酒精土壤入渗影响研究

土壤斥水性是指水分不能或很难湿润土壤颗粒表面的物理现象，土壤斥水性延缓或阻止土壤水分入渗、蒸发，引起作物减产和环境问题［1］。20世纪60年代以来，国外对土壤斥水性进行了大量研究，到20世纪90年代已达到成熟阶段。土壤科学家在1959年指出，土壤斥水性造成西澳和南澳大约500万hm2的耕地减产［2］。新西兰在20世纪90年代开始对土壤斥水性进行普查与改良研究［3］。目前，我国也进行了关于土壤斥水性的研究［4－5］。为进一步认识斥水土壤入渗的规律，针对斥水土壤在酒精入渗条件下土壤盐分运移特征进行分析，以蒸馏水入渗作为对照，研究酒精入渗过程中土壤盐分及各种离子剖面的动态变化，分析酒精入渗对土壤水盐分布的影响。

1　材料与方法

试验在西北农林科技大学农业水土工程教育部重点实验室进行。采用 Dekker和Jungerius［6］提出的斥水性分类标准，将斥水性按入渗时间分为5个等级：0级，无斥水性（＜5s）；1级，轻微斥水性（5～60s）；2级，强烈斥水性（60～600s）；3级，严重斥水性（600～3　600s）；4级，极度斥水性（＞3　600s）。目前，常用的方法有滴水穿透时间法（WDPT）和酒精溶液入渗法（MED）。　供试土样为塿土和盐碱土。按照土壤盐化程度的一般分级标准，盐碱土属于强盐土，塿土属于非盐化土。土壤经风干、碾碎、过筛（2mm）后备用。采用吸管法对2种供试土样进行颗粒分析，分析结果如表1。加入不同剂量的表面活性斥水材料（十八烷基伯胺）配成不同程度的斥水土样。设计土壤密度分别为1．35、1．45g／cm3。

试验系统主要包括供液装置（马利奥特瓶，简称马氏瓶）、试验土柱和固定支架组。试验土柱用高为50cm，内直径为10cm 的钢管制作而成，将土样分层（5cm）装入土柱，装土高度为40cm，用马氏瓶进行自动供液并控制积液高度恒定。试验过程中用秒表记时，观测记录各历时的马氏瓶液位变化。入渗历时到240min时试验结束，沿垂向提取土样，用烘干法测定土壤含水率，利用电导率仪法测定土壤含盐量，利用滴定法测定Cl－离子。为对比不同斥水度的土壤入渗，以斥水度为主要控制因子，斥水程度取0、1、2、3、4级，并以0、1级土壤的蒸馏水入渗作为对照。

2　结果与分析

2．1　斥水程度对土壤累积入渗量的影响

由图1可知，入渗历时为240min时，入渗溶液为酒精时塿土和盐碱土0、1、2、3、4级的累积入渗量分别为115．8、67．7、65、64．8、71．2mm 和117．7、75．4、64、65．9、74．9mm，无论对于塿土还是盐碱土，同一入渗历时，不斥水土壤的累积入渗量远大于斥水土壤的。而对于不同程度的斥水土壤，相同时刻，累积入渗量虽略有差别，但不明显。由此表明，酒精溶液入渗时不斥水土壤的入渗能力明显强于斥水土壤，而对不同斥水程度的斥水土壤的入渗能力的影响不明显。入渗历时为240min时，入渗溶液为蒸馏水时塿土和盐碱土0、1级的累积入渗量分别为56．1、10．9mm 和31．7、12．8mm，明显小于入渗溶液为酒精时的累积入渗量。

2．2　入渗率的变化规律

由图2可知，在入渗溶液为蒸馏水时，0、1级土壤的土壤入渗率明显小于入渗溶液为酒精时的土壤入渗率。入渗溶液为酒精时，不斥水土壤的土壤入渗率远大于斥水土壤；斥水土壤入渗率的变化不是很明显，尤其是最后阶段，入渗率基本相同。由此说明，与蒸馏水入渗相比，酒精溶液入渗极大地增大了土壤入渗率。酒精溶液入渗中，土壤入渗率在一定程度上受斥水剂的影响，但不受斥水剂加入量的影响。　采用 Green－Ampt模型、Philip模型、Kostiakov公式及指数模型分别对斥水土壤入渗率的时间变化进行模拟，结果表明，Kostiakov公式在不斥水土壤和斥水土壤中的适用性都较好。Kostiakov公式具体写为：式中：B、c分别为入渗参数。将不同土壤在不同斥水程度下的酒精溶液入渗由 Kostiakov公式拟合土壤入渗率的相关参数列于表2。由表2可以看出，酒精溶液入渗条件下，Kostiakov公式斥水土壤中的适应性较好，R2均在0．80以上。对于非盐渍土，B 值具有随机性，不斥水土壤中的c值小于斥水土壤中的数值。对于盐渍土，不斥水土壤中的B 值大于斥水土壤中的数值，而c值小于斥水土壤中的数值。为了更为精确的探索酒精溶液入渗条件下土壤入渗率（i）与入渗历时（t）的拟合关系，对i与t－1／2的关系进行了一定的探索，结果如图3所示。　图3表明，酒精溶液入渗条件下，i与t－1／2呈良好的指数关系（i＝aebx），R2均在0．90以上。且不斥水土壤中的拟合参数a值大于斥水土壤中的数值，拟合参数b值小于斥水土壤中的数值。这种指数关系是蒸馏水入渗所不具备的，有待进一步试验的验证。

2．3　土壤盐分运移变化特征

2．3．1　湿润土层内盐分的分布

以土壤初始含盐量为界限，溶液入渗后湿润体内含盐量低于土壤初始含盐量的区域称为脱盐区，高于土壤初始含盐量的区域称为积盐区。图4显示了酒精溶液入渗后不同斥水程度盐碱土土壤含盐量的剖面分布。

由图4可知，0级土壤的脱盐深度小于1、2、3、4级的。0级土壤的积盐区不明显，而1、2、3、4级的积盐区很明显并在湿润锋处达到最大。由此说明，酒精溶液入渗影响不斥水土壤盐分的淋洗，而斥水土壤的盐分淋洗不受影响。

2．3．2　湿润土层Cl－的变化

图5显示了酒精溶液入渗后不同斥水程度土壤Cl－在不同斥水程度土壤的剖面分布。由图5可知，0级土壤Cl－在0～2cm 范围内属于“脱Cl－区”，而后则开始“积 Cl－”，但是“积 Cl－”不明显。而1、2、3、4级的“脱Cl－区”分别为0～4、0～7、0～7、0～8cm，均大于0级土壤的“脱Cl－区”范围，而且斥水土壤的“积Cl－”较为明显，并在湿润锋处达到最大。

3　结　论

1）与蒸馏水入渗相比，酒精溶液入渗极大地加速了土壤的入渗过程。2）酒精溶液入渗条件下，斥水性的存在明显影响土壤的入渗性能，而不同斥水程度的斥水土壤的累积入渗量和入渗率彼此变化不大，但明显小于亲水土壤。3）酒精溶液入渗后，湿润土层内的全盐量和Cl－的淋洗在不斥水条件下效果不明显，而在斥水土壤中较为明显，且在湿润锋处达到最大值。而蒸馏水入渗条件下最大值在湿润锋前处达到。4）酒精溶液入渗条件下，土壤入渗率（i）与入渗历时（t）的关系，Kostiakov公式的适应性较好，与蒸馏水入渗不同的是，i与t－1／2呈良好的指数关系。