秸稈土壤滲透性改良技術在海綿城市建設中的 應用分析

杜志威 陸 海 李 廣 張 楠 吳思月

（1吉林建筑大學 市政與環境工程學院， 吉林 長春 130118；2吉林科龍建筑節能科技股份有限公司， 吉林 長春 130022； 3長春市環境監測中心站， 吉林 長春 130012）

0 前言

我國目前對于城市現代建設的一系列問題里，洪澇災害尤為突出，同時在如何綜合利用雨水方面一直在探索，近幾年我國提出和發展海綿城市理念，對水資源充分優化分析，力求改善城市的生態環境。在海綿城市理念中，下凹式綠地能夠很好的反應該理念，并且是海綿城市建設中一個必不可少的組成部分。

農作物的秸稈是在收獲糧食后留下來的廢棄物，由于我國人口眾多，糧食產量高，導致農作物的秸稈產出量每年達到 8億t，占全世界總量的 30%0。經過大量的試驗證明，秸稈含有有機物質高達 50%以上，其中氮、磷、鉀、有機質含量特別高，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，我國對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，這不僅是在嚴重浪費資源，同時也對生態環境造成了嚴重破壞0。

將城市和自然的土壤作一個比較，會發現理化性質有很大的不同，以及覆蓋大部分不透水的硬化材料，更加導致了城市當中的土壤結構以及理化性質被破壞00。城市中的地面時刻受著人類活動所造成的壓力，然而，土壤遭受壓力后其

物理性質會發生變化:土壤的容重變大、土粒之間的孔隙度變小、通氣孔隙降低、對水的滲透性變差、土壤的蓄水能力減弱、飽和導水率和非飽和導水率都有所降低。其次，土壤遭到壓實后會影響水、氣的滲透與儲存能力，向土壤底層移動的根系和土壤動物活動等受到限制00。

本題將秸稈資源化，用于改良土壤滲透性，根據不同的腐熟菌種實驗來提高秸稈的腐熟效率，從而提高對土壤滲透性的改良效果。同時利用改良土壤作為下墊面建設城市下凹式綠地，具有提高下凹式綠地服務面積“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施，集水口要低于周圍路面，略高于綠地最低處。同時能夠降低延緩洪峰流量，同時對地表徑流起到凈化作用。這是利用生態調節雨水徑流的方式，下凹式綠地可應用在新建城區、濕地公園、開發區和工業園區等。

1 國內外研究進展

目前在國外大多數綜合實力較為的強盛國家，焚燒秸稈是不被允許的，加拿大 85%的更低位于西部大草原，為減少風蝕和水蝕的影響，采用保護性耕作，其秸稈還田面積占總耕面積的70%以上0。即便是美國，一個農業較為發達的國家同樣注重保護性耕作，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%，預計在2020年達到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業發展得到巨大提升。

目前，我國對于秸稈的處理及利用還在一個初級階段，到處可見秸稈被焚燒，焚燒產生的熱量蒸發掉土壤中的水分，土壤開始板結，土體結構和物理性狀均受到影響。

1.1 秸稈對土壤結構的影響

土壤一切物理性質的測定會受到方方面面的影響，即使在一片土地上，各個地方各個深度都有一定的差別。吳崇海0在設立多組的試驗中得出結論，經過與原樣空白比較，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%的結果。杜守宇0通過實驗得出，秸稈覆蓋在土壤上可以保護土壤表面，減少雨水沖刷的力道，有效減少土壤所受到的壓力，防止出現下沉。并且可以避免陽光直射在土壤上，減緩土壤中水的散失，保持土壤的理化性質穩定。此外，秸稈中含有有機質，施加在土壤后能提高該含量，有機質轉變為腐殖質后增多團粒的數量以及增大團粒表面積。在一定的體積下，團聚體的數量越多，土壤的孔隙度越高，使得容重下降，土壤的透水性有所改善，為土壤形成較為優良結構提供條件，故使土壤性質徹底得到改變。

秸稈分解后能產生腐殖質這種黏性物質，能夠聚集團粒，改變土壤中團粒的結構0，團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，在秸稈保護下能夠防止土的流失，進而加強土壤的結構穩固性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水分的影響很大。在無補給水的情況下，秸稈腐解的過程是耗水過程，因此會產生消耗本屬于作物的水分。秸稈被徹底轉化后，產生的有機質優化了土壤結構，恢復了自然功能的土壤又會具有良好的保水能力，從而使土壤中的水環境導向原生態的方向發展0。由于在自然條件下，降雨時表層土壤會受到沖刷，土壤團粒結構也因此收到沖擊，改變了形態，團粒間的空隙減小，形成緊密壓實，滲透性極為低下的土壤表層，最終導致雨水降入土壤表面后無法下滲的情況。如果采用秸稈覆蓋土壤的方式，可以對表層土壤形成一層保護，減少沖擊以及減少水分的蒸發，保證了團粒不會因此受到形態變化。如此一來，土壤的滲透性好，雨水降入土壤表面不會形成徑流，地表徑流量相對減少。杜守宇0的結論中，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減少，影響作物生長的雜草也受到阻礙。所以秸稈覆蓋的意義就在于對土壤中水分的優化分配，使植物生長期需水量減少，需水期用水得到保證，土壤水分的調配合理，最優利用，從而優化了土壤中水分的綜合利用。周凌云表明0，土壤經過秸稈覆蓋后，使耗水系數控制在7.8%-22.1%范圍內，對土壤中的水分充分利用。

1.3 秸稈對土壤微生物的影響

土壤中酶活性是土壤中微生物生命活動的有效體現，酶活性的大小能夠反應土壤中的生化反應的程度。土壤中原本含有一定的營養元素，秸稈中含有也含有機物質，兩者結合改變了土壤中的C/N的大小0，對提高酶促反應和土壤氣體交換建立了良好的條件，從而促進了土壤中微生物的活動，使秸稈的分解速度的到加快。有機物質在土中含量增多，土壤中的各種物質所占的比例也會改變，也必然讓土壤中各種微生物的分布數量比例改變；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境，更加適合微生物生長，土壤中微生物的含量獲得提升。

秸稈填加土壤后，由于秸稈中的有機質和各種微量元素含量較高，微生物生命活動所需要的營養較為充足。研究表明0翻耕還田條件下，晚稻生長過程中只有放線菌的含量會有減少，好氧性細菌、厭氧性細菌和真菌在一開始的含量會有暴增的趨勢，達到一定含量開始逐步下降，后期會劇烈下降。DaLi Yu0在研究中發現秸稈填加到土壤后，淺層土壤與深層土壤（45 cm之內）的菌群分布趨于一致。可以理解為在土壤綜合生態提高后，隨著理化性質的改善，土壤總孔隙度變大，便于土壤微生物向下運動，從而使深度土壤的微生物數量也能夠提高。秸稈還填到土壤后有效的增加土壤中的微生物總量，相當于對土壤酶活性的一個提高0，這也對 土壤中有機質的分解起提升作用。秸稈在土壤中腐解后對整個土壤的微生環境起到提高作用，使土壤中微生物生命活動更加劇烈，然而秸稈分解離不開土壤中的微生物，微生物活動加快的同時也加快了秸稈的分解速度，對土壤的環境提升有一個質的提高，兩者是相輔相成的關系。

2 總結

秸稈資源的充分、高效利用符合循環經濟及可持續發展的要求。目前，我國在秸稈還田方面已經有大量的研究與實踐，對于其中取得的成果運用在海綿城市領域內，擴大了秸稈資源的利用領域，進一步將秸稈資源化。

根據上一章的論述，秸稈分解后產生腐殖質，這種無機膠體對水中污染物有較強的吸附性，在微生物降解的共同作用下能有效凈化水質。同時有機質和微生物的生命活動能使土壤容重降低，總孔隙度增加，從而令土壤滲透性、持水性增大，土壤生態環境得到改善。因此可將這些理論應用在海綿城市建設中的下凹式綠地當中。