酸雨对湖南红壤结构性质和水流运动特征的影响

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随着工业革命发展及城市化进程加快,所引起的空气中氮氧化物(NOx)、硫氧化物(SOx)等有害气体浓度显著上升,导致酸雨频率愈发增加,因此酸雨作为全球性环境问题成为人们广泛关注的热点。中国是继欧洲、北美之后的世界第三大酸雨区。中国南方红壤区是中国乃至全球的主要酸雨区之一。土壤在遭受酸雨淋溶后会使得土壤酸化,改变土壤的结构性质和水流的运动特征,进而造成环境污染和破坏。本文以酸雨为主要研究对象,通过在室内对土柱进行人工酸雨的淋溶试验,研究了降雨酸化度(pH=1、2、3、4和5的硫酸型酸雨和pH=7的降雨)、酸雨降雨频率和强度(1天/1次20 mm强度的大雨、2天/1次40mm强度的暴雨、5天/1次100 mm强度的大暴雨,以上降雨均为pH=2的硫酸型酸雨)、酸雨类型(pH均为2,酸雨中[SO42-]和[NO3-]的摩尔比M分别为1:0、3:1、1:1、1:3和0:1)对湖南红壤容重、孔隙结构、团聚体稳定性、土壤颗粒组成、地表入渗能力和水流运动的非均匀特征等的影响。结果表明:(1)强酸性(pH≤3)的硫酸型酸雨破坏了土壤团聚体结构,导致土壤孔隙率特别是非毛管孔隙率降低、容重增大;而弱酸性(pH=4;pH=5)的硫酸型酸雨反而有利于增强土壤团聚体的稳定性,从而增大土壤孔隙率特别是毛管孔隙率并降低土壤容重,说明强酸对红壤的破坏作用明显大于弱酸。但弱酸性(pH=4;pH=5)降雨条件下,土壤分散黏粒和细小粉粒沿土壤非毛管孔隙内部流失增大,导致土壤质地粗化。由于弱酸性(pH=4;pH=5)降雨条件下较好的土壤团聚体结构和孔隙结构,增大了降雨入渗速率并降低了入渗水流运动的非均匀性,故而弱酸较之强酸会降低红壤的持水能力,进而使得红壤的抗旱能力减弱,更易造成该地区的水土流失,因而对于弱酸地区更应加强防治措施。(2)在降雨总量和酸雨pH值相同的条件下,高频率(1天1次)、低强度(20mm/次)的降雨对土壤黏粒吸水膨胀和土壤团聚体分散破碎有促进作用,导致土壤孔隙率特别是非毛管孔隙率减小、容重增大;而低频率(5天1次)、高强度(100mm/次)的降雨使得土壤分散黏粒和细小粉粒沿土壤非毛管孔隙内部流失增大,导致土壤质地粗化,说明高频率低强度的降雨对红壤的破坏作用更大。由于低频率、高强度酸雨条件下较好的土壤团聚体结构和孔隙结构,增大了降雨入渗速率并降低了入渗水流运动的非均匀性,在这种条件下地表更易形成径流,与高频率、低强度的降雨相比其土质更为疏松,所以更易造成大面积的水土流失,故更应加强对于低频率、高强度酸雨区的土壤防治及水土保持。(3)相同pH值条件下,硫酸型酸雨对土壤胶结物质的破坏作用强于硝酸型酸雨对土壤胶结物质的破坏作用,加剧了土壤团聚体分散破碎、土壤孔隙率尤其是非毛管孔隙率减小、容重增大。但硝酸型酸雨条件下土壤中的分散黏粒和细小粉粒的内部流失量更大、土壤质地粗化更明显;同时由于硝酸型酸雨条件下较好的土壤团聚体结构和孔隙结构,增大了降雨入渗速率并降低了入渗水流运动的非均匀性,因此更需要加强对硝酸型酸雨区的土壤防治。
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