室內模擬麥稈還田引水整地期間水質變化分析

樊冬玲 王輝 張敏 潘洪波 朱小亮 蘇群 蔡芮

（江蘇省宿遷環境監測中心，江蘇宿遷 223800）

1 引言

隨著現代化和城市化推進，廣大農村傳統的收割、儲集秸稈用于生火做飯的方式被燃氣所取代，秸稈出路問題浮出水面。2008 年，國務院辦公廳印發《關于加快推進農作物秸稈綜合利用的意見》（國辦發〔2008〕105 號）以來，秸稈綜合利用工作取得了積極進展。作為農業大市，宿遷市農作物秸稈資源十分豐富，當地大量秸稈綜合利用主要為機械收割時粉碎旋耕、深耕原地還田，源頭上抑制了秸稈焚燒，極大降低了對大氣環境的污染，但秸稈還田對水環境的影響逐漸顯現出來。2020 年7 月、8 月宿遷市國、省考斷面水質類別下降顯著，與麥稈還田引水整地、水稻種植在時間上相關性很高，有必要探討秸稈還田對地表水體的水質影響。

在了解秸稈還田水對地表水體影響前，需先了解秸稈還田引水整地期間水質變化情況。本文通過室內浸泡麥稈還田土，模擬麥稈還田引水整地，監測5 d 內水質變化，分析水質各指標變化規律及指標變化間內在聯系，提出麥稈綜合利用建議。

2 實驗室模擬情況

2.1 模擬情況

從宿遷市某鄉鎮小麥收割后的田地中采集含麥稈、麥根茬的土，分為3 份：A 為含長麥根茬土（以下簡稱“A 長麥根土”），麥根茬長度基本大于10 cm；B為含短麥桿、麥穗土（以下簡稱“B 短麥稈土”），麥稈長度基本小于4 cm；C 為不含麥稈土（以下簡稱“C無麥稈土”）。3 份土樣質量均為3.2 kg，均用6 L 自來水置于不銹鋼盆中浸泡5 d，同時取2 L 自來水置于燒杯做對照。

2.2 監測項目與分析方法

浸泡5 d 期間，分別監測浸泡水、燒杯自來水的pH、溶解氧、電導率、化學需氧量、高錳酸鹽指數、氨氮和總磷7 項指標。

3 結果分析

3.1 溶解氧變化規律

浸泡水樣溶解氧均迅速降低后緩慢升高，A 長麥根土浸泡水樣溶解氧降幅最大。對照自來水樣5 d內溶解氧平穩，3 個浸泡土水樣溶解氧均急速降低，尤其是A 長麥根土浸泡水樣溶解氧下降幅度最大。A 長麥根土浸泡至第5 小時溶解氧降至1 mg/L，第15 小時降至0.6 mg/L，隨后緩慢升高，實驗模擬結束時，溶解氧基本穩定在地表水Ⅳ類標準值（3 mg/L）左右；C 無麥稈土浸泡水樣溶解氧略有降低后回升，但始終保持在地表水Ⅲ類標準值（5 mg/L）以上；B 短麥稈土溶解氧始終介于A 長麥根土浸泡水樣與C無麥稈土浸泡水樣之間。見圖1。

圖1 麥稈還田土浸泡水溶解氧變化趨勢

3.2 化學需氧量變化規律

浸泡水樣化學需氧量均迅速上升，A 長麥根土浸泡水樣化學需氧量遠超地表水Ⅴ類標準。對照自來水樣5 d 內化學需氧量持續低于檢出限4.0 mg/L，A 長麥根土與B 短麥稈土浸泡水樣化學需氧量迅速升高并持續高于地表水Ⅴ類標準值（40 mg/L），最高值分別超地表水Ⅲ類標準值6.75，5.30 倍；C 無麥稈土浸泡水樣化學需氧量在地表水Ⅲ類標準值（20 mg/L）與Ⅳ類標準值（30 mg/L）之間波動。見圖2。

圖2 麥稈還田土浸泡水化學需氧量變化趨勢

3.3 高錳酸鹽指數變化規律

浸泡水樣高錳酸鹽指數上升后持續保持高位，A長麥根土浸泡水樣高錳酸鹽指數持續為Ⅴ類。對照自來水樣5 d 內高錳酸鹽指數持續低于檢出限1.5 mg/L，A 長麥根土浸泡水樣高錳酸鹽指數上升后持續穩定在地表水Ⅳ類標準值（10 mg/L）以上，水質為Ⅴ類；B 短麥稈土與C 無麥稈土浸泡水樣高錳酸鹽指數上升后持續保持在地表水Ⅲ類（6 mg/L）、Ⅳ類（10 mg/L）標準值之間。見圖3。

圖3 麥稈還田土浸泡水高錳酸鹽指數變化趨勢

3.4 總磷變化規律

浸泡水樣總磷含量整體升高，A 長麥根土浸泡水樣總磷持續劣于Ⅴ類（0.4 mg/L）。對照自來水樣5 d 內總磷持續低于檢出限0.01 mg/L，A 長麥根土與B 短麥稈土浸泡水樣總磷雖有波動，但總體呈上升趨勢，至實驗模擬結束時，均劣于Ⅴ類，超地表水Ⅲ類（0.2 mg/L）標準5.30，3.25 倍；C 無麥稈土浸泡水樣總磷整體含量提升，但總體低于A 長麥根土與B 短麥稈土浸泡水樣總磷濃度。見圖4。

圖4 麥稈還田土浸泡水總磷變化趨勢

3.5 電導率、pH、氨氮變化規律

浸泡水樣電導率均持續升高，電導率大小順序始終表現為：A 長麥根土浸泡水樣>B 短麥稈土浸泡水樣>C 無麥稈土浸泡水樣；對照自來水樣5 d 內電導率曲線平穩，變化不明顯。見圖5。

圖5 麥稈還田土浸泡水電導率變化趨勢

pH 短時間內快速下降，逐漸恢復至原水平。對照自來水樣5 d 內pH 曲線波動不明顯，在浸泡后1 h，A 長麥根土、B 短麥稈土、C 無麥稈土浸泡水樣pH 均降低，pH 從7.45 分別降至6.12，6.22，6.33，隨后逐漸回升，至第48 小時，均基本回升至原浸泡自來水的pH 水平，隨后曲線基本平穩。見圖6。

圖6 麥稈還田土浸泡水pH 變化趨勢

氨氮含量升高后迅速降至0 點，A 長麥根土浸泡水樣氨氮含量增加值最大。見圖7。

圖7 麥稈還田土浸泡水氨氮變化趨勢

4 討論

模擬麥稈還田浸泡水的水質極差，綜合分析各項指標可以看出，含麥稈土浸泡水樣化學需氧量、高錳酸鹽指數、總磷、電導率均升高，溶解氧、pH 降低后逐漸回升，其中，A 長麥根土浸泡水樣溶解氧降幅最大、pH 降低明顯，水質總體劣于Ⅴ類。各指標變化情況與秸稈入土后降解過程緊密相關，秸稈埋入土壤后，在土壤中微生物作用下，秸稈組織迅速分解釋放出單糖、二糖等簡單有機物［1］，氮、磷等元素，表現為浸泡水樣中化學需氧量、高錳酸鹽指數、總磷、電導率升高；微生物降解消耗氧，表現為浸泡水樣中溶解氧降低；單糖、二糖等有機物進一步被氧化成二氧化碳和水［1］，表現為浸泡水樣中pH 降低。C 無麥稈土雖不含長麥根茬、短麥稈、細麥穗，但浸泡水樣的7 項指標變化呈現出與A 長麥根土和B 短麥稈土浸泡水樣相似的變化規律，與土壤有機質礦化有關。

此次模擬實驗時長主要根據宿遷市大部分地區種植習慣確定，即在小麥收割后，麥稈還田并引水泡田整地一周左右開始種植水稻。水稻種植后，還田麥稈在土壤中仍持續降解，因實驗室不具備水稻種植模擬條件，未能持續模擬水稻生長期的田間水變化情況，但還田麥稈持續降解對地表水潛在影響仍存在，如有條件可跟蹤實際地塊進行持續監測。

5 結論與建議

通過室內模擬麥稈還田引水整地，監測5 d 內麥稈還田浸泡水質變化，可以得出以下結論：（1）A長麥根土、B 短麥稈土、C 無麥稈土3 種浸泡土水樣的溶解氧、化學需氧量、高錳酸鹽指數、總磷、氨氮、pH、電導率變化規律相似，其中，化學需氧量、高錳酸鹽指數、總磷、電導率升高，溶解氧、pH 降低后逐漸回升，氨氮升高后迅速回落；（2）A 長麥根土浸泡水樣在3 種浸泡土水樣中，水質變化最為顯著，水質最差；（3）麥稈土浸泡水水質整體較差。

結合實驗模擬水質結果，關聯分析宿遷市每年麥收稻種時出現黑水在時間上呈現一致性，說明秸稈還田持續劣于Ⅴ類水與河湖水質惡化有一定相關性，為降低秸稈還田水對河湖水質惡化影響，建議：（1）逐步推進秸稈離田；（2）加快構建秸稈收集貯運體系，推進秸稈產業化利用；（3）建設秸稈發電項目，推進能源化利用；（4）實施中小規模秸稈綜合利用項目，推進燃料化、飼料化、基料化等多途徑利用項目。