再生水盐分在亚热带不同土壤中的迁移特性及其差异

胡传旺，王 辉，武 芸，卢佳宇，李裕元



再生水盐分在亚热带不同土壤中的迁移特性及其差异

胡传旺1，王 辉1※，武 芸1，卢佳宇1，李裕元2

（1. 湖南农业大学工学院，长沙 410128；2. 中国科学院亚热带农业生态研究所亚热带农业生态过程重点实验室，长沙 410125）

为了合理评价再生水灌溉盐分对土壤环境的影响，分析盐溶液淋溶亚热带土壤流出液盐分变化规律及其对土壤化学性质的影响差异，该文采用定水头入渗法，模拟不同浓度钠盐溶液淋溶黏性潮土、沙性潮土、红壤、紫色土、水稻土等5种亚热带地区土壤，并观测土壤流出液电导率（EC）和pH值的差异。试验结果表明：1）高浓度盐溶液对黏粒含量较高的红壤、紫色土、黏性潮土的穿透能力弱于黏粒含量较低的水稻土和沙性潮土。同等浓度水平处理达到相同的穿透程度，酸性土壤（红壤、紫色土、水稻土）能承受更多的低质水量。2）盐分在土壤中的迁移速度主要由土壤理化性质决定，土壤黏粒含量、交换性铝含量会显著减缓盐分在土壤中的迁移能力，而土壤粉粒含量、EC、pH值以及交换性钙、镁含量会促进盐分在土壤中的迁移。盐分更容易穿透碱性土壤（黏性潮土和沙性潮土）而流出，碱性土壤流出液相对EC最大变化速率比酸性土壤高36%。基于Boltzmann函数拟合表明，入渗水盐浓度及土壤理化性质对模型参数有显著影响（<0.05）。3）土壤化学性质受入渗液盐分浓度的影响程度不仅与土壤本身的化学性质有关，也与土壤质地中的粉粒、黏粒含量有极显著的关系（<0.01）。各浓度盐溶液对碱性土壤的pH值影响不明显，对酸性土壤的pH值影响较大，其流出液pH值减少1.6～2.6个单位，其中红壤的pH值变化最大，其次为紫色土。入渗液EC高于4.77 dS/m的处理对土壤流出液的稳定pH值影响增幅不明显。因此，利用低质水灌溉时要依据土壤理化性质合理限定水中盐浓度。

土壤；淋溶；入渗；流出液；盐溶液；穿透曲线；理化性质

0 引 言

随着社会经济发展和节水城市建设理念推行，再生水的利用受到越来越多的重视[1-3]。然而再生水虽经二级处理，但水中仍具有较高的含盐量，可以达到3 000 mg/L[4]甚至更高[5-6]，越高的含盐量在土壤中的累积量会相应增加[7-8]，商放泽等[9]指出钠离子是再生水中浓度较高的盐分离子之一，Na+累积会引起土壤结构破坏[10]，再生水灌溉时在一定程度上有引起土壤碱化的风险[11-12]，且可能造成淋溶水中Na+、总氮、总磷含量变化，对地表水产生影响[13]。入渗补给地下水会引起地下水中盐分的增加[14-15]，使地下水体环境恶化。盐分在土壤中的迁移与分布和土壤性质、气候等因素有关[16-18]。目前，再生水的利用在中国亚热带地区逐步提高，但关于亚热带地区再生水灌溉酸性土壤背景下盐分对土壤影响的研究相对较少，因此，研究再生水中盐分在亚热带土壤中的运移及平衡过程对促进南方地区再生水安全灌溉具有十分重要的意义。再生水灌溉盐分对土壤的影响因土壤质地、阳离子交换量等性质的差异而不同[19-20]，同时也与入渗液盐浓度相关[21]。因此，该文选择最为常见的钠盐，以亚热带地区黏性潮土、沙性潮土、红壤、水稻土、紫色土等5种不同类型土壤为研究对象，分析不同浓度钠盐入渗对土壤流出液电导率和pH值的影响，探明盐分在各土壤中的迁移特性及各土壤受盐分影响的差异，以期减少亚热带地区再生水灌溉盐分对土壤的负面效应，为进一步研究亚热带地区再生水灌溉及水、盐运移提供一定科学参考。

1 材料与方法

1.1 供试土壤与水样

本试验土壤为中国亚热带地区域内代表性的黏性潮土、沙性潮土、红壤、紫色土以及水稻土，分别取自湖南岳阳（112°43′42″E，29°17′55″N）、湖南岳阳（112°43′47″E，29°18′05″N）、湖南长沙（113°16′46″E，28°32′49″N）、重庆永川（105°53′59″E，29°23′39″N）、重庆巴南（106°52′49″E，29°38′25″N）等地，主要土地利用方式为旱地和水田。利用随机、多点（10个点）法采集表层0～20 cm土样，自然风干，除去根系、石块等杂物，磨碎过2 mm筛，充分混匀后备用。供试土壤的理化性质见表1。其中土壤机械组成采用吸管法测定，并根据国际制分类标准确定土壤质地；土壤EC、pH值采用梅特勒—托利多Seven Excellence™多参数测试仪（S470-B）测定；有机质含量采用重铬酸钾外加热容量法测定；交换性钙镁采用原子吸收分光光度计（TAS-990）测定，交换性铁铝采用紫外-可见分光光度计（L5）测定。

表1 供试土壤理化性质

试验为剔除因子之间的相互影响，入渗盐溶液以蒸馏水中加入定量的NaCl配置而成，配置盐溶液质量浓度分别为1、2.5、5、10、15 g/L，其对应EC分别为1.96、4.77、9.08、17.25、25.06 dS/m，pH值分别为6.53、6.48、6.42、6.33、6.31，蒸馏水作为对照处理。

1.2 试验设计及测定方法

本次试验于2016年9月-2017年1月在湖南农业大学土壤水动力实验室和水文过程模拟实验室进行。土样经过风干，过2 mm筛后，按设定的容重1.2 g/cm3均匀装入直径为5 cm的垂直土柱中，装填高度为10 cm，然后将土样采用蒸馏水经24 h饱和后，组装试验装置，如图1所示，采用不同浓度盐溶液进行试验，每个处理重复3次。用小三角瓶收集流出液，当土柱底部第一滴液体流出时开始计时，每隔一段时间测定流出液的体积，当流出液电导率（EC）稳定（前后2~3次测量EC相近，即流出液EC接近流入液EC）时结束试验。

图1 试验装置示意图

采用Origin8.5 软件，通过对流出液电导率与孔隙体积数的拟合发现Boltzmann函数拟合度最高，适合模拟盐分的迁移[21]，从而进一步分析盐溶液穿透过程的变化，Boltzmann函数可以表示为：

式中表示相对电导率，即出流溶液电导率（EC）与流入液电导率（EC0）的比值；1表示土壤流出液的初始相对电导率；2表示土壤流出液稳定后的终止相对电导率；表示孔隙体积数；0为曲线对称轴的横坐标（中心），即(1+2)/2所对应的孔隙体积数；v为曲线倾斜度。

1.3 数据分析

数据处理采用Excel 2003、SPSS 21进行数理统计分析，利用Origin8.5软件绘制相应的图及数据拟合。

2 结果与分析

2.1 土壤流出液EC变化特征

2.1.1 蒸馏水淋溶下土壤流出液EC变化特征

从图2可知各土壤流出液EC存在差异，各土壤流出液EC曲线呈先升后降最后趋于平缓的趋势，峰值点出现在孔隙体积数为1.0附近，峰值反映了各土壤中的物质可被淋溶的最大程度，黏性潮土的峰值点最高，其次为沙性潮土、紫色土、水稻土、红壤。水稻土的EC曲线呈不对称分布，出现拖尾现象，而其余土壤则呈对称分布。由于溶液EC反映土壤溶液中可溶性盐含量，蒸馏水淋溶时，各土壤流出液EC曲线的不对称性主要是物理原因引起。土壤溶质运移通常可用一维对流-弥散方程描述，土壤中的水分可分为动水和不动水两部分[22-23]。溶质的对流-弥散运动主要在动水（优先水流）区进行，不动水中的溶质以弥散（扩散）机制进入动水（优先水流）区，然后通过对流-弥散运动流出土壤，因而溶质运移速率减慢[24]，可知水稻土壤中的不动水含量较多。还可知红壤与紫色土的颗粒组成虽然基本相似，但紫色土的穿透曲线要高于红壤，主要是由于土壤本身所含盐分的量不同，紫色土所含的盐分较高，因而其峰值较高，土壤流出液盐分浓度较多，但其分布范围基本一致。孔隙体积数0～2.0范围内各曲线与横坐标轴所围的面积可表示各土壤在此区间被淋溶出的物质总量，对其进行计算比较得黏性潮土、沙性潮土、紫色土、水稻土在孔隙体积数0～2.0范围内可被淋溶出的物质总量分别为红壤的6.1、4.0、3.5、2.6倍，红壤中可被洗出的物质最少，EC曲线波峰值仅为0.22 dS/m。

图2 土壤流出液EC的分布曲线

2.1.2 盐溶液淋溶土壤流出液EC变化过程及模拟

图3显示了各土壤在不同EC钠盐溶液淋溶下的EC穿透曲线。红壤在9.08 dS/m处理时出流液EC最先开始变化，但较慢趋于稳定，其穿透过程较长。其余浓度处理下红壤流出液EC穿透曲线随流入液EC的升高往左移，说明较低EC（低于9.08 dS/m）盐溶液较难穿透红壤，穿透红壤所需的入渗量多。在1.96 dS/m处理时流出液相对EC（流出液EC/流入液EC）最高可达到1.2左右，主要由于黏性潮土、沙性潮土、紫色土可被淋溶出的物质较多，导致流出液的盐浓度较流入液大，因而相对EC值大于1。当流入液EC升高，相对EC值趋于1，甚至小于1，一方面由于流入液的浓度高于土壤溶液盐浓度，盐分向浓度较低的区域扩散，被土壤截留，导致流出液盐浓度减少，另一方面由于流入液EC值较大，土壤中被淋溶出的物质浓度相对流入液盐浓度的比重减小。黏性潮土、沙性潮土、紫色土、水稻土随流入液EC的升高，土壤流出液EC穿透曲线均有向右偏移的趋势，其中水稻土偏移程度最大，其余土壤偏移较小，说明溶液EC对盐分在水稻土中穿透过程滞后性的影响较大，由图2 所示结果可知蒸馏水淋溶时水稻土流出液EC呈不对称分布，土壤中不动水区较多，高EC溶液进入土壤，必然会产生浓度差，盐离子从高浓度向低浓度扩散[25]，一部分盐将从高浓度的动水区向低浓度的不动水区运动，导致土壤流出液的盐离子减少，同时扩散作用也会影响离子的交换[26]，因此使得水稻土流出液EC变化延迟。

图3 土壤盐溶液EC穿透曲线

基于Boltzmann 函数拟合流出液电导率与孔隙体积数的关系，具体拟合参数见表2。拟合结果均具有极显著的统计学意义（<0.01），同时决定系数均达到0.98以上，说明方程（1）能很好地表征流出液相对EC与孔隙体积数的关系。各土壤流出液初始值1和终止值2随着钠盐浓度升高而减小。理论上1趋于零，而2趋于1.0，实际中由于土壤中的物质被淋洗出，且不同土壤可被淋洗的量不同（图3），因而低浓度盐溶液处理下其1、2值偏高，而当盐溶液EC高于17.25 dS/m时，各土壤流出液终止值2均小于1.0，说明盐溶液EC高于17.25 dS/m时难以完全穿透土壤，土壤对盐离子产生一定的吸附作用，吸附作用的程度与土壤黏粒含量有关[27-28]，如表2所示流入液EC为25.06 dS/m时，黏粒含量较高的紫色土、黏性潮土、红壤流出液终止值2小于黏粒含量较低的沙性潮土和水稻土。0可反映盐溶液淋溶土壤达到穿透过程中点所需入渗液量的大小。由表2可知酸性土壤（红壤、紫色土、水稻土）的0高于碱性土壤（黏性潮土和沙性潮土）约13%，即盐溶液达到穿透中点酸性土壤所需的量多于碱性土壤。其中红壤在溶液EC低于17.25 dS/m时处理时0随流入液EC升高而减小，而其余4种土壤的0随流入液EC增加呈先升后降的趋势，在9.08 dS/m处理时最大，在25.06 dS/m处理时各土壤的0均会有所增加。v可反映土壤流出液EC的穿透过程的平缓，值越大穿透过程曲线越平缓，值越小穿透过程曲线越急剧，盐溶液穿透碱性土壤普遍要快于酸性土壤，其中黏性潮土、红壤在9.08 dS/m处理下盐溶液穿透土壤要慢于其余4种处理，沙性潮土则是随流入液溶液EC升高呈加快的趋势，紫色土和水稻土随流入液EC升高呈先降后升的趋势。

表2 拟合参数表

注：1为土壤流出液的初始相对电导率；2为土壤流出液稳定后的终止相对电导率；0为曲线对称轴的横坐标（中心）；d为曲线倾斜度；下同。

Note:1is initial relative conductivity of soil effluent;2is termination of relative conductivity after stabilization of soil effluent;0is abscissa of axis of symmetry of the curve (center);dis curve slope. The same as below.

2.1.3 盐溶液淋溶土壤流出液EC变化速率

为进一步分析土壤流出液中盐分改变的快慢程度，对表2中的拟合方程求导得各土壤不同EC溶液淋溶过程中EC的变化速率（相对EC/孔隙体积数），结果见图4。相对EC的变化速率随孔隙体积数的增加呈先升后降的趋势，流出液相对EC变化速率最大值出现在穿透曲线的中点0处。红壤在1.96、4.77、9.08、17.25、25.06 dS/m各盐分梯度处理下其相对EC变化速率峰值分别为1.73、2.59、1.33、2.22、2.93，其中9.08 dS/m处理时流出液EC的变化速率曲线的波峰最低，分布范围最广，孔隙体积数从0.25至1.75，其次为1.96 dS/m处理。说明不同盐分浓度下红壤与盐分之间的反应较大（图4a）。黏性潮土流出液相对EC的变化速率最大值分别为3.51、3.30、2.51、3.57、3.08，其速率变化曲线分布较为集中，其分布范围从0.5至1.25，其流出液相对EC变化速率在9.08 dS/m处理时最小（图4b）。沙性潮土流出液相对EC变化速率峰值分别为2.43、2.75、3.54、4.47、3.87，相对EC变化速率随流入液EC升高而逐渐变大，在17.25 dS/m时达到最大，25.06 dS/m有所减小。1.96 dS/m处理时其速率变化曲线分布最大，孔隙体积数从0.3至1.25。随流入液EC升高，其速率变化曲线有往右偏移的趋势（图4c）。当溶液EC高于9.08 ds/m时，沙性潮土流出液相对EC最大变化速率高黏性潮土约30%，因此低质水在偏沙性的潮土上使用需要特别注意水质的盐浓度。紫色土流出液相对EC变化速率峰值分别为2.03、3.05、2.80、2.52、2.42，其曲线分布较为集中，孔隙体积数从0.3至1.5，其波峰随流入液EC升高呈先升后减的趋势，在4.77 dS/m处理时峰值最大（图4d）。水稻土流出液相对EC变化速率峰值分别为2.28、2.30、3.19、2.59、2.55，其速率变化曲线波峰在9.08 dS/m处理时较大，其余处理差异不大，随流入液的EC升高曲线往右偏移，即流入液EC越大，盐分的穿透过程越滞后（图4e）。酸性土壤在9.08 dS/m溶液处理下时土壤流出液相对EC最大变化速率均呈先升后降的趋势，均在4.77 dS/m处理下最大，其中红壤整体均较小，能够较好的抑制盐分的穿透，因而其相对EC变化速率曲线较为波动。红壤、黏性潮土、沙性潮土、紫色土、水稻土在各处理下其流出液相对EC最大变化速率平均值分别2.16、3.19、3.41、2.56、2.58，可知碱性土壤流出液相对EC变化速率高于酸性土壤，约36%。因此，盐溶液更容易穿透碱性土壤，利用低质水灌溉时灌溉量应相应减少，盐溶液EC尽量控制在9.08 dS/m以下。

2.1.4 穿透曲线拟合参数与土壤理化性质的相关性

统计分析发现土壤流出液EC穿透曲线的拟合参数与土壤理化性质具有一定的相关性，见表3，土壤流出液初始值1与流入液EC呈显著负相关，与土壤粉粒和土壤EC呈显著正相关；土壤流出液终止值2与流入液EC呈极显著负相关；0与黏粒、交换性铝含量呈显著正相关，与粉粒、土壤EC、pH值、交换性钙含量、交换性镁含量呈极显著负相关；v与黏粒呈交换性铝含量显著正相关，与粉粒、土壤EC、交换性钙含量呈极显著负相关，与pH值、交换性镁含量呈显著负相关。说明盐分在土壤中的迁移不仅受入渗液EC影响，还与土壤质地及化学性质有关，但决定盐分迁移快慢的主要是土壤理化性质，其中土壤黏粒含量[19,29]、交换性铝含量会显著减缓盐分在土壤中的迁移能力，而土壤粉粒含量、EC、pH值以及交换性钙镁含量对加快盐分在土壤中的迁移达到极显著水平。

图4 供试土壤相对EC变化速率

表3 拟合参数与土壤理化性质的相关性分析

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

Note: * * is significantly correlated at 0.01 level (bilateral); * is significantly correlated at 0.05 level (bilateral).

2.2 盐溶液淋溶对土壤流出液pH值的影响

2.2.1 土壤流出液pH值的变化过程

图5显示供试土壤在不同EC盐溶液淋溶下流出液pH值的变化情况。黏性潮土、沙性潮土流出液pH值随淋溶过程的进行呈先升后降，最后又回升的波动趋势。且随着流入液EC的增加其波动区间变大，其波动范围为0.2～0.6个单位。红壤、紫色土、水稻土流出液pH值在淋溶过程中逐渐下降并趋于平稳。其中红壤、水稻土在4.77 dS/m处理下pH值下降的程度最大，分别约为2.55、1.61个单位，紫色土在1.96 dS/m处理下降幅最大，约2.15个单位。对土壤流出液稳定后的pH值进行分析发现，流出液pH值随流入液EC的升高而有降低的趋势，红壤的流出液pH值降低程度最大，其次为紫色土、水稻土、黏性潮土、沙性潮土。在25.06 dS/m处理下，各土壤流出液稳定后的pH值相对于对照组分别降低22.94%、20.54%、12.91%、5.90%、5.00%。流入液EC升至4.77 dS/m其对应的土壤流出液pH值急剧下降，4.77 dS/m处理时pH值分别降低了20.72%、16.08%、11.22%、3.91%、3.71%，之后流入液EC升高其稳定后的pH值降幅不大。可见，流入液EC为4.77 dS/m以下时土壤流出液稳定后的pH值有较低明显，而溶液EC继续升高（高于4.77 dS/m）其影响程度增幅很小。可知，盐溶液对碱性土壤（黏性潮土、沙性潮土）的pH值影响较小，对酸性土壤（红壤、紫色土、水稻土）的pH值影响较大，使土壤中酸性离子流出较多，导致酸性土壤pH值有升高的可能，且对黏粒含量多的土壤影响较大。

2.2.2 土壤流出液pH值与其相对EC的关系

对土壤流出液流出pH值与相对EC进行分析（图6所示）发现，黏性潮土和沙性潮土的初始流出液在其相对EC变化很小的情况下pH值升高，说明碱性离子迅速流出土壤，之后随着流出液EC的增大pH值逐渐降低，最后流出液EC稳定时，pH值有小幅回升，其中土壤流出液pH值在其相对EC值0.1～0.9的范围内下降，且流入液EC越高下降程度较大，此过程中由于离子发生吸附、解吸、置换等作用而使土壤流出液pH值变化。对于碱性潮土，土壤进行饱和时，土壤中的碱进入土壤溶液中，在蒸馏水的淋溶下被带出土壤，土壤流出液呈碱性，而当不同浓度的盐溶液淋溶时，Na+进入土壤，一方面，能将土壤胶粒表明的大部分H+、Al3+交换出来，同时也与土壤中的Ca2+、Mg2+等离子发生交换作用，置换出的Ca2+、Mg2+与OH-结合生成沉淀物，使流出液中的OH-降低，另一方面于NaCl 是强电解质，能够抑制碱化土壤中盐的水解，因而土壤流出液pH值下降，随淋溶过程的进行钙镁离子置换量减小，离子交换作用减弱，土壤流出液的pH值逐渐回升。对于酸性土壤，土壤在蒸馏水饱和过程中，土壤固体表面的H+解离和水解进入土壤溶液，在蒸馏水淋溶下，H+被带出土壤，土壤流出液pH值下降，随着淋溶的进行，H+解离和水解作用下降，土壤流出液pH值有回升的趋势，然而盐溶液淋溶处理时，淋溶液中的Na+与土壤中的Al3+、Ca2+、Mg2+等离子发生交换，导致流出液pH值进一步下降，盐溶液浓度越高，置换时发生的交换量越大，pH值降低程度越大。红壤、紫色土、水稻土的流出液pH值随着EC的升高而迅速降低并趋于稳定，较低EC的钠盐溶液处理土壤流出液pH值大于高EC处理的土壤流出液pH值。其中红壤、紫色土流出液pH值在其相对EC从0到0.1范围内急剧下降，随后缓慢趋于平稳，说明此过程中盐分淋溶下土壤中的酸性离子迅速流出使土壤流出液pH值降低，之后趋于稳定。同理水稻土流出液pH值也降低，但其下降速率要缓于红壤和紫色土，其下降过程持续在相对EC值0～0.9范围内，一方面可能原因是该土壤中不动水含量较多，其溶质运移较为缓慢；另一方面，水稻土中的交换性铝含量比红壤和紫色土少，阳离子交换机制作用，水稻土流出液中的酸低于红壤和紫色土[30]。通过拟合发现3种酸性土壤（红壤、紫色土、水稻土）流出液pH值与相对EC呈幂函数关系，并达到极显著水平（<0.01）。

图5 土壤流出液pH值变化曲线

图6 土壤流出液pH值与相对EC的关系

2.2.3 土壤流出液pH值与土壤理化性质的相关关系

通过对土壤流出液流出pH值特征与土壤理化性质相关性分析，结果见表4。可知土壤流出液pH值最大波动区间与土壤粉粒、EC、pH值、交换性钙镁含量呈极显著负相关，与砂粒呈显著正相关，与黏粒、交换性铝含量呈极显著正相关。而土壤流出液稳定后pH值与土壤砂粒呈显著负相关，与黏粒、有机质、交换性铝含量呈极显著负相关，与土壤粉粒、EC、pH值、交换性钙镁含量呈极显著正相关。说明砂粒、黏粒含量多的土壤其流出液pH值的波动区间会变大，使稳定后的pH值变小，但土壤本身的盐分离子含量、pH值、交换性钙镁含量会使土壤流出液pH值波动减小，使稳定后的土壤流出液pH值升高。说明土壤化学性质受盐分的影响程度不仅与其本身的化学性质有关，也与土壤质地有关，特别是与土壤粉粒、黏粒含量有极显著的关系。

表4 土壤流出液pH值与土壤理化性质的相关性分析

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

Note: * * is significantly correlated at 0.01 level (bilateral); * is significantly correlated at 0.05 level (bilateral).

3 讨 论

不同浓度钠盐溶液在土壤中运移与土壤理化性质相关，本研究结果表明钠盐在土壤中穿透不仅受土壤黏粒含量影响[19,29]，还与土壤粉粒含量有关，土壤本身化学物质的含量影响土壤对入渗溶液中化学物质的吸附截留能力，因此土壤流出液盐浓度存在差异。本研究主要考虑不同浓度NaCl溶液入渗下亚热地区土壤流出液盐浓度的差异，探讨不同浓度钠盐在各土壤中的穿透速率及穿透能力。试验过程中主要通过观测土壤流出液EC和pH的变化来反映盐溶液在各土壤中的穿透情况，钠盐进入土壤，必定与土壤发生作用，一方面土壤中Na+总量增加，土壤颗粒分散和黏粒膨胀，破坏土壤团聚体，导致土壤结构发生变化使土壤导水特性改变[10,31]，使得盐溶液的穿透速率发生变化；另一方面Na+与土壤中的Ca2+、Mg2+等离子发生交换作用[32]导致流出液盐分组成发生变化，从而影响穿透曲线形态的变化。本文仅从EC总体分析了盐溶液在各土壤中穿透差异，同时通过pH值的变化分析土壤中酸碱离子的改变，对于盐离子与土壤中离子交换等化学作用对盐分在各土壤中穿透的影响有待进一步研究。

4 结 论

1）高浓度盐溶液对黏粒含量较高的红壤、紫色土、黏性潮土的穿透能力弱于黏粒含量较低的水稻土和沙性潮土。同等盐浓度水平处理达到相同的穿透程度，酸性土壤（红壤、紫色土、水稻土）能承受更多的低质水量。

2）入渗液盐浓度对红壤流出液相对EC变化速率和盐分的穿透过程均有明显的影响，对紫色土、黏性潮土和沙性潮土主要影响其流出液相对EC变化速率，其中沙性潮土最小，对水稻土主要影响其穿透过程的滞后程度。基于Boltzmann 函数拟合表明，入渗水EC及土壤理化性质对模型参数有显著影响（<0.05），土壤黏粒含量、交换性铝含量会显著减缓盐分在土壤中的迁移能力，而土壤粉粒含量、EC、pH值以及交换性钙、镁含量则起促进作用。

3）溶液盐浓度对酸性土壤流出液pH值影响较大，可降低1.6～2.6个单位，其中红壤pH值变化最大，其次为紫色土。与对照组相比，盐溶液EC小于4.77 dS/m处理土壤时其流出液稳定后的pH值有较大程度地降低，但随入渗液EC升高对其影响程度增幅不大。酸性土壤流出液pH值与相对EC呈极显著的幂函数关系（<0.01）。土壤化学性质受盐分的影响程度不仅与其本身的化学性质有关，也与其粉粒、黏粒含量呈极显著的关系（<0.01）。

[1] Gemma Carr, Robert B Potter, Stephen Nortcliff .Water reuse for irrigation in Jordan: Perceptions of water quality among farmers [J]. Agricultural Water Management, 2011, 98(5): 847－854.

[2] 叶文，王会肖，高军，等. 再生水灌溉土壤主要盐离子迁移模拟[J]. 农业环境科学学报，2014，33(5)：1007-1015. Ye Wen, Wang Huixiao, Gao Jun, et al. Simulation of salt ion migration in soil under reclaimed water irrigation[J] Journal of Agro-Environment Science, 2014, 33(5): 1007－1015. (in Chinese with English abstract)

[3] 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.

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

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

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

[7] Pang Huancheng, Li Yuyi, Yang Jinsong, et al. Effect of brackish water irrigation and straw mulching on soil salinity and crop yields under monsoonal climatic conditions[J]. Agricultural Water Management, 2010, 97(12): 1971－1977.

[8] Amer K H. Corn crop response under managing different irrigation and salinity levels[J]. Agricultural Water Management, 2010, 97(10): 1553－1563.

[9] 商放泽，任树梅，邹添，等. 再生水及盐溶液入渗与蒸发对土壤水盐和碱性的影响[J]. 农业工程学报，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)

[10] 唐胜强，佘冬立. 灌溉水质对土壤饱和导水率和入渗特性的影响[J]. 农业机械学报，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)

[11] 薛彦东，杨培岭，任树梅，等. 再生水灌溉对土壤主要盐分离子的分布特征及盐碱化的影响[J]. 水土保持学报，2012，26(2)：234－240. Xue Yandong, Yang Peiling, Ren Shumei, et al. Effects of treated wastewater irrigation strategies on the distribution of salt contents in soils cultivated with tomato and cucumber[J]. Journal of Soil & Water Conservation, 2012, 26(2): 234－240. (in Chinese with English abstract)

[12] 郑伟，李晓娜，杨志新，等. 再生水灌溉对不同类型草坪土壤盐碱化的影响[J]. 水土保持学报，2009，23(4)：101－104. Zheng Wei, Li Xiaona, Yang Zhixin, et al. Effects of turf-grass irrigation with reclaimed water on soil salinize-alkalization[J]. Journal of Soil & Water Conservation, 2009, 23(4): 101－104. (in Chinese with English abstract)

[13] 贾哲峰，刘菊芳，常智慧，等. 再生水灌溉果岭草坪对淋溶水盐分及营养元素的影响[J]. 北京林业大学学报，2014，36(1)：94－101. Jia Zhefeng, Liu Jufang, Chang Zhihui, et al．Influence on leaching water salinity and nutritive elements for irrigating green turfgrass with recycled water[J]. Journal of Beijing Forestry University, 2014, 36(1): 94－101. (in Chinese with English abstract)

[14] Katz B G, Griffin D W, Davis J H. Groundwater quality impacts from the land application of treated municipal wastewater in a large karstic spring basin: Chemical and microbiological indicators[J]. Science of the Total Environment, 2009, 407(8): 2872－2886.

[15] Wang R S, Kang Y H, Wan S Q, et al. Influence of different amounts of irrigation water on salt leaching and cotton growth under drip irrigation in an arid and saline area[J]. Agricultural Water Management, 2012, 110: 109－117.

[16] Chen Weiping, Lu Sidan, Peng Chi, et al. Accumulation of Cd in agricultural soil under long-term reclaimed water irrigation[J]. Environmental Pollution, 2013, 178(7): 294－299.

[17] 张蛟，崔世友，冯芝祥，等. 气候因子和地表覆盖对沿海滩涂土壤盐分动态的影响[J]. 中国生态农业学报，2018，26(2)：294－302. Zhang Jiao, Cui Shiyou, Feng Zhixiang, et al. Climate factors and ground mulching affect soil salinity dynamic changes in coastal areas[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2018, 26(2): 294－302. (in Chinese with English abstract)

[18] 夏江宝，赵西梅，赵自国，等. 不同潜水埋深下土壤水盐运移特征及其交互效应[J]. 农业工程学报，2015，31(15)：93－100. Xia Jiangbao, Zhao Ximei, Zhao Ziguo, et al. Migration characteristics of soil water and salt and their interaction under different groundwater levels[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(15): 93－100. (in Chinese with English abstract)

[19] Adriel Ferreira da Fonseca, Adolpho José Melfi, Célia Regina Montes. 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 & Plant Analysis, 2005, 36(13/14): 1983－2003.

[20] 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.

[21] 郭全恩，南丽丽，李保国，等. 灌溉水盐分组成对土壤水盐迁移参数的影响[J]. 农业工程学报，2017，33(23)：123－128. Guo Quanen, Nan Lili, Li Baoguo, et al. Effect of salt ion composition of irrigation water on parameters of soil water and salt movement[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2017, 33(23): 123－128. (in Chinese with English abstract)

[22] Mansell R S, Bloom S A, Rhue R D, et al. Simulated transport of multiple cations in soil using variable selectivity coefficients[J]. Soil Science Society of America Journal, 1988, 52(6): 1533－1540.

[23] Wijmans J G, Baker R W. The solution-diffusion model: A review[J]. Journal of Membrane Science, 1995, 107(1/2): 1－21.

[24] 吴华山，陈效民，沃飞，等. 太湖地区水稻土的硝态氮穿透曲线及影响因素[J]. 土壤通报，2006，37(6)：1129－1133. Wu Huashan, Chen Xiaomin, Wo Fei, et al. Breakthrough curves of nitrate-N in the main paddy soils in tai-lake region and influencing factors[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2006, 37(6): 1129－1133. (in Chinese with English abstract)

[25] Radford P J, Greenwood D J. The simulation of gaseous diffusion in soils[J]. European Journal of Soil Science, 2010, 21(2): 304－313.

[26] Ogwada R A, Sparks D L. Kinetics of ion exchange on clay minerals and soil: II. Elucidation of Rate-limiting Steps 1[J]. Soil Science Society of America Journal, 1986, 50(5): 1162－1166.

[27] 陈效民，邓建才，柯用春，等. 硝态氮垂直运移过程中的影响因素研究[J]. 水土保持学报，2003，17(2)：12-15. Chen Xiaomin, Deng Jiancai, Ke Yongchun, et al. Study on influence factors in process of nitrate vertical transport[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2003, 17(2): 12-15. (in Chinese with English abstract)

[28] 陈效民，潘根兴，沈其荣，等. 太湖地区农田土壤中硝态氮垂直运移的规律[J]. 中国环境科学，2001，21(6)：481－484. Chen Xiaomin, Pan Genxing, Shen Qirong, et al. Study on the nitrate vertical transport rule in farmland soil of Tai Lake area[J]. China Environmental Science, 2001, 21(6): 481－484. (in Chinese with English abstract)

[29] 方堃，陈效民，沃飞，等. 典型水稻土中硝态氮垂直穿透状况及模拟[J]. 安全与环境学报，2007，7(5)：16-20. Fang Kun, Chen Xiaomin, Wo Fei, et al. Study on the situation of the nitrate-N's vertical breaking-through of the soil in the typical rice fields and simulation by Hydrus-1D model[J]. Journal of Safety and Environment, 2007, 7(5): 16－20. (in Chinese with English abstract)

[30] 王代长，蒋新，贺纪正，等. H+和有机酸对可变电荷土壤铝释放的动力学研究[J]. 地球化学，2006(6)：651－659. Wang Daizhang, Jiang Xin, He Jizheng, et al. Kinetics of aluminum release in variable charge soils under H+and organic acids[J]. Geochimica, 2006(6): 651－659. (in Chinese with English abstract)

[31] 王全九，毕远杰，吴忠东. 微咸水灌溉技术与土壤水盐调控方法[J]. 武汉大学学报：工学版，2009，42(5)：559－564. Wang Quanjiu, Bi Yuanjie, Wu Zhongdong. Irrigation technique of saline water and regulation and control method of soil water and salt[J]. Engineering Journal of Wuhan University, 2009, 42(5): 559－564. (in Chinese with English abstract)

[32] 徐小元，孙维红，吴文勇，等. 再生水灌溉对典型土壤盐分和离子浓度的影响[J]. 农业工程学报，2010，26(5)：34－39. Xu Xiaoyuan, Sun Weihong, Wu Wenyong, et al. Effect of irrigation with reclaimed water on soil salt and ion content in Beijing[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(5): 34－39. (in Chinese with English abstract)

Migration characteristics and its differences of reclaimed water salinity in different subtropical soils

Hu Chuanwang1, Wang Hui1※, Wu Yun1, Lu Jiayu1, Li Yuyuan2

(1.,,410128,; 2.,,,410125,)

To evaluate reasonably the effect of reclaimed water irrigation salt in the soil environment, varying salinity in the effluent of salty solution leaching subtropical soil and the effect on soil chemical properties were analyzed. In this paper, five subtropical soils: clay fluvo aquic soil, sandy fluvo aquic soil, red soil, purple soil and paddy soil were selected as the research object. Use the constant head infiltration method to observe the differences in electrical conductivity (EC) and pH of effluent after leaching of soils with different concentrations of sodium salt solution (EC of solutions was 1.96, 4.77, 9.08, 17.25 and 25.06 dS/m, respectively). The results showed that the high concentration salt solution had weaker penetrating ability in red soil, purple soil and clay fluvo aquic soil with higher clay content than paddy soil and sandy fluvo aquic soil with low clay content. The same treatment achieved the same degree of penetration, and acidic soil (red soil, purple soil, paddy soil) can withstand more low quality water. In addition, the migration rate of salinity in the soil was mainly determined by the physicochemical properties of the soil. Soil clay content and exchangeable aluminum content significantly slowed the migration of salinity in the soil, while the soil silt content, EC, pH value and exchangeable calcium and magnesium content promoted the migration of salt in the soil. Salt can easily flow out through alkaline soil (clay fluvo aquic soil and sandy fluvo aquic soil). The maximum change rate of relative EC from the alkaline soil effluent was 36% higher than that of the acidic soil. The concentration of inflow salt had an obvious influence on the relative EC change rate and the penetration process of the red soil effluents, and it mainly affected the relative EC change rate for the purple soil, the clay fluvo aquic soil and the sandy fluvo aquic soil, which mainly affected the lag degree of the penetration process for paddy soil. The Boltzmann fitting showed the infiltration water salt concentration and soil physical and chemical properties had a significant impact on the model parameters (<0.05). Moreover, the degree of soil chemical properties affected by the salt concentration in the infiltration solution was not only related to its own chemical properties, but also had a very significant relationship with the content of powder particles and clay in the soil texture (<0.01). The concentration of salt solution had no significant (> 0.05) effect on the pH value of alkaline soil, and had a greater effect on the pH value of acidic soil. The pH of the effluent decreased by 1.6-2.6 units, of which red soil had the greatest change in pH value, followed by purple soil. The influence of infiltration solution with EC higher than 4.77 dS/m on the stable pH value of soil effluent did not increase substantially. Therefore, when irrigating with low quality water, the salt concentration in the water should be sufficiently limited according to the physicochemical properties of the soil. The research results can serve as reference for reclaimed water irrigation and calculation of water and salt transport in subtropical regions.

soils; leaching; infiltration; effluents; salt solution; breakthrough curve; physicochemical properties

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.20.013

S153.5; S278

A

1002-6819(2018)-20-0099-09

2018-04-04

2018-07-04

国家自然科学基金项目（41471185）；湖南省教育厅科学研究重点项目（15A084）；湖南省重点研发计划项目（2016JC2032）；湖南省研究生科研创新项目（CX2017B363）

胡传旺，博士生，主要从事土壤物理与农业水土环境研究。Email：huwa0460@163.com

王辉，教授，博士，博士生导师，主要从事土壤物理与农业水土环境研究。Email：wanghuisb@126.com

胡传旺，王 辉，武 芸，卢佳宇，李裕元. 再生水盐分在亚热带不同土壤中的迁移特性及其差异[J]. 农业工程学报，2018，34(20)：99－107. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.20.013 http://www.tcsae.org

Hu Chuanwang, Wang Hui, Wu Yun, Lu Jiayu, Li Yuyuan. 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) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.20.013 http://www.tcsae.org