天然气开采区土壤成分对涵养水源功能的影响机

土壤涵养水源功能是一项重要的生态服务功能[1]，土壤中的水分通过地表蒸发、植物蒸腾等方式回到大气，是生物圈水分调节、生态系统维护不可缺少的一部分[2]。土壤涵养水源功能的影响因素很多，建设活动是其中的一个重要因素。建设活动通过改变地表结构，破坏地表植被，进而影响土壤涵养水源功能。目前针对建设活动对土壤涵养水源功能影响方面的研究较少，特别是天然气开采对土壤涵养水源功能的影响研究更是鲜有耳闻。

四川地区天然气资源丰富，据全国第二次油气资源评价，四川天然气资源总量为7.2万亿立方米，可采储量为2.49万亿立方米[3]。虽然天然气属于清洁能源，在生产期间几乎不产生固体废弃物，对地表破坏较小，但在建设期间，天然气站场及管道建设会扰动土壤，改变土壤理化性质，降低周边植被覆盖率，污染土壤，从而影响土壤涵养水源功能。

本文以四川天然气气田为研究区，通过对天然气临时占地的土壤采样分析，研究土壤成分对涵养水源功能的重要指标——饱和持水量以及渗透系数[4-5]的影响。

1 研究区概况

研究区为四川省遂宁市安岳县、绵阳市梓潼县，所跨地区介于东经103°42′～106°32′和北纬30°26′～31°37′之间。两个气田地理位置距离较近，气候类型为亚热带季风湿润气候。遂宁市安岳县年平均气温16.7～17.4 ℃，年平均降水量909～1 097 mm，相对湿度80%～82%，属于盆地中部丘陵低山地区，地貌类型单一，主要有4个土类，分别为新积土、紫色土、黄壤土及水稻土。绵阳市梓潼县年平均气温15.0～17.0 ℃，年平均降水量963～1 132 mm，相对湿度72%～83%，地势西北高，东南低，地形起伏显著，山地面积比例较大，土壤以紫色土为主。

研究区内林地、植被发育良好，属亚热带常绿阔叶林、亚热带竹林，种类有构树（Broussonetia papyrifera）、槐树（Sophora japonica）、小叶榕（Ficus micru Carpa）、鹅观草（Roegneria kamoji）、三叶草（Medicago sativa）等树草种。

2 材料与方法

2.1 研究样地

为研究天然气建设活动后，临时用地土壤成分对土壤涵养水源功能的影响，在研究区内选取山区、丘陵、平坝三种地貌，4种不同建成年限：0～1年、1～5年、5～10年、10年以上，共计120余个样地。

2.2 试验方法

土壤化学成分测定采用常规分析方法：土壤pH釆用1∶2.5土水比的悬浊液测定；土壤有机质釆用重铬酸钾-浓硫酸外加热法测定；速效氮采用NaOH碱解扩散法测定，速效磷采用NaHCO3浸提-钼锑钪比色法测定；速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度法测定，全氮采用半微量凯氏定氮法测定。重金属（砷、汞、铅、镉、铬、锌）含量根据GB —2018《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》进行测定。

土壤渗透系数采用野外双环法进行测定，饱和持水量计算采用MARSHALL[6]提出的公式：

式（1）中：Wt为土壤饱和持水量，t/m2；Pt为总孔隙度，%；h为土层厚度，m；ρw为水的密度，t/m3。总孔隙度为：

（2）

式（2）中：γ为土壤容重，采用环刀法测定；Gs为土壤比例，采用比重瓶法测定；ω为土壤质量含水率，采用烘干法测定。

2.3 数据处理

采用Excel 2010和SPSS（21.0）统计软件进行试验数据处理。

3 结果与分析

3.1 相关性分析

设土壤有机质含量为X1，pH为X2，速效氮为X3，速效磷为X4，速效钾为X5，全氮为X6，砷为X7，汞为X8，铅为X9，镉为X10，铬为X11，锌为X12，土壤饱和持水量为Y1，渗透系数为Y2。分别将X1～X12与Y1，Y2进行相关性分析。土壤化学性质及重金属含量与饱和持水量及渗透系数相关关系矩阵如表1所示。

表1 土壤化学性质及重金属含量与饱和持水量及渗透系数相关关系矩阵 X1X2X3X4X5X6 Y10.792**-0.424****** Y20.257**-0.514**-*-** X7X8X9X10X11X12 Y10.326*-*-** Y20.276*-*-*

结果显示，土壤化学性质方面，土壤饱和持水量及渗透系数均与土壤pH值呈负相关，且为极显著；与有机质含量和全氮含量均呈现极显著的正相关；分别与速效磷呈现极显著正相关以及显著正相关；与速效氮、速效钾方面关系不显著。土壤重金属含量方面，土壤饱和持水量及渗透系数均与砷、铅呈显著正相关；土壤饱和持水量与锌呈极显著正相关，渗透系数与锌呈现显著正相关；与重金属汞、镉、铬方面关系不显著。

研究结果表明：①pH值与土壤饱和持水量以及渗透性呈极显著负相关，这与前人研究成果一致[7-8]，原因在于pH值越大，土壤中含有的交换性钠含量越大，土粒越分散，土壤粘重闭结，通透性就越差，不利于水分的流通与保持。而相对于土壤化学性质的其他指标而言，土壤饱和持水量以及渗透系数影响都比较显著，特别是全氮、速效磷和有机质含量等几个主要指标数值的大小不仅决定了土壤肥力的大小，同时也关系到土壤渗透能力的强弱。②重金属中砷、铅、锌含量与土壤饱和持水量及渗透系数呈显著相关，其中锌含量与土壤饱和持水量呈极显著相关。说明三种重金属含量与土壤饱和持水量与渗透系数有一定的相关关系，但是目前未有权威的重金属含量与土壤饱和持水量及渗透系数之间影响机理的研究，待下一步进行更深入的研究讨论。

文章来源：《天然气工业》 网址: http://www.trqgyzzs.cn/qikandaodu/2021/0413/999.html