CN101926241A - 利用造纸废水恢复退化滨海盐碱湿地的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用造纸废水恢复退化滨海盐碱湿地的方法。该方法是用造纸废水浇灌待恢复的所述退化滨海盐碱湿地。上述方法中，所述造纸废水的COD值为200-1500mg/L，优选850-1200mg/L，最优选957mg/L。所述浇灌步骤中，所述造纸废水的浇灌深度为20-25cm。浇灌时间为每年的4月-6月，浇灌的次数为每月1-4次，优选2-3次。该方法能使退化盐碱湿地pH值略有升高，土壤养分含量提高，土壤微生物生物量碳显著增加，改善土壤的物理性质，增强了芦苇等植物群落的贮蓄土壤水分的能力，是降低土壤含盐量、提高土壤肥力的有效途径，具有很好的应用前景。

Description

利用造纸废水恢复退化滨海盐碱湿地的方法

技术领域

本发明属于盐碱湿地恢复领域，特别是涉及一种利用造纸废水恢复退化滨海盐碱湿地的方法。

背景技术

黄河三角洲是我国三大三角洲之一，亦是开发最晚、最为年轻的三角洲。黄河三角洲湿地是在新构造运动、黄河泥沙沉积、当地降雨和径流以及潮流作用下发展起来的，主要分布在临海区域，以滩涂湿地为主，形成了一个宽广的扇带，整个三角洲湿地类型丰富，景观类型多样(Xu J M.Studies on the ecological evaluation，properprotection and utilization of the wetland resource in Yellow River Delta.Journal of ChinaAgricultural Resources and Regional Planning，2001，22(2)：45～49；Cui B S，Liu X T.Ecological character changes and sustainability management of wetlands in the YellowRiver Delta.Geographical Science，2001，21(3)：250～256.)。但当地农业及油田开发对该区域湿地生态***造成严重影响，湿地萎缩加速(Chen W F，Zhou W Z，Shi Y X.Crisisof wetlands in the Yellow River Delta and its protection.Journal of Agro-EnvironmentalScience，2003，22(4)：499～502)，生态环境问题突出，严重影响到黄河三角洲区域及环渤海经济圈的生态安全，因而，改良黄河三角洲退化滨海盐碱湿地，恢复其生态屏障功能意义重大。

黄河三角洲重度退化滨海盐碱湿地土壤主要是滨海盐土，盐分以NaCl为主，高盐分低养分土壤严重制约了湿地植物的生长，该区域年蒸发量远大于降水量，干旱缺水，加之地下水矿化度高无法使用，淡水资源匮乏，水已成为该区域退化湿地恢复的瓶颈。

造纸产业是黄河三角洲地区的重要产业，该行业耗水量较高，能够产生大量的造纸废水。造纸废水不含有重金属等污染物，其中钠离子和氯离子的含量仅相当于海水的5-10％，且富含有机质、氮和磷等营养物质，因而，用造纸废水恢复退化盐碱湿地具有可行性。

目前在黄河三角洲区域，对用造纸废水改良盐碱湿地主要是通过设计不同水力负荷及运行时间来进行实验，但该方法需要持续灌水6-10d，存在实施周期较长、见效慢、费用高等缺点；同时设计的淹水深度梯度较小，未能确定出改良退化盐碱湿地的有效淹水阈值范围，应用于实际生产指导有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用造纸废水恢复退化滨海盐碱湿地的方法。

本发明提供的利用造纸废水恢复退化滨海盐碱湿地的方法，是用造纸废水浇灌待恢复的所述退化滨海盐碱湿地。

上述方法中，所述造纸废水的COD值为200-1500mg/L，优选850，957，1200mg/L，最优选957mg/L。所述浇灌步骤中，所述造纸废水的浇灌深度为20cm-25cm，最优选20cm。浇灌的次数为每月1-4次，优选2-3次，每次见干。所述待恢复的所述退化滨海盐碱湿地优选位于黄河三角洲。所述浇灌时间为每年4月-6月。

本发明提供的利用造纸废水恢复退化滨海盐碱湿地的方法，适用于重度退化滨海盐碱湿地的恢复，能够使退化盐碱湿地pH值略有升高，且不同灌溉量对退化盐碱化湿地的pH值影响差异不显著，不会加重土壤碱化；灌溉后土壤养分含量提高，土壤微生物生物量碳显著增加，表层土壤脱氢酶的活性提高12.2～85.7％，但过量灌溉，脱氢酶活性显著降低。另外，本发明提供的方法还改善了土壤的物理性质，土壤容重减小，孔隙度增大，增强了芦苇等植物群落的贮蓄土壤水分的能力。该方法可利用造纸废水中所含营养物质促进芦苇生长，能够产生良好的经济效益，实现造纸产业与湿地恢复的生态循环，实现造纸废水零排放，是一种非常具有发展潜力的盐碱湿地恢复方法。

附图说明

图1为实施例1中试验区域位置。

图2为实施例1中灌溉后土壤pH值变化情况。

图3为实施例1中水溶性总盐、Na⁺和Cl^-含量的动态变化。

图4为实施例1中不同废水灌溉量对不同深度土壤盐分去除效果的影响。

图5为实施例1中不同废水灌溉量对土壤养分的影响

图6为实施例1中不同灌水深度土壤酶活性随季节的变化，其中，图6a-图6e分别为过氧化氢酶、磷酸酶、脱氢酶、脲酶和蔗糖酶随季节的变化规律。

图7为实施例1中不同灌水深度下土壤微生物量的变化。

图8为实施例1中造纸废水灌溉下土壤容重和孔隙度。

图9为实施例1中造纸废水灌溉下土壤入渗速率曲线。

图10为实施例1中造纸废水灌溉下土壤蓄水量。

具体实施方式

本发明中所述滨海盐碱湿地是海平面以下6m至大潮高潮位之上与外流江河流域相连的微咸水和淡浅水湖泊、沼泽以及相应的河段间的区域(Lu JJ，He W S，Tong CF，Wang W.Wetland Ecology.Beijing：Higher Education Press，2006，7～14)；所述退化的滨海盐碱湿地是湿地土壤含盐量升高、生物量减少且生态功能显著降低的滨海盐碱湿地；所述轻度退化的滨海盐碱湿地是指土壤含盐量小于1％、植物生物量有所降低的滨海盐碱湿地；所述中度退化的滨海盐碱湿地是指土壤含盐量小于1.5％、植物生物量和种类显著降低、盖度小于50％的滨海盐碱湿地；所述重度退化的滨海盐碱湿地是指土壤含盐量在1.5％以上、几乎没有湿地植物生存、盖度小于5％的滨海盐碱湿地。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1

一、试验区概况

试验区位于黄河三角洲地区沾化县北约10km处的退化滨海盐碱湿地(位置见图1)。该区域属东亚温暖带潮湿大陆季风性气候，年平均降水量约600mm，年蒸发量1800～2000mm，年平均气温12.5℃。由于过度开采地下水引起的河口海水倒灌使该地区湿地土壤盐碱化，区域内土壤呈现出不同的盐碱化程度，本试验选取15亩重度退化滨海盐碱湿地为试验区，该区域芦苇生长极少，为光板地，土壤表面有盐析出，这主要是海水倒灌和蒸发量大引起的。该区域土壤属于滨海盐碱湿地，土体构型多有厚黏层，基本性质见表1。

表1、试验区土壤基本性质

二、试验方案设计

一、)造纸废水灌溉对土壤化学性质的试验设计

1、试验设计

本试验采用处理后的造纸废水灌溉重度退化滨海盐碱湿地，造纸废水来自某造纸厂储存塘废水，该造纸厂废水处理工艺流程为：原水→调节塘→厌氧塘→好氧塘→兼性塘→储存塘。储存塘废水水质见表2。

表2、储存塘废水水质情况

注：TN：总N；TP：总P。

对试验田进行分区，设A、B、C、D、E 5个处理，每处理灌水深度分别为0cm(即对照，不灌溉)、10cm、15cm、20cm和25cm，每处理3个重复，进行随机布设15个实验小区。各小区间设置小排碱沟以及两侧的主降渍沟用以排水。另外，各小区间都设有深埋50cm的土工布做隔离，以防相互影响。对各小区灌溉不同量的表2所示水质的造纸废水。

2、样品采集及测定

土壤样品采集：采样时间分别为同年5月、8月、11月和次年3月，小区土壤采样按S型设置5个采样点，每个采样点按剖面分0cm～10cm，10cm～20cm，20cm～30cm三层，将每个小区5个采样点土样分层均匀混合，装袋密封带回实验室。土样适当自然风干后磨碎，四分法剔除多余土样，过2mm筛，装袋密封保存用以测定各土壤指标。

测定方法：按照下述文献提供的方法进行测定：National Environmental ProtectionAgency.Water and exhausted water monitoring analysis method：4^th edition.Beijng：ChinaEnvironmental Science Press，2002.102～104，109～110，210～213，227～231，243～246，254～257；Bao S D.Soil Agrochemical Analysis.Beijing：China Agriculture Press，2005.30～34，56～58，81～83，106～108，178～192。其中，水质指标：参照水和废水监测方法。土壤pH值：pH计法；土壤可溶性全盐：重量法；土壤Cl^-：AgNO₃滴定法；土壤Na⁺：原子吸收分光光度法；土壤有机质：重铬酸钾容量法；土壤碱解氮：扩散法；土壤有效磷：0.5mol/L碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；土壤速效钾：1mol/L乙酸铵浸提-原子吸收分光光度法。

主要实验仪器：水质分析仪、Thermo Electron原子吸收分光光度计、TU-1901紫外可见光分光光度计、调温电热板、真空抽滤机、生化培养箱、鼓风干燥器、电子天平、水浴锅、恒温振荡器等。

3、数据处理

采用origin软件作图；采用SPSS统计软件利用单因素方差分析(ANOVA)对实验数据差异性进行显著性分析，并且利用最小显著差异(LSD)多重比较方法分别对不同土壤深度之间和不同造纸废水灌溉量之间的差异性进行比较分析。

二)造纸废水灌溉对土壤物理性质的试验设计

1、试验设计

选择生长较为一致的盐碱化芦苇群落，采用随机区组进行试验小区布设，设置造纸废水灌溉1次(I1)、灌溉2次(I2)，灌溉3次(I3)，灌溉4次(I4)共4种废水处理方式，同时以不灌溉(CK)作为对照，共设计15个试验小区，每小区面积为2×2m²，为避免灌溉后造纸废水的侧渗影响，小区采用四周防渗膜建垄法处理，灌水深度以灌水量较好的20cm/次为例，每月灌水1-4次，从6月中旬进行灌溉试验，10月底收割芦苇后进行土壤样品采集及土壤水文物理参数的测定，为避免边缘效应，土壤样品采集及水文物理参数的测定尽量在每小区中部，按照S形样式进行取样测定分析。

2、试验方法

环刀浸水法测定土壤容重和孔隙度等各项水文物理参数。并由公式计算一定土层深度内的土壤最大吸持贮水量、最大滞留贮水量和饱和贮水量。即：Wc(mm)＝1000·Pc·h；Wnc(mm)＝1000·Pnc·h；Wt(mm)＝1000·Pt·h。

上述公式中：Wc、Wnc和Wt分别为土壤水分最大吸持贮水量、土壤水分最大滞留贮存量和土壤水分饱和贮水量(mm)；Pc、Pnc和Pt分别为毛管孔隙度、非毛管孔隙度和总孔隙度(％)；h为计算土层深度(m)，本研究为0.2m。利用渗透筒(单环定水头逐次加水)法测定不同时段的土壤入渗率和制作入渗过程曲线。利用SPSS统计软件，分别应用Kostiakov入渗模型、Horton入渗模型和通用(一般)入渗模型拟合废水灌溉后的土壤入渗过程，求解初渗率、稳渗率等入渗特征参数。

三、结果与分析

一、)所述造纸废水对土壤化学性质的影响

1、造纸废水灌溉对土壤pH值的影响

造纸废水呈微碱性，pH值为7.44，灌溉后使土壤pH值略有升高(见图2)。各试验小区pH本底值基本相同，均在7.8～8.0之间，灌溉废水后变化趋势基本一致，均在8月上升到最大值，后来出现下降趋势，但到次年3月仍比本底值稍高。各处理和对照组(灌溉0cm)相比，pH值均比对照高，说明灌溉呈微碱性的造纸废水有使土壤pH值升高的趋势，但不同量造纸废水灌溉对土壤pH值的影响没有表现出显著差异。造纸废水pH虽然比试验区土壤本底值稍低，但灌溉后土壤pH有所升高，一方面是由于废水中的碱性物质被土壤胶体吸附、累积；另一方面灌水脱盐导致了土壤可溶性Ca²⁺的淋失，受溶度积支配的CaCO₃部分溶解，提高了溶液中HCO₃ ^-含量，从而引起土壤pH值的升高(Chen W，Chen B B，Shen Q R.Study on the changes of pH value andalkalization of heavily saline soil in seabeach during its desalting process.Acta PedologicaSinica，2000，37(4)：521～528)。

2、造纸废水灌溉对土壤水溶性总盐、Na⁺、Cl^-含量的影响

2.1灌溉造纸废水后土壤水溶性总盐、Na⁺、Cl^-含量的动态变化

从图3(a)可看出8月灌溉造纸废水后，在造纸废水的冲洗作用下所有处理水溶性总盐含量均迅速降低，由于8月份正逢雨季，对照组水溶性总盐含量也大幅度降低，但除灌溉10cm外，其余处理降低量均高于对照，灌溉20cm处理水溶性总盐含量降低至最低，比对照降低42.9％；秋冬季节，降雨减少，土壤返盐，11月和次年3月各处理水溶性总盐含量均上升，但仍明显低于本底水平，这是因为部分盐分通过降渍沟和排碱沟被排出样地，使整体水溶性总盐含量降低。

Na⁺和Cl^-的变化趋势和水溶性总盐一致，均是在8月降到最低且灌溉20cm处理降低幅度最大，比对照降低48.06％、54.2％；之后有所回升，但相对本底值仍有较大幅度降低。

2.2不同造纸废水灌溉量对不同深度土壤盐分去除效果的影响

灌溉造纸废水后不同深度土壤水溶性总盐含量均迅速降低，图4为8月灌溉废水后不同深度土壤相对土壤本底值的脱盐率、脱钠率和脱氯率。结果表明，除灌溉10cm，15cm灌溉与对照差异不大，20cm，25cm脱盐率明显高于对照，其中灌溉20cm表现较好，说明造纸废水灌溉起到了压盐的作用。其中，上层土壤脱盐率，灌溉20cm、25cm均显著高于对照且灌溉20cm显著高于25cm处理；中层土壤脱盐率，灌溉20cm、25cm均显著高于对照，但在灌溉15cm以下，随着灌溉量的增加没有表现出显著差异；下层土壤脱盐率，只有灌溉20cm和25cm显著高于对照。各处理上层土壤脱盐率均比中下层土壤高，一方面是因为表层土壤孔隙度比较大，盐分相对中下层可以较容易地被淋溶；另一方面土壤在返盐的作用下使盐分聚集在表层，形成的土壤上、中、下层可溶性盐依次减少的空间分布规律，张蕾娜(Zhang LN，Feng Y J，Zhang H.Study on theinfluential factors on degree to water and salt movement of seashore saline soil.Journal ofShandong Agricultural University(Natural Science)，2001，32(1)：55～58)等人的研究也表明土壤含盐量越高，脱盐率越大。

脱钠率、脱氯率总体变化规律和脱盐率一致，即各处理上层土壤脱钠率、脱氯率均比中下层土壤高，但各处理间具体差异显著性又不同，见图4。

2.3造纸废水灌溉对土壤养分的影响

从表4中5月数据可知土壤各养分本底情况：有机质(7.059g/kg～8.552g/kg)、碱解氮(9.207mg/kg～13.41mg/kg)、速效磷(7.646mg/kg～8.499mg/kg)、速效钾(252.9mg/kg～291.2mg/kg)。结合表3中土壤养分含量分级标准得出：此试验区在灌溉造纸废水前土壤有机质处于第5级(缺乏)水平、碱解氮处于第6级(急缺)水平、速效磷处于第4级(较缺)水平、速效钾处于第1级(丰富)水平。可见，此试验区除土壤速效钾含量很丰富外，其余养分含量均低于正常土壤水平，这和该试验区土壤质地以及退化程度有关。

表3、土壤养分含量分级标准

注：引自《第二次全国土壤普查技术规程》。2.3.1对有机质的影响

由图5(a)可知，对照组土壤有机质的变化情况反映了该地区土壤有机质的季节性变化规律：5月到次年3月先升高后降低，在11月份达到最大值。其余处理有机质随时间变化规律和对照一致，均在秋季达到最大值。土壤有机质含量的增加主要通过植物和微生物的吸附作用完成(C.Walker，H.S.Lin.Soil property changes after fourdecades of wastewater irrigation：A landscape perspective.Catena，2008，73(1)：63～74)，本试验样地为光板地，没有植物生长，所以主要通过微生物吸附。理论上，由于夏季土壤微生物数量较多，可以吸附更多有机物质，有机质含量应高于秋季，但本试验则表现出秋季高于夏季，这可能与该地区“夏季多雨、秋季少雨”的气候条件有关，部分有机质被雨水淋洗流失，造成夏季有机质含量反而较低。

和对照组有机质增加率(31.45％～57.57％)相比，各处理均显著高于对照，表明灌溉造纸废水可以增加土壤有机质含量，这是因为以草浆为原料的造纸废水含有大量以植物纤维、木质素为主的有机物质，灌溉后被土壤吸附累积。在本试验范围内，随着造纸废水灌溉量的增加表现出显著性差异，灌溉量越大，土壤有机质增加越多，除了相邻处理间没有达到显著差异外，其余两两处理间均差异显著。

2.3.2对碱解氮的影响

由图5(b)可知，土壤碱解氮的季节性变化规律和有机质一致：5月到次年3月先升高后降低，在11月份达到最大值。各处理碱解氮增加率均显著高于对照，表明灌溉造纸废水可以增加碱解氮含量，土壤碱解氮一方面直接来源于含氮较丰富的造纸废水，另一方面来源于有机质的矿化和全氮的转化。土壤有机质的增加为微生物提供大量的碳源，促进了微生物的生长，增加了酶的活性，从而有助于有机质的矿化，增加各种速效养分的含量，同时脲酶活性的增加也促进更多全氮转化为碱解氮。在本试验范围内，碱解氮含量随造纸废水灌溉量的增加表现出显著性差异，除了灌溉25cm比灌溉20cm碱解氮增加率低外，其余处理碱解氮增加率均随灌溉量的增加而增加，且两两间差异显著。碱解氮含量受造纸废水灌溉量、土壤微生物数量、酶活性等多种因素影响，灌溉25cm比20cm碱解氮增加率低可能主要是因为灌溉25cm土壤微生物数量(1.2×10⁴个/克)比灌溉20cm土壤微生物数量(1.5×10⁴个/克)少，有机质矿化和全氮转化程度较低。综合分析可知，灌溉20cm时，土壤碱解氮含量最高。

2.3.3对速效磷的影响

由图5(c)可知，对照组土壤速效磷含量动态变化表现出先增加后降低的季节性变化规律，在8月份达到最大值，各灌水处理与对照组有类似的动态变化趋势，但不尽相同。11月和次年3月速效磷含量降低与这段时间有机质含量升高有关，土壤有机质产生的羟基、羰基和酚羟基等可与磷竞争吸附位点，从而减少磷的吸附。

灌溉造纸废水可以增加土壤速效磷含量，其增加原因与碱解氮相似，一方面来自造纸废水中的磷，另一方面来自有机质的矿化和全磷的转化。在本试验范围内，速效磷增加率随灌溉量增加表现出显著性差异，且随灌溉量的增加而增大，但灌溉25cm低于灌溉20cm，综合表现灌溉20cm速效磷含量最高。

2.3.4对速效钾的影响

由图5(d)可知，土壤速效钾含量季节动态变化规律为先降低后升高，在次年3月达到最大值。所有处理5月、8月和11月三次速效钾含量波动不大，次年3月突增，原因有待于进一步研究。和对照相比，各灌溉处理速效钾含量增加率略有增加，但没有表现出显著性差异，二)所述造纸废水浇灌对土壤生物学性质的影响

1、所述造纸废水对土壤酶活性的影响

表4活性随土壤深度变化的数值(0.01mL KMnO₄/g干土，ml)

由表4可知，土壤酶活性随着土壤层次的变化，呈现一定的规律性，土壤酶活性的层次性较强。其中土壤下层(20-30cm)的酶活性最低。主要是由于盐碱地的土壤通透性较差，土壤表层几乎没有植被覆盖，在下层的土壤中，可以发生酶促作用的基质量很低，且土壤的盐碱化程度较高，导致酶促反应无法有效顺利的进行。而在土壤中上层，可利用的酶促作用的基质量较下层要多，酶反应强度高于下层土壤。在土壤上层，由于排水不畅，存在积水及土壤的返盐作用，且不存在积水的状况下，阳光直射强烈，蒸发量较大，导致表层土壤酶活性低于中层的土壤酶活性。而磷酸酶和蔗糖酶的表层土壤活性较强，可能是本实验田中，土壤表层中有利于磷酸酶和蔗糖酶酶促作用的基质浓度偏高，所以导致该两种酶活性在表层最强。由以上分析可知，在重度盐碱化湿地中，土壤酶活性呈现一定的层次性。土壤上中层的酶活性明显高于土壤下层的酶活性。随着土壤层次的加深，土壤中酶促反应进行的动力降低。随着灌水深度的增加，土壤酶活性有增强趋势，但灌水20cm，表现较好。

2、土壤酶活性随季节变化的趋势

由于土壤酶活性的影响因素较多，随着季节的变化，土壤酶活性也呈现一定的变化规律。从图6可以看出，土壤磷酸酶活性一直呈下降的趋势。可能是由于灌溉废水后，废水中存在抑制磷酸酶活性的因子，导致其活性呈下降的趋势。由于持续性的灌溉废水，导致土壤过氧化氢酶、脱氢酶、脲酶及蔗糖酶的活性，在第一次灌溉废水后(9月)，均有显著的提高，主要是由于土壤酶活性受季节影响，且灌溉废水后，对土壤的有一定的压盐作用，在一定程度上缓解了盐对土壤酶活性的抑制作用，导致土壤酶活性有一定的升高。而随着外界气温的降低，在同年11月及次年3月土壤酶活性均呈下降趋势，主要是外界温度下降，抑制了土壤酶的活性，在次年5月份，外界气温回升，而持续的灌溉废水，对土壤中进行酶促作用的基质也有一定的积累作用，从而导致土壤酶活性呈上升趋势，也在一定程度上表明了土壤的盐碱化状况有一定的改善。

3、所述造纸废水对土壤微生物量碳的影响

土壤微生物量碳上中下层依次降低，上层，在245.18mg/kg-630.44mg/kg之间；中层，在71.12mg/kg～277.37mg/kg之间；下层，在34.36mg/kg～176.75g/kg之间。微生物量碳随灌水深度的增加而增加。土壤微生物量碳上中下层依次递减，土壤微生物量占土壤有机碳的0.32％～1.69％，集中分布在0～20cm表层。土壤微生物量碳随灌水深度的增加而增加，但增加程度随灌水量增加而变小。废水灌溉可在一定程度上提高土壤微生物量碳，这可能是由于废水中含有丰富的营养元素，有利于好养微生物的生存，从而增加了碳的转化。

4、不同土层深度细菌、真菌、放线菌的数量变化

从图7可以看出，细菌，真菌，放线菌各灌水深度上层大于中层；上层细菌数量各灌水深度显著高于对照，20cm灌水达到最大值；中层20cm，25cm显著高于对照。上层真菌20cm，25cm灌水深度显著高于对照，其中20cm灌水深度达到最大值；中层20cm，25cm灌水深度显著高于对照，其中20cm灌水深度达到最大值。放线菌上中层20cm，25cm灌水深度显著高于对照，由此看出，20cm灌水深度对上层土壤微生物有很大的促进作用。灌溉废水可增加表层微生物的数量，这主要是由于土壤微生物与有机质有很密切的关系，土壤中绝大部分微生物以腐生性和兼腐生性，他们以有机物获得碳源和能源，而有机质的增加缘于废水中含有大量的有机物和营养物质

三)所述造纸废水浇灌对土壤物理性质的影响

1、造纸废水灌溉对土壤容重和孔隙度的影响

不同灌溉次数下的土壤容重表现出显著性差异，由图8可知，与对照相比，废水灌溉下土壤容重均显著减小，灌溉3～4次土壤容重最小，分别比CK下降8.6％、8.9％，但灌溉1～2次的土壤容重差异不显著。不同灌溉次数下的土壤总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度均表现出显著性差异(p＜0.001)，但灌溉1～2次的土壤总孔隙度、毛管孔隙度差异不显著，而非毛管孔隙度差异显著。与对照相比，废水灌溉下总孔隙度、毛管孔隙度、非毛管孔隙度均表现出增大趋势，且灌溉1～4次后的土壤总孔隙度分别比CK增加14.1％、15.4％、25.9％、32.8％，表明废水灌溉在一定程度上改善了土壤通气状况和透水性能。

2、造纸废水灌溉对土壤入渗性能的影响

不同灌溉次数下土壤入渗参数差异性显著，由图9和表5可知，随着灌溉次数的增加，初渗率有减弱趋势，灌溉1～4次的初渗率分别比CK下降11.3％、17.3％、30.8％、32.4％，表明废水灌溉在一定程度上减弱了对降水的初始入渗性能。稳渗率随着灌溉次数的增加表现出增大趋势，灌溉1～4次分别比CK增加7.0％、12.7％、54.1％、95.9％。

表5、造纸废水灌溉下土壤入渗过程的模型拟合

采用三种常用的入渗模型对试验资料进行拟合分析(图9)。分别是：①考斯加科夫(Kostiakov)公式：f＝at^-n；f，t分别为入渗率、入渗时间；a，n为经验参数。②霍顿(Horton)公式：f＝f_c+(f_o-f_c)e^-kt；f，f₀，f_c和t分别为入渗率、初渗率、稳渗率和入渗时间，k为经验参数，决定着f从f₀减小到f_c的速度。③通用经验公式：f＝at^-n+b；f，t分别为入渗率、入渗时间，a，b，n均为经验参数(b相当于稳渗率)。由图9可知，3种模型对不同灌溉次数下土壤入渗过程均能取得较好的拟合效果，能够反映渗透曲线的变化特征，其渗透曲线变化趋势一致可分为3个阶段，即渗透初期的渗透率瞬变阶段、其次为渐变阶段，随着时间的推移而下降，最后达到平稳阶段。采用Kostiakov模型拟合时，a值在24.39～89.72之间，远高于实测初始入渗速率值；n值在0.51～0.90之间，其大小反映了入渗率递减的状况，n值越大，入渗率随时间递减越快，可见废水灌溉1～2次其入渗率随时间递减程度高于CK，但灌水3～4次后入渗率随时间变化缓慢。采用Horton模型时，f_c值在1.48～2.97mm/min，与实测值比较接近，k值在0.05～0.08之间，与CK相比k值偏大，表明废水灌溉后从初始入渗率减小到稳渗率的时间缩短，即渗透性能有增强趋势。而通用模型b值在0.33～2.38mm/min，远小于对应实测稳渗率，结合相关系数、实测初始入渗率、稳渗率值综合分析，可以看出Horton模型拟合精度较高，其拟合结果比Kostiakov模型和通用模型更接近于实测值，表明Horton模型比较适用于描述该试验区芦苇群落的土壤入渗特征。

3、造纸废水灌溉对土壤贮水性能的影响

数据分析表明，不同灌溉次数下的饱和贮水量、吸持贮水量、滞留贮水量均表现显著性差异。由图2-10可知，与对照相比，芦苇地饱和贮水量增加明显，随着灌溉次数的增多饱和贮水量增加显著，但灌溉1～2次、3～4次差异均不显著，灌溉1～2次、3～4次分别比CK增加1.46～1.50％，3.54～4.52％。废水灌溉后土壤吸持贮水量增加明显，变化趋势和饱和贮水量相同，废水灌溉3次吸持贮水量达到最高，比CK增加4.29％，但灌溉4次反而下降，仅比CK增加1.25％。随着灌溉次数的增加，滞留贮水量先减少后增加。

土壤蓄水性能与土壤前期含水量密切相关，当土壤湿度大时，土壤蓄水量减少，即使降雨量很小，也会产生地表径流，本次测定时试验区内土壤重量含水量差异不显著，均值为28.23+1.49％。不同灌溉次数下的涵蓄降水量差异显著，但灌溉1～2次涵蓄降水量差异不显著。由图10可知，随着灌溉次数的增加，涵蓄降水量先减少后增加，4次灌溉后涵蓄降水量达到最高，比CK增加125.24％。不同灌溉次数下的有效涵蓄量差异显著，随着灌溉次数的增加，有效涵蓄量表现为增加趋势，3～4次灌溉后有效涵蓄量达到最高，分别比CK增加36.28％、105.97％。

4、不同造纸废水灌溉深度对土壤基本物理性状的影响

表6、灌溉深度对土壤物理性状的影响

由表6可知，造纸废水灌溉后各土壤容重均低于未灌溉的，10cm、15cm、20cm、25cm灌水深度下土壤容重分别比未灌溉下降3.3％、5.3％、11.3％和2.0％。总孔隙度表现为灌水20cm＞灌水15cm＞灌水10cm＞灌水25cm＞未灌溉，其总孔隙度分别比未灌溉提高11.7％、5.9％、3.7％和1.7％；土壤最大贮水量表现为类似趋势。可见随着灌水深度的增加，退化芦苇地土壤基本物理性状表现为容重有减小、孔隙度和贮水量有增加趋势，但达到灌水深度20cm之后，土壤基本物理性状有逆向转变趋势。表明退化芦苇湿地的恢复需要一定的灌水深度阈值，基于水文物理性状来看，灌水10cm、15cm、20cm较好，最优灌水深度在20cm。

四、结论

由上对所述造纸废水浇灌对所述土壤的化学性质、土壤生物学性质及物理性质的分析可知：

(1)造纸废水灌溉后退化盐碱湿地pH值略有升高，不同灌溉量对退化盐碱化湿地pH值影响差异不显著，不会加重土壤碱化。

(2)本试验灌溉废水矿化度(1080mg/L)较低，灌溉后不会造成土壤盐分的累积，反而可以降低水溶性盐含量，脱盐率达到38.9％～72.29％，且在本试验范围内，盐分去除率随灌溉量的增加而增大。

(3)灌溉后土壤养分含量提高，有机质、碱解氮和速效磷含量增加率显著高于对照，且总体上随灌溉量的增加而增大，分别比对照高31.45％～57.57％、31.01％～101.2％和1.08％～18.28％；速效钾含量增加率相对对照没有显著提高。

(4)随着土壤深度的增加，土壤酶活性会随之减弱；废水灌溉可提高土壤酶的活性，但当灌溉量为10cm时，样地中五种土壤酶的活性均为最低，而灌水20cm时表现较好。具体表现为：土壤酶活性随季节变化呈现一定的规律性，夏季土壤酶的活性最强，冬季土壤酶的活性最弱。主要是由于土壤酶活性受外界气温以及土壤表层状况影响较大。

(5)细菌和真菌夏季处于最高峰，春秋冬季相对较低；放线菌，春季最高，夏秋冬较低。土壤微生物量碳上中下层依次递减；随着灌水深度的增加，表层微生物量碳依次增加；土壤呼吸强度主要发生在表层且15cm灌水深度最强。从土壤微生物活性和土壤酶活性分析来看，随着造纸废水灌溉深度的增加，其活性有增强趋势，在灌水深度在15-20cm时较好，此后随着灌溉深度的增加，微生物活性和酶活性表现出降低趋势，其中在灌水深度为20cm时，表现最好。

(6)废水灌溉后，土壤微生物生物量碳显著增加，增加量随灌水量的增加而增加，最大增加量为对照的3倍，但随灌溉量的增加，微生物生物量碳的增加幅度降低。废水灌溉提高了表层土壤脱氢酶的活性，增加幅度为12.2～85.7％，但过量灌溉，脱氢酶活性显著降低。废水灌溉后，表层、中层土壤蔗糖酶活性也显著提高，提高幅度为6.5～17.5％和5.3～25.8％。因此，废水灌溉对不同土壤酶活性的影响存在差异，其中以15cm和20cm灌溉较好，过量灌溉，土壤酶活性有降低的趋势。

(7)灌水深度为20cm时，废水灌溉后改善了土壤的物理性质，使土壤基质变的比较疏松，利于植物根系及土壤的水分、孔气、热量的传递，表现为土壤容重减小，孔隙度增大；Horton模型比较适合描述废水灌溉后芦苇群落的土壤入渗过程，废水灌溉1～2次后其入渗率随时间递减程度高于废水灌溉3～4次，并且废水灌溉后从初渗率减小到稳渗率的时间缩短；造纸废水灌溉增强了芦苇群落贮蓄土壤水分的能力，但废水灌溉3次贮存水分对植物生理生长最为有利，而灌水4次对土壤层涵养水源功能较为有效。从改良土壤水文物理特性及贮蓄水分的角度考虑，在进行造纸废水灌溉该黄河三角洲内陆缺水盐碱地芦苇群落时，以灌水2～3次较好，其次是4次，灌水1次对水文物理性状的改良效果不明显。

(8)随着灌水深度的增加，退化芦苇湿地表现为土壤容重减小，孔隙度增大，20～25cm的灌水深度相对较好，其中灌水20cm最佳。

Claims (10)

1.一种利用造纸废水恢复退化滨海盐碱湿地的方法，是用造纸废水浇灌待恢复的所述退化滨海盐碱湿地。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述造纸废水的COD值为200-1500mg/L。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述造纸废水的COD值为850-1200mg/L。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：所述造纸废水的COD值为957mg/L。

5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于：所述浇灌步骤中，所述造纸废水的浇灌深度为20-25cm。

6.根据权利要求1-5任一所述的方法，其特征在于：所述浇灌步骤中，所述造纸废水的浇灌深度为20cm。

7.根据权利要求1-6任一所述的方法，其特征在于：所述浇灌步骤中，浇灌的次数为每月1-4次。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：所述浇灌步骤中，浇灌的次数为每月2-3次。

9.根据权利要求1-8任一所述的方法，其特征在于：所述待恢复的所述退化滨海盐碱湿地位于黄河三角洲。

10.根据权利要求1-9任一所述的方法，其特征在于：所述浇灌步骤中，浇灌时间为每年的4月-6月。

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