胡傳旺，王 輝，盧佳宇，譚 帥，武 蕓

·農(nóng)業(yè)水土工程·

亞熱帶土壤導(dǎo)水特征對鈉鹽溶液濃度的響應(yīng)

胡傳旺，王 輝※，盧佳宇，譚 帥，武 蕓

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，長沙 410128）

再生水中高濃度鈉鹽溶液入滲對土壤水力特性的影響是長期低質(zhì)水灌溉引起土壤生態(tài)環(huán)境退化的關(guān)鍵問題之一。該文采用定水頭滲透法、一維水平土柱吸滲法測定不同濃度鈉鹽溶液條件下亞熱帶地區(qū)黏性潮土、沙性潮土、紅壤、水稻土、紫色土共5種土壤的水動力學(xué)參數(shù)，分析了土壤理化性質(zhì)和鈉鹽溶液濃度對土壤導(dǎo)水特征的影響及其作用機制。結(jié)果表明：土壤粉粒、交換性鈣及交換性鎂含量具有促進土壤水分運動的作用，而土壤黏粒、交換性鐵及交換性鋁含量則表現(xiàn)出抑制作用。與蒸餾水處理相比較，鈉鹽加快了土壤水分黏性潮土、沙性潮土及水稻土中的土壤水分運動速率，分別可最高提升其土壤水分擴散率為 22.0%、37.3%、39.7%；鈉鹽減緩了紅壤和紫色土的水分擴散速率，溶液鈉鹽濃度越高，其抑制作用越明顯。土壤飽和導(dǎo)水率隨溶液鹽濃度升高呈先降后升的趨勢，1～10 g/L鈉鹽濃度范圍內(nèi)土壤飽和導(dǎo)水率與鈉鹽濃度具有良好的拋物線關(guān)系（2>0.807），各土壤導(dǎo)水率最小極值點的鈉鹽濃度在5 g/L左右。因此，再生水灌溉利用時其鹽濃度適度控制低于其極值點濃度。

土壤；水分；鈉鹽溶液；相對濕潤鋒運移速率；相對土壤水分擴散率；相對飽和導(dǎo)水率

0 引 言

再生水作為一種城市污水經(jīng)過適當處理可再次利用的水，為緩解農(nóng)業(yè)用水壓力提供了一條途徑[1-2]，即能降低對淡水資源的需求量，又能減少污水的排放量，降低面源污染風(fēng)險[3]。但由于污水中鹽分較難去除，因此，再生水含有較高的鹽分濃度，可以達到3 g/L[4]甚至更高[5-6]，尤其是鈉等鹽分離子在再生水中有較高的濃度[7-8]，是引起土壤退化的主要鹽分[9-10]。鈉離子的存在可引起土壤黏粒膨脹和團聚體分散[11]，從而導(dǎo)致大孔隙減少、土壤入滲率和導(dǎo)水率降低[12-13]，但土壤鹽分濃度提高可增加黏粒的絮凝并抑制其膨脹和分散，使土壤大孔隙增加，滲透性增強[14]，再生水的高礦化度能削弱高的交換性鈉百分率對受灌土壤的不利影響[15]。唐勝強等[16-17]研究認為入滲水中的微量鹽分促進土壤團粒結(jié)構(gòu)的形成，增強土壤導(dǎo)水能力?？梢?，鹽分對土壤水力性質(zhì)的影響與灌溉水鹽濃度和土壤性質(zhì)有密切關(guān)系[18-22]。隨著中國亞熱帶地區(qū)再生水利用的逐步提高，再生水的利用風(fēng)險將不容忽視[23]，該研究選擇最為常見的鈉鹽，以亞熱帶地區(qū)5種土壤為研究對象，分析鈉鹽濃度水平對亞熱帶地區(qū)土壤水力特性的影響，以期減少亞熱帶地區(qū)再生水灌溉鹽分對土壤的負面效應(yīng)，為進一步研究亞熱帶地區(qū)再生水灌溉提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 土壤及水樣

供試土樣采集和處理方法同文獻[23]：在亞熱帶地區(qū)，利用隨機、多點法，分別采集黏性潮土（112°43'42″E，29°17'55″N）、沙性潮土（112°43'47″E，29°18'05″N）、紅壤（113°16'46″E，28°32'49″N）、紫色土（105°53'59″E，29°23'39″N）以及水稻土（106°52'49″E，29°38'25″N）表層0～20 cm土樣，風(fēng)干，過2 mm篩，去除根系、石塊等雜物。供試土樣的理化性質(zhì)見文獻[23]：黏性潮土、沙性潮土、紅壤、紫色土以及水稻土質(zhì)地分別為黏壤土、粉壤土、壤黏土、黏壤土、壤黏土；這5種土壤的電導(dǎo)率分別為1.14、1.12、0.12、0.54、0.54 dS/m，交換性鐵分別為7.28、5.95、11.46、3.54、8.12 g/kg，0.02～2 mm顆粒質(zhì)量分數(shù)分別為35.75%、35.62%、38.86%、46.12%、35.19%，0～0.002 mm顆粒質(zhì)量分數(shù)分別為20.72%、11.09%、30.10%、17.78%和32.88%。pH值以沙性潮土最高，為8.41，黏性潮土為8.27，水稻土與紫色土相差不大，分別為4.93、4.08，紅壤為5.30；交換性鋁以紅壤最高，為0.56 g/kg，沙性潮土與水稻土相差不多，分別為0.23和0.24 g/kg，紅壤和紫色土為0.56和0.55 g/kg；交換性鈣從高到低分別為沙性潮土（2 726.0 mg/kg），水稻土（2 166.0 mg/kg）、黏性潮土（1 957.5 mg/kg）、紫色土（1 148.5 mg/kg）、紅壤（754.0 mg/kg）；交換性鎂質(zhì)量分數(shù)由高到低依次排列為沙性潮土（194.2 mg/kg）、黏性潮土（183.8 mg/kg）、水稻土（93.0 mg/kg）、紅壤（58.0 mg/kg）、紫色土（13.5 mg/kg）；土壤有機質(zhì)由高到低分別為紫色土（35.6 g/kg）、水稻土（18.6 g/kg）、黏性潮土（16.1 g/kg）、紅壤（11.9 g/kg）、沙性潮土（10.1 g/kg）。在蒸餾水中加入NaCl配置成濃度分別0、1、2.5、5、10、15 g/L的鹽溶液。

1.2 測定及計算方法

2016年9月－2017年7月在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院土壤水動力實驗室開展研究。

1）土壤水分擴散率采用水平土柱吸滲法測定。試驗土柱裝置由有機玻璃管嵌套同軸連接，4根絲桿加固兩壓板組成，共10節(jié)，總長40 cm，內(nèi)徑5 cm。土柱填裝干容重為1.2 g/cm3，分層（1.0 cm每層）裝填。每層土壤質(zhì)量根據(jù)供試土壤的風(fēng)干含水率進行計算，裝填時將土柱直立，將計算的第1層土壤質(zhì)量均勻裝入第1節(jié)有機玻璃管，并打毛接觸面，然后進行下層裝填，當?shù)?節(jié)填滿時套入第2節(jié)有機玻璃管，按照相同方法進行第2節(jié)裝填，重復(fù)上述工作直至完成試驗土柱裝填，蓋上壓板擰緊4根絲桿，然后平放土柱。采用馬氏瓶供水，水分濕潤土柱時開始計時，記錄濕潤鋒運移距離和與對應(yīng)的時間，當濕潤鋒接近土柱末端時（濕潤鋒運移距離36 cm），結(jié)束試驗，立刻從土柱的末端向首端取土，用烘干法測量土柱水平剖面各點的含水率。每個處理重復(fù)3次。

土壤水分擴散率[24]的計算公式為

式中()為土壤水分擴散率，cm2/min；為體積含水率，cm3/cm3；θ為初始體積含水率，cm3/cm3；()為Boltzmans變換量，cm/min1/2。

2）飽和導(dǎo)水率采用定水頭滲透法測定[25]。土柱內(nèi)徑為5 cm，土壤干容重為1.2 g/cm3，裝填高度為10 cm，采用蒸餾水飽和，24 h充分飽和后，組裝試驗裝置[23]，分別用不同濃度鹽溶液進行試驗，用小三角瓶收集出流液，當土柱底部第1滴液體流出時開始計時，每隔一段時間測定出流液的體積及溫度，每個處理重復(fù)3次。飽和導(dǎo)水率采用達西定律[24]計算

式中K為飽和導(dǎo)水率，cm/min；為滲透量，mL；為滲透路徑，cm；為滲透橫截面積，cm2；為滲透時間，min；為水頭，cm。

為了消除溫度的影響，將測定的飽和導(dǎo)水率換算成10 ℃時的飽和導(dǎo)水率，公式如下：

式中K為某水溫下的土壤飽和導(dǎo)水率，cm/min；10為10 ℃時的土壤飽和導(dǎo)水率，cm/min；為水的溫度，℃。

采用Excel 2003、SPSS 21進行統(tǒng)計分析，用Origin8.5軟件繪制圖形并進行數(shù)據(jù)擬合。

2 結(jié)果與分析

2.1 鈉鹽濃度對亞熱帶土壤非飽和導(dǎo)水性的影響

2.1.1 鈉鹽濃度水平與土壤濕潤鋒運移速率的關(guān)系

在濕潤鋒運移至36 cm時，運移距離每增加4 cm計算1次濕潤鋒運移速率，并以此運移速率與對照組（鈉鹽濃度為0）的比值為相對濕潤鋒運移速率，計算各運移距離的相對濕潤鋒運移速率平均值，如圖1所示，鈉鹽溶液入滲土壤后，其濕潤鋒運移速率產(chǎn)生了明顯的差異，黏性潮土、高沙性潮土、水稻土濕潤鋒運移速率加快，分別最高提升33.0%、32.5%、93.5%，其中水稻土提升最為明顯，紅壤濕潤鋒運移速率減慢，最大降低34.8%，對應(yīng)鹽濃度為10 g/L；隨溶液鹽分濃度增加，紫色土濕潤鋒運移速率呈降低趨勢。1～5 g/L范圍內(nèi)，黏性潮土、水稻土濕潤鋒運移速率隨溶液鹽濃度升高逐漸加快，而紅壤、紫色土則反之，沙性潮土則呈先降后升的趨勢，但其變化不明顯。因為當含鹽水入滲時，可溶性Na+濃度使土壤黏粒分散和膨脹[25]，但鹽分濃度、可交換性Ca2+、Mg2+會抑制其作用[26]，黏性潮土、水稻土由于具有較多可交換性Ca2+、Mg2+，因而其濕潤鋒運移速率隨溶液鹽濃度升高逐漸加快；但紅壤、紫色土由于其含量較少，則反之，且紅壤電導(dǎo)率較低，Na+對土壤黏粒分散作用更加明顯[27]，因而其濕潤鋒運移速率低于對照組。

注：相對濕潤鋒運移速率為各鹽濃度處理濕潤鋒運移速率與對照組（鈉鹽濃度為0，下同）比值。

沙性潮土由于土壤黏粒較少，受鹽溶液影響較弱。鹽溶液濃度大于5 g/L時，黏性潮土、沙性潮土、紅壤、水稻土的分散和膨脹作用基本達到平衡，其濕潤鋒運移速率變化幅度減小，紫色土在鹽濃度大于10 g/L時基本達到平衡。因此土壤濕潤鋒運移受鹽溶液的影響程度與土壤本身鹽分含量及鹽離子組成有密切關(guān)系。在1～15 g/L鹽濃度范圍內(nèi)，黏性潮土、沙性潮土、紅壤、紫色土、水稻土相對濕潤鋒速率最大變化分別為35.5%、19.5%、26.3%、60.7%、19.2%，其中黏粒含量較高的土壤受鹽分濃度影響較大。

2.1.2 鈉鹽濃度對土壤水分擴散率的影響

采用不同濃度鹽溶液處理的土壤水分擴散率與對照組對應(yīng)含水率的水分擴散率相比，得到相對土壤水分擴散率，如圖2所示，不同濃度鹽溶液處理下，相對土壤水分擴散率曲線呈現(xiàn)差異，鹽溶液處理下黏性潮土相對水分擴散率在土壤體積含水率高于0.25 cm3/cm3時，由減小變?yōu)樵龃?，并隨著土壤含水率增加呈先升后降的波動趨勢，體積含水率為0.33 cm3/cm3左右時最大。沙性潮土在體積含水率高于0.25 cm3/cm3時，1、5 g/L鈉鹽溶液處理下相對土壤水分擴散率加快，且隨含水率增加先升后降，體積含水率為0.37 cm3/cm3左右時最大，而其余處理下土壤水分擴散率變化不大。當體積含水率高于0.25 cm3/cm3時，紅壤相對土壤水分擴散率隨含水率增加亦呈先升后降的趨勢，土壤體積含水率為0.38 cm3/cm3左右時最大?？傮w上，鈉鹽溶液處理下紅壤相對土壤水分擴散率減小，僅在土壤體積含水率0.32～0.41 cm3/cm3范圍內(nèi)有一定程度增大。紫色土相對土壤水分擴散率在土壤體積含水率高于0.35 cm3/cm3時，隨含水率增加呈先升后降的趨勢，在0.43 cm3/cm3左右時最大。在1、2.5 g/L鈉鹽溶液處理下紫色土相對土壤水分擴散率增大，較高濃度時減小。水稻土相對土壤水分擴散率隨著土壤含水率升高而呈減小趨勢，隨處理溶液鹽濃度升高而增加，當體積含水率高于0.30 cm3/cm3時，處理溶液鹽濃度越高，水稻土相對土壤水分擴散率隨土壤含水率增加降低的幅度越大，土壤體積含水率高于0.35 cm3/cm3時，水稻土相對水分擴散率均減小。因為土壤含水率較低時，土壤水分主要沿顆粒表面運動，此時水分運動與土壤顆粒表面性質(zhì)有密切關(guān)系，隨著含水率的升高，土壤黏粒發(fā)生膨脹和分散，土壤水分運動路徑增加，水分擴散速率有下降趨勢，由于孔隙減小，孔隙毛管力提升，當含水率進一步升高時，土壤孔隙逐漸被水分填充，在含鹽水作用下土壤孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，水分擴散速率則呈先升后降的趨勢，但土壤理化性質(zhì)和含鹽水濃度的不同使得各處理的水分擴散呈現(xiàn)差異。因此為加快土壤水分運動，需根據(jù)土壤類型合理控制土壤含水率區(qū)間和入滲水鹽濃度。

注：相對土壤水分擴散率為各鹽濃度處理土壤水分擴散率與對照組比值，下同。

圖3所示為各處理下相對土壤水分擴散率平均值隨入滲液鈉鹽濃度的變化，同一鹽濃度下不同土壤比較，黏性潮土、沙性潮土和水稻土總體上土壤水分擴散率較高，其中黏性潮土相對土壤水分擴散率在1 g/L鹽濃度處理時最大，平均約提升22.0%，而其余鹽濃度處理土壤水分擴散率提升較小，僅提升10.0%～14.4%；隨入滲溶液鹽濃度升高，水稻土相對土壤水分擴散率呈先升后降的趨勢，與鹽濃度呈較好的拋物線關(guān)系（=?0.0042+ 0.073+1.019，2=0.987，為相對土壤水分擴散率；為鈉鹽濃度，g/L；下同），在10 g/L鹽濃度時最大，其相對土壤水分擴散率平均約提升39.7%；沙性潮土則呈波動形式，在1、5 g/L鹽濃度時相對土壤水分擴散率提升較大，分別為37.3%、30.0%，其余鹽濃度處理水分擴散率變化較小。各鹽濃度處理下，紅壤和紫色土水分擴散率減慢；入滲溶液鹽濃度越高，紅壤和紫色土相對土壤水分擴散率越小，在15 g/L鹽濃度溶液處理時，其土壤水分擴散率平均分別降低30.5%、42.1%，相對土壤水分擴散率與鹽濃度呈良好的線性關(guān)系（紅壤：=?0.015+0.922，2=0.982；紫色土：=?0.033+1.028，2=0.933）。

圖3 不同濃度鈉鹽處理下相對土壤水分擴散率

2.2 鈉鹽濃度對土壤飽和導(dǎo)水性的影響

圖4所示為不同濃度鈉鹽溶液處理下的相對土壤飽和導(dǎo)水率，同一鈉鹽溶液處理下黏性潮土飽和導(dǎo)水率增加最明顯，在15 g/L時提升最大，可提升77.3%，其次為水稻土，在15 g/L時提升最大，約25.1%，這可能是由于鹽分促使擴散雙電子層收縮，降低了土壤顆粒間排斥力，增強了土壤膠體的凝絮作用，有助于團粒結(jié)構(gòu)的形成，提升土壤導(dǎo)水能力[28]。隨著入滲溶液鹽濃度的升高，土壤相對飽和導(dǎo)水率呈先降后升的趨勢，紫色土在2.5 g/L處理時最小，較對照組降低10.5%，其余土壤在5 g/L處理時最小，其中紅壤飽和導(dǎo)水降低最明顯，較對照組降低45.5%。這是因為鈉鹽溶液進入土壤，一方面是鹽濃度使土壤絮凝作用增強，使土壤形成較好孔隙結(jié)構(gòu)，另一方面鈉離子會增強土壤黏粒膨脹和分散作用，導(dǎo)致土壤孔隙減小，此濃度處理下可能土壤膨脹和分散作用達到最大，出現(xiàn)拐點。當鹽濃度升高至15 g/L時，紅壤和紫色土飽和導(dǎo)水率有一定程度下降，分別降低9.1%、1.6%，此現(xiàn)象可能是該鈉鹽濃度下土壤絮凝作用達到限值，而土壤黏粒較多，分散作用較強，導(dǎo)致土壤有效孔隙堵塞而減少。

進一步分析發(fā)現(xiàn)1～10 g/L濃度范圍內(nèi)，土壤相對飽和導(dǎo)水率與鹽濃度具有明顯的拋物線關(guān)系（決定系數(shù)不小于0.807），即：

式中Δ為相對飽和導(dǎo)水率；為鈉鹽濃度，g/L；、為系數(shù)；為常數(shù)；擬合結(jié)果見表1。由表1可知，土壤相對飽和導(dǎo)水率最小時對應(yīng)的鈉鹽濃度約5 g/L，黏性潮土、沙性潮土、紅壤、紫色土、水稻土極值點鈉鹽濃度分別為5.81、5.74、5.67、4.19、5.63 g/L。利用含鹽水灌溉時，僅考慮水分在土壤中運動，并結(jié)合實際情況，含鹽水應(yīng)低于此極值濃度。

注：相對土壤飽和導(dǎo)水率為各鹽濃度處理飽和導(dǎo)水率與對照組比值。

Note: Relative saturated hydraulic conductivity of soil is the ratio of each salt concentration treatment to the control group.

圖4 不同濃度鈉鹽處理下相對土壤飽和導(dǎo)水率

Fig.4 Relative soil saturated water conductivity for different concentrations of sodium salt

表1 不同土壤相對飽和導(dǎo)水率與鈉鹽濃度拋物線函數(shù)擬合結(jié)果

2.3 土壤導(dǎo)水性與入滲液鹽濃度及土壤理化性質(zhì)的相關(guān)關(guān)系

通過對土壤導(dǎo)水特征參數(shù)與土壤理化性質(zhì)進行相關(guān)性分析，結(jié)果見表2。

表2 土壤導(dǎo)水參數(shù)與理化性質(zhì)相關(guān)性分析

注（Note）：**，<0.01；* ，<0.05。

相對濕潤鋒運移速率與交換性鈣含量呈極顯著正相關(guān)（<0.01），與粉粒含量呈顯著正相關(guān)（<0.05），與黏粒含量、交換性鐵、鋁含量呈極顯著負相關(guān)；相對土壤水分擴散率與粉粒含量、交換性鈣、鎂含量呈極顯著正相關(guān)（<0.01），與黏粒含量、交換性鐵、交換性鋁含量呈極顯著負相關(guān)（<0.01）；相對飽和導(dǎo)水率與土壤理化性質(zhì)相關(guān)性不顯著（>0.05）。說明土壤黏粒含量、交換性鐵、交換性鋁含量對土壤水分運動主要起抑制作用，而粉粒含量、交換性鈣、交換性鎂含量則起促進作用。

3 結(jié)　論

1）鈉鹽溶液入滲使黏性潮土、沙性潮土、水稻土濕潤鋒運移速率加快，分別最高提升33.0%、32.5%、93.5%，降低紅壤濕潤鋒運移速率，最大減小34.8%；紫色土濕潤鋒運移速率隨溶液鹽分濃度增加呈降低趨勢。

2）隨土壤含水率變化相對土壤水分擴散率呈波動形式，其中黏性潮土、沙性潮土、紅壤、紫色土波峰較為明顯，其相對土壤水分擴散率分別在土壤體積含水率為0.33、0.37、0.38、0.43 cm3/cm3左右時較快，水稻土相對土壤水分擴散率隨土壤含水率升高呈減小趨勢，體積含水率低于0.35 cm3/cm3時，土壤水分擴散較快，合理的土壤含水率區(qū)間有利于加快水分擴散。鈉鹽加快黏性潮土、沙性潮土和水稻土水分擴散率，分別最高約提升22.0%、37.3%、39.7%。鹽濃度越高對紅壤和紫色土水分擴散率降低越明顯，在15 g/L鹽濃度時分別降低30.5%、42.1%。水稻土相對土壤水分擴散率與鹽濃度呈較好的拋物線關(guān)系（2=0.987）；紅壤和紫色土與鹽濃度呈較好的線性關(guān)系（紅壤2=0.982；紫色土2=0.933）。

3）鈉鹽溶液處理下黏性潮土飽和導(dǎo)水率增加最明顯，最大可提升77.3%，其次為水稻土，最高提升約25.1%。隨入滲溶液鹽濃度升高，土壤相對飽和導(dǎo)水率呈先降后升的趨勢。1～10 g/L鹽濃度范圍內(nèi)土壤相對飽和導(dǎo)水率與濃度具有較好拋物線關(guān)系（2不小于0.807），黏性潮土、沙性潮土、紅壤、紫色土、水稻土相對飽和導(dǎo)水率最小時對應(yīng)的鈉鹽濃度分別為5.81、5.74、5.67、4.19、5.63 g/L。

4）土壤理化性質(zhì)中土壤黏粒、交換性鐵、交換性鋁含量對土壤水分運動主要起抑制作用，而粉粒、交換性鈣、交換性鎂含量則起促進作用。

致謝：感謝中國科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所李裕元研究員為本試驗提供了土壤材料！

[1]吳文勇，劉洪祿，郝仲勇，等. 再生水灌溉技術(shù)研究現(xiàn)狀與展望[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2008，24(5)：302－306. Wu Wenyong, Liu Honglu, Hao Zhongyong, et al. Review and perspectives of research status on reclaimed wastewater irrigation technologies[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2008, 24(5): 302－306. (in Chinese with English abstract)

[2]Carlos F S, Marafon A, Andreazza R, et al. Impact of treated industrial effluent on physical and chemical properties of three subtropical soils and millet nutrition[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2017, 48(21): 1－12.

[3]楊林林，楊培嶺，任樹梅，等. 再生水灌溉對土壤理化性質(zhì)影響的試驗研究[J]. 水土保持學(xué)報，2006，20(2)：82－85. Yang Linlin, Yang Peiling, Ren Shumei, et al. Experimental studies on effects of reclaimed water irrigation on soil physicochemical properties[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2006, 20(2): 82－85. (in Chinese with English abstract)

[4]Feigin A, Ravina I, Shalhevet J. Irrigation with Treated Sewage Effluent: Management for Environmental Protection[M]. Germany: Springer Science & Business Media, 2012.

[5]Bond W J. Effluent irrigation: An environmental challenge for soil science[J]. Soil Research, 1998, 36(4): 543－556.

[6]Gon?alves R A, Folegatti M V, Gloaguen T V, et al. Hydraulic conductivity of a soil irrigated with treated sewage effluent[J]. Geoderma, 2007, 139(1): 241－248.

[7]Toze S. Reuse of effluent water-benefits and risks[J]. Agricultural Water Management, 2006, 80(1/2/3): 147－159.

[8]商放澤，任樹梅，鄒添，等. 再生水及鹽溶液入滲與蒸發(fā)對土壤水鹽和堿性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2013，29(14)：120－129. Shang Fangze, Ren Shumei, Zou Tian, et al. Effects of infiltration and evaporation with treated wastewater and salt solutions on soil moisture and salinize-alkalization[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(14): 120－129. (in Chinese with English abstract)

[9]Sou M Y, Mermoud A, Yacouba H, et al. Impacts of irrigation with industrial treated wastewater on soil properties[J]. Geoderma, 2013, 200/201: 31－39.

[10]Blum J, Herpin U, Melfi A J, et al. Soil properties in a sugarcane plantation after the application of treated sewage effluent and phosphogypsum in Brazil[J]. Agricultural Water Management, 2012, 115(19): 203－216.

[11]Halliwell D J, Barlow K M, Nash D M. A review of the effects of wastewater sodium on soil physical properties and their implications for irrigation systems[J]. Australian Journal of Soil Research, 2001, 39(6): 1259－1267.

[12]盛豐，吳丹，張利勇. 再生水灌溉對農(nóng)田土壤水流運動影響的研究進展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，32(增刊2)：46－51. Sheng Feng, Wu Dan, Zhang Liyong. Review on effect of reclaimed water irrigation on soil water movement in cropland[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(Supp.2): 46－51. (in Chinese with English abstract)

[13]Arienzo M, Christen E W, Jayawardane N S, et al. The relative effects of sodium and potassium on soil hydraulic conductivity and implications for winery wastewater management[J]. Geoderma, 2012, 173/174: 303－310.

[14]Tarchitzky J, Lerner O, Shani U, et al. Water distribution pattern in treated wastewater irrigated soils: Hydrophobicity effect[J]. European Journal of Soil Science, 2007, 58(3): 573－588.

[15]Saejiew A, Grunberger O, Arunin S, et al. Critical coagulation concentration of paddy soil clays in sodiumferrous iron electrolyte[J]. Soil Science Society of America Journal, 2004, 68(3): 789－794.

[16]唐勝強，佘冬立. 灌溉水質(zhì)對土壤飽和導(dǎo)水率和入滲特性的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2016，47(10)：108－114. Tang Shengqiang, She Dongli. Influence of water quality on soil saturated hydraulic conductivity and infiltration properties[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016, 47(10): 108－114. (in Chinese with English abstract)

[17]郭太龍，遲道才，王全九，等. 入滲水礦化度對土壤水鹽運移影響的試驗研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2005，21(增刊1)：84－87. Guo Tailong, Chi Daocai, Wang Quanjiu, et al. Experimental study on salt and water movement affected by mineralization degree of infiltration water[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2005, 21(Supp.1): 84－87. (in Chinese with English abstract)

[18]Suarez D L, Wood J D, Lesch S M. Effect of SAR on water infiltration under a sequential rain-irrigation management system[J]. Agricultural Water Management, 2006, 86(1/2): 150－164.

[19]李法虎，閆紅，龐昌樂，等. 華北地區(qū)微咸水應(yīng)用對土壤水力傳導(dǎo)性能的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2013，29(2)：73－80. Li Fahu, Yan Hong, Pang Changle, et al. Soil hydraulic conductivity affected by slight saline water irrigation in North China[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2013, 29(2): 73－80. (in Chinese with English abstract)

[20]張珂萌，牛文全，汪有科，等. 微咸水微潤灌溉下土壤水鹽運移特性研究[J]. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2017，48(1)：175－182. Zhang Kemeng, Niu Wenquan, Wang Youke, et al. Characteristics of water and salt movement in soil under moistube-irrigation with brackish water[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017, 48(1): 175－182. (in Chinese with English abstract)

[21]Fonseca A F, Adolpho J M, Célia R M. Maize growth and changes in soil fertility after irrigation with treated sewage effluent. II. Soil acidity, exchangeable cations, and sulfur, boron, and heavy metals availability[J]. Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2005, 36(13/14): 1983－ 2003.

[22]Leal R M P, Herpin U, Fonseca A F D, et al. Sodicity and salinity in a Brazilian Oxisol cultivated with sugarcane irrigated with wastewater[J]. Agricultural Water Management, 2009, 96(2): 307－316.

[23]胡傳旺，王輝，武蕓，等. 再生水鹽分在亞熱帶不同土壤中的遷移特性及差異[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2018，34(20)：99－107. Hu Chuanwang, Wang Hui, Wu Yun, et al. Migration characteristics and its differences of reclaimed water salinity in different subtropical soils[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(20): 99－107. (in Chinese with English abstract)

[24]雷志棟，楊詩秀，謝森傳. 土壤水動力學(xué)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，1988.

[25]曹瑞雪，邵明安，賈小旭. 層狀土壤飽和導(dǎo)水率影響的試驗研究[J]. 水土保持學(xué)報，2015，29(3)：18－21. Cao Ruixue, Shao Ming'an, Jia Xiaoxu. Experimental study on effects of layered soils on saturated hydraulic conductivity[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2015, 29(3): 18－21. (in Chinese with English abstract)

[26]Minhas P S, Singh Y P, Chhabba D S, et al. Changes in hydraulic conductivity of soils varying in calcite content under cycles of irrigation with saline-sodic and simulated rain water[J]. Irrigation Science, 1999, 18(4): 199－203.

[27]Fitzpatrick R W, Cox J W, Fritsch E, et al. A soil-diagnostic key to manage saline and waterlogged catchments in the Mt Lofty Ranges, South Australia[J]. Soil Use and Management, 1994, 10(4): 145－152.

[28]Shainberg I, Letey J. Response of soils to sodic and saline conditions[J]. Hilgardia, 1984, 52(2): 1－57.

Response of soil hydraulic property to sodium salt solution concentration in subtropical zone

Hu Chuanwang, Wang Hui※, Lu Jiayu, Tan Shuai, Wu Yun

(410128,)

The effect of high concentration sodium salt solution infiltration in reclaimed water on soil hydraulic characteristics is one of the key problems of soil ecological environment degradation caused by long-term low-quality water irrigation. In this paper, the hydrodynamic parameters of 5 kinds of subtropical soil, such as clay fluvo aquic soil, sandy fluvo aquic soil, red soil, paddy soil and purple soil, were measured by constant head penetration method and one-dimensional horizontal soil column imbibition method. The influence of sodium salt solution concentration on the hydraulic properties of soil was investigated, and the mechanism of the physical and chemical properties of soil affecting the hydraulic conductivity was analyzed. The results showed sodium slat solution infiltration could enhance soil wet front migration rate of clay fluvo aquic soil, sandy fluvo aquic soil and paddy soil maximally by 33.0%, 32.5% and 93.5%, lower that of red soil maximally by 34.8%. The soil clay content, exchangeable iron and aluminum content mainly inhibited soil water movement, while silt content, exchangeable calcium and magnesium content promoted soil water movement. Sodium salt accelerated water movement in clay fluvo aquic soil, sandy fluvo aquic soil and paddy soil. Relative soil water diffusivity increased by 22.0%, 37.3% and 39.7% respectively. Sodium salt inhibited the water diffusion of red soil and purple soil. The higher salt concentration could result in the smaller relative soil water diffusivity. At 15 g/L salt concentration, the soil water diffusivity decreased by 30.5% for red soil and 42.1% for purple soil, respectively. Relative soil water diffusivity of clay fluvo aquic soil, sandy fluvo aquic soil, red soil and purple soil fluctuated with the increase of soil water content, while the relative soil water diffusivity of paddy soil decreased with the increase of soil water content. Relative soil water diffusivity of paddy soils showed a good parabolic relationship with salt concentration (2=0.987), while red soils and purple soils showed a good linear relationship with salt concentration (2>0.933). The saturated hydraulic conductivity of clay fluvo aquic soil treated with sodium salt solution increased most obviously, with a maximum increase of 77.3%, followed by paddy soil, with a maximum increase of 25.1%. With the increase of salt solution concentration, the relative saturated hydraulic conductivity of soil decreased first and then increased. In the range of 1-10 g/L salt concentration, the saturated hydraulic conductivity of soil had a good parabolic relationship with the sodium salt concentration (2was not less than 0.807), and the saturated hydraulic conductivity of soil was the smallest when the concentration of each extreme point of soil was about 5 g/L. Therefore, the salt concentration of reclaimed water should be moderately controlled to a level lower than the extreme point concentration.

soils; water content; sodium salt solution; relative wetting front velocity; relative soil moisture diffusivity; relative saturated hydraulic conductivity

胡傳旺，王 輝，盧佳宇，譚 帥，武 蕓. 亞熱帶土壤導(dǎo)水特征對鈉鹽溶液濃度的響應(yīng)[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2020，36(3)：86－91.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.03.011 http://www.tcsae.org

Hu Chuanwang, Wang Hui, Lu Jiayu, Tan Shuai, Wu Yun. Response of soil hydraulic property to sodium salt solution concentration in subtropical zone[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(3): 86－91. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.03.011 http://www.tcsae.org

2019-08-02

2019-12-10

國家自然科學(xué)基金項目（41471185）；湖南省水利科技項目重大項目（湘水科計[2017]230-240）；湖南省重點研發(fā)計劃項目（2016JC2032）；湖南省研究生科研創(chuàng)新項目（CX2017B363）

胡傳旺，博士生，主要從事土壤物理與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境研究。Email：huwa0460@163.com

王輝，教授，博士，博士生導(dǎo)師，主要從事土壤物理與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境研究。Email：wanghuisb@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.03.011

S152.7

A

1002-6819(2020)-03-0086-06