侯艳，王涛

天然气开采区土壤成分对涵养水源功能的影响机制研究

侯艳1，王涛2

（1.四川思润智慧农业科技有限公司，四川 成都 610065；2.中水君信工程勘察设计有限公司，四川 成都 610065）

天然气建设会对地表进行扰动，从而影响土壤涵养水源功能。为研究天然气开采区土壤成分对涵养水源功能的影响，以四川天然气气田为研究区，通过实验测得不同地形、不同建成年限区域土壤化学成分、重金属含量以及饱和持水量、渗透系数，采用相关性分析和主成分分析方法，研究得出土壤化学成分以及重金属含量对饱和持水量以及渗透系数的影响程度，并分别构建土壤成分与饱和持水量、渗透系数的线性回归模型，为后续天然气开采对土壤涵养水源功能的影响研究提供了理论依据。

天然气；化学成分；重金属；涵养水源

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 36600—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：

t=tw（1）

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

式（2）中：为土壤容重，采用环刀法测定；s为土壤比例，采用比重瓶法测定；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1，pH为2，速效氮为3，速效磷为4，速效钾为5，全氮为6，砷为7，汞为8，铅为9，镉为10，铬为11，锌为12，土壤饱和持水量为1，渗透系数为2。分别将1～12与1，2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**0.0690.561**0.0010.593** Y20.257**-0.514**-0.2460.303*-0.0720.339** X7X8X9X10X11X12 Y10.326*-0.0560.444*-0.045-0.0420.529** Y20.276*-0.0940.297*-0.0710.0920.310*

注：*表示在0.05水平（双侧）上显著相关；**表示在0.01水平（双侧）上显著相关。

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。

3.2 主成分分析

根据以上相关分析结果，选择了与土壤饱和持水量与渗透系数均极显著或显著相关的因子：有机质含量（1）、pH（2）、速效磷（3）、全氮（4）、砷（1）、铅（2）、锌（3）。下面进行主成分分析。

土壤化学性质主成分分析如表2所示。

表2 土壤化学性质主成分分析

参数成份 P1P2P3P4 α10.7250.592-0.160-0.312 α2-0.7170.6230.0520.309 α30.7580.0710.6310.150 α40.823-0.045-0.3950.406 特征值2.2920.7460.5820.381 贡献率0.572 90.186 50.145 40.095 2 累积贡献率/（%）57.2975.9490.48100

结果表明，第一主成分方差贡献率为57.29%，其中以全氮的负荷量最大，为0.823，pH的负荷量最小，但也高达0.717，均大于其他主成分，表明与土壤饱和持水量及渗透系数相关的土壤化学性质在第一主成分中表达了绝大多数信息。方程为=0.4791－0.4742+0.5013+0.5464。土壤重金属含量主成分分析如表3所示。

表3 土壤重金属含量主成分分析

参数成份 P1P2P3 β10.778-0.3740.504 β20.793-0.260-0.550 β30.6950.7160.064 特征值1.7190.7200.561 贡献率0.573 00.240 10.187 0 累积贡献率/（%）57.3081.30100

结果表明，第一主成分方差贡献率为57.30%，其中以铅的负荷量最大，为0.793，锌的负荷量最小，但也高达0.695，均大于其他主成分，表明与土壤饱和持水量及渗透系数相关的土壤重金属含量在第一主成分中表达了绝大多数信息。方程为=0.5931－0.6052+0.5303。

根据分析结果，和分别代表土壤化学成分以及重金属含量的主成分，可定义为化学成分参数以及重金属成分参数。以化学成分及总金属成分的标准化主成分得分为因变量，土壤饱和持水量1及渗透系数2为因变量，分析得到回归方程：1=0.007－0.001+0.196（2=0.619，=0.000 1），2=0.000 37－0.000 18+0.000 89（2=0.630，=0.001）。

4 不足与展望

本研究仅根据地形划分，而未在地形基础上对占地类型（如耕地、林地等）进行细分，加之土壤取样具有随机性，因此本研究结果仅对所取土样具有代表性，而对于研究成果仍需进行进一步验证。

由于天然气开发的特殊性，往往是同一个区域在同一时期集中开发，建成年限较为接近，难以采集到同一区域较为连续的试验结果，建议在今后选择几处典型站场或管线，进行多年土壤涵养水源功能连续监测。

［1］SHI H，IUL S R，SUN P S.The mechanism of forest adjusting and controlling agriculture environment：a review［J］.Research of Soil and Water Conservation，2004，11（3）：31-36.

［2］刘宪春，李智广，王爱娟.水源涵养基本功能区水力侵蚀现状分析［J］.中国水土保持科学，2014，12（1）：62-67.

［3］张抗.中国石油天然气发展战略［M］.北京：石油工业出版社，2002.

［4］郭中领，符素华，王向亮，等.北京地区表层土壤分形特征研究［J］.水土保持通报，2010（2）：154-158.

［5］雷廷武，刘汗，潘英华，等.坡地土壤降雨入渗性能的径流-入流-产流测量方法与模型［J］.中国科学（D辑：地球科学），2005，35（12）：1180-1186.

［6］赵诚斋，徐松龄.土壤物理学［M］.北京：科学出版社，1986.

［7］赵西宁，吴发启.土壤水分入渗的研究进展和评述［J］.西北林学院学报，2004，19（1）：42-45.

［8］吴忠东，王全九.微咸水钠吸附比对土壤理化性质和入渗特性的影响研究［J］.干旱地区农业研究，2008，26（1）：231-236.

2095－6835（2020）06－0063－02

TE991.3；S152.7

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2020.06.021

侯艳（1988—），女，本科，工程师，研究方向为高效农业灌溉及水土保持。

〔编辑：严丽琴〕