降,下降幅度与运行条件有关。
油毡屋面雨水的BOD5/COD比值很小(0.1—0.2左右),且以溶解性有机物为主。土壤层能较大幅度地去除COD,除了土壤中的微生物作用外,还有植物、土壤对污染物的吸收、过滤、吸附、分解等物理、化学和生物的综合作用,是一个很复杂的过程。
人工土的渗透性能好,能获得较大的渗透量。由于炉渣粒径较大,还带有较多的空隙,为土壤层构成很好的通透性,且增加吸附表面积,为土壤微生物群提供良好的栖息环境。因此,试验结果显示,它比天然土还具有更强的净化作用。以2007年10月20日试验结果,当进水COD浓度保持在初期弃流后的浓度范围时,0.5m厚的两种土层COD去除率在30—40%左右,而1m土层的去除率提高到50—70%左右,净化作用明显。

对屋面雨水的色度也有很显著的去除

效果,如11月2日的试验结果(图3),经过1m厚的土层,油毡屋面雨水的色度可从140度降低到40度左右。对其它几种污染成分的去除作用。从这几种指标看,0.5m深人工土的净化作用与1m天然土的相当。渗透装置对色度的去除效果

净化影响

简介

当负荷增加,0.5m渗透装置的去除率有下降趋势,人工土的下降趋势比天然土明显。因为人工土的渗透速率明显大于天然土,在0.5m较短距离上,雨水与土壤的接触时间也较短,当负荷增加,污染物比较容易穿透渗滤层。而负荷对1m 渗透装置的去除率没有明显影响,说明在试验的负荷范围,下部的0.5m厚土层有足够的保护作用。总的看,人工土渗透装置对COD的去除率高于天然土渗透装置。

渗透深度与COD去除率的关系

垂直渗透试验清楚地表明COD去除率随渗透深度的增加而明显提高。8月5日的试验结果是一个典型的例子,一般在相同深度上,人工土的去除率在较大渗透容量的前提下仍大于天然土,有明显的优越性。以每一渗透柱所有试验的COD平均去除率分析,可以得到同样的结论,出水COD去除率与深度密切相关。清楚地表明污染物在1.5m左右的土壤层中已得到很大部分的去除。说明实际工程中深度至1.5m左右的表层土对污染物净化起重要作用。另一组水平渗透槽试验研究还表明,随着雨水与土壤接触长(深)度的增加,COD去除率可进一步提高,达到90%以上。

渗透装置中污染物的积累

及土壤再生能力的分析土壤中污染物的积累及土壤净化能力的恢复是关系到渗透设施发挥可持续功能的一个重要的安全和工程性问题。
由于降雨的随机性、非连续性及水质水量的波动很大,屋面雨水的渗透过程属非稳态,每一次试验条件或实际运行条件的不同,渗透装置的性能会有不同的表现。但总的看,从5月至11月,各渗透装置没有明显表现因污染物的累积而导致渗透净化能力的下降。如天然土0.5m的COD去除率在30—40%左右;到11月2日的去除率仍维持在32%的正常水平;人工土0.5m的去除率在40—50%左右;11月2日试验前50分钟内出水COD去除率保持在40—50%的正常水平,两个小时后维持到35%;人工土1m的去除率在60—80%左右,10月20日最后一次试验,前50分钟出水的去除率也保持70—80%正常水平,约3小时后维持在60%;同样,天然土1m装置到11月2日的去除率也能维持在63%的正常水平。
但就每一次试验而言,各装置也多表现出随运行时间的延长,去除率有下降趋势,但后续试验时,仍能恢复到正常水平。说明在连续运行过程中,土壤的净化容量在减小,而在降雨间歇期,土壤中继续存在降解作用,使其净化能力逐步恢复。

结论与讨论

(1)天然土和人工配制土对屋面雨水主要污染物有明显的去除净化作用。
(2)人工土的渗透系数为10-4m/s数量级,试验用的天然土渗透系数为10-6m/s数量级,因此人工土渗透装置比天然土渗透装置具有显著大的渗透通量。它还具有良好的通透性,改善了土壤的物化条件和微生物栖息条件,有更强的净化能力。
(3)土壤渗透对油毡屋面雨水中的难降解COD有较强的去除能力,并表现出具有耐冲击负荷能力和良好的再生功能。说明土壤中微生物群通过适应与驯化,对油毡屋面难降解COD有分解能力。
(4)渗透净化效果与渗透深度密切相关,人工土1m深COD去除率可达70~80%,天然土1 m深可达60%左右。即地表1~1.5m厚土壤层可去除大部分有机污染物,随深度的增加,净化作用可望进一步提高。
(5)由于土壤较强的净化与再生能力,经合理设计与控制,屋面雨水通过天然绿地或人工渗透装置的渗透,可达到较好的水质。改造污染严重的屋面材料,采用初期弃流装置和保证至地下水位有足够的土层,是控制地下水免受污染的有效措施。
(6)渗透试验结果对雨水渗透工程实施有重要意义,提供了必要的技术依据。可以根据具体条件,采用不同的渗透方式,利用天然绿地或设计人工渗透设施来安全有效地利用城区的屋面雨水。
(7)雨水渗透属非稳态过程,其水力特性、土壤的净化与再生机理有待更深入的研究。试验过程中发现各装置出水水质下降后逐渐稳定甚至好转的现象,分析原因,可能由于存在一定的壁效应,渗透开始后,一部分雨水较快地沿壁下渗,出水水质下降,这部分渗流达到一定程度保持稳定,此时,土壤层内的渗流因速率较慢尚未到达出口。当土壤层内的渗流到达出水口时水质即可稳定甚至好转。因此,如果排除壁效应,渗透净化效果还可能提高。
(8)因运行周期较短,其它微量污染物在土壤中的存在方式或迁移规律也有待进一步分析研究。
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