室內(nèi)模擬麥稈還田引水整地期間水質(zhì)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(huán)境監(jiān)測中心，江蘇宿遷 223800）

1 引言

隨著現(xiàn)代化和城市化推進(jìn)，廣大農(nóng)村傳統(tǒng)的收割、儲集秸稈用于生火做飯的方式被燃?xì)馑〈?，秸稈出路問題浮出水面。2008 年，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)作物秸稈綜合利用的意見》（國辦發(fā)〔2008〕105 號）以來，秸稈綜合利用工作取得了積極進(jìn)展。作為農(nóng)業(yè)大市，宿遷市農(nóng)作物秸稈資源十分豐富，當(dāng)?shù)卮罅拷斩捑C合利用主要為機(jī)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(huán)境的污染，但秸稈還田對水環(huán)境的影響逐漸顯現(xiàn)出來。2020 年7 月、8 月宿遷市國、省考斷面水質(zhì)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(guān)性很高，有必要探討秸稈還田對地表水體的水質(zhì)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(zhì)變化情況。本文通過室內(nèi)浸泡麥稈還田土，模擬麥稈還田引水整地，監(jiān)測5 d 內(nèi)水質(zhì)變化，分析水質(zhì)各指標(biāo)變化規(guī)律及指標(biāo)變化間內(nèi)在聯(lián)系，提出麥稈綜合利用建議。

2 實(shí)驗(yàn)室模擬情況

2.1 模擬情況

從宿遷市某鄉(xiāng)鎮(zhèn)小麥?zhǔn)崭詈蟮奶锏刂胁杉湺?、麥根茬的土，分? 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(zhì)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(jiān)測項目與分析方法

浸泡5 d 期間，分別監(jiān)測浸泡水、燒杯自來水的pH、溶解氧、電導(dǎo)率、化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮和總磷7 項指標(biāo)。

3 結(jié)果分析

3.1 溶解氧變化規(guī)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(nèi)溶解氧平穩(wěn)，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(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)束時，溶解氧基本穩(wěn)定在地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(xué)需氧量變化規(guī)律

浸泡水樣化學(xué)需氧量均迅速上升，A 長麥根土浸泡水樣化學(xué)需氧量遠(yuǎn)超地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)。對照自來水樣5 d 內(nèi)化學(xué)需氧量持續(xù)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(xué)需氧量迅速升高并持續(xù)高于地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)值（40 mg/L），最高值分別超地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)值6.75，5.30 倍；C 無麥稈土浸泡水樣化學(xué)需氧量在地表水Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)值（20 mg/L）與Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)值（30 mg/L）之間波動。見圖2。

圖2 麥稈還田土浸泡水化學(xué)需氧量變化趨勢

3.3 高錳酸鹽指數(shù)變化規(guī)律

浸泡水樣高錳酸鹽指數(shù)上升后持續(xù)保持高位，A長麥根土浸泡水樣高錳酸鹽指數(shù)持續(xù)為Ⅴ類。對照自來水樣5 d 內(nèi)高錳酸鹽指數(shù)持續(xù)低于檢出限1.5 mg/L，A 長麥根土浸泡水樣高錳酸鹽指數(shù)上升后持續(xù)穩(wěn)定在地表水Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)值（10 mg/L）以上，水質(zhì)為Ⅴ類；B 短麥稈土與C 無麥稈土浸泡水樣高錳酸鹽指數(shù)上升后持續(xù)保持在地表水Ⅲ類（6 mg/L）、Ⅳ類（10 mg/L）標(biāo)準(zhǔn)值之間。見圖3。

圖3 麥稈還田土浸泡水高錳酸鹽指數(shù)變化趨勢

3.4 總磷變化規(guī)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(xù)劣于Ⅴ類（0.4 mg/L）。對照自來水樣5 d 內(nèi)總磷持續(xù)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(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)束時，均劣于Ⅴ類，超地表水Ⅲ類（0.2 mg/L）標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)率、pH、氨氮變化規(guī)律

浸泡水樣電導(dǎo)率均持續(xù)升高，電導(dǎo)率大小順序始終表現(xiàn)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(nèi)電導(dǎo)率曲線平穩(wěn)，變化不明顯。見圖5。

圖5 麥稈還田土浸泡水電導(dǎo)率變化趨勢

pH 短時間內(nèi)快速下降，逐漸恢復(fù)至原水平。對照自來水樣5 d 內(nèi)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(wěn)。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(diǎn)，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(zhì)極差，綜合分析各項指標(biāo)可以看出，含麥稈土浸泡水樣化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、電導(dǎo)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(zhì)總體劣于Ⅴ類。各指標(biāo)變化情況與秸稈入土后降解過程緊密相關(guān)，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(jī)物［1］，氮、磷等元素，表現(xiàn)為浸泡水樣中化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、電導(dǎo)率升高；微生物降解消耗氧，表現(xiàn)為浸泡水樣中溶解氧降低；單糖、二糖等有機(jī)物進(jìn)一步被氧化成二氧化碳和水［1］，表現(xiàn)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(xì)麥穗，但浸泡水樣的7 項指標(biāo)變化呈現(xiàn)出與A 長麥根土和B 短麥稈土浸泡水樣相似的變化規(guī)律，與土壤有機(jī)質(zhì)礦化有關(guān)。

此次模擬實(shí)驗(yàn)時長主要根據(jù)宿遷市大部分地區(qū)種植習(xí)慣確定，即在小麥?zhǔn)崭詈?，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(xù)降解，因?qū)嶒?yàn)室不具備水稻種植模擬條件，未能持續(xù)模擬水稻生長期的田間水變化情況，但還田麥稈持續(xù)降解對地表水潛在影響仍存在，如有條件可跟蹤實(shí)際地塊進(jìn)行持續(xù)監(jiān)測。

5 結(jié)論與建議

通過室內(nèi)模擬麥稈還田引水整地，監(jiān)測5 d 內(nèi)麥稈還田浸泡水質(zhì)變化，可以得出以下結(jié)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(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、氨氮、pH、電導(dǎo)率變化規(guī)律相似，其中，化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、電導(dǎo)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(zhì)變化最為顯著，水質(zhì)最差；（3）麥稈土浸泡水水質(zhì)整體較差。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)?zāi)M水質(zhì)結(jié)果，關(guān)聯(lián)分析宿遷市每年麥?zhǔn)盏痉N時出現(xiàn)黑水在時間上呈現(xiàn)一致性，說明秸稈還田持續(xù)劣于Ⅴ類水與河湖水質(zhì)惡化有一定相關(guān)性，為降低秸稈還田水對河湖水質(zhì)惡化影響，建議：（1）逐步推進(jìn)秸稈離田；（2）加快構(gòu)建秸稈收集貯運(yùn)體系，推進(jìn)秸稈產(chǎn)業(yè)化利用；（3）建設(shè)秸稈發(fā)電項目，推進(jìn)能源化利用；（4）實(shí)施中小規(guī)模秸稈綜合利用項目，推進(jìn)燃料化、飼料化、基料化等多途徑利用項目。