去电子处理微咸水矿化度对土壤水盐运移特征的影响

王全九，许紫月，单鱼洋，张继红



去电子处理微咸水矿化度对土壤水盐运移特征的影响

王全九，许紫月，单鱼洋，张继红

（西安理工大学西北旱区生态水利工程国家重点实验室培育基地，西安 710048）

为探究去电子处理微咸水对土壤水盐运移的影响，该文通过室内土柱试验，分析了不同矿化度微咸水（0.14、2、3、4、5 g/L）经去电子处理后土壤水分入渗及盐分分布规律。结果表明：不同矿化度去电子微咸水土壤入渗速率及湿润锋运移速率明显大于未处理微咸水，入渗时间为200 min时，累积入渗量和湿润锋运移深度在矿化度为4 g/L时增加幅度最大。相同矿化度去电子微咸水与未处理微咸水相比，Philip入渗公式吸渗率、Green-Ampt入渗公式饱和导水率及湿润锋处吸力均显著增加。去电子微咸水能够显著提高土壤的持水效率和上层土壤盐分的淋洗效果，矿化度为4 g/L时，相对淋盐率和Na+相对淋洗率最大。该研究表明去电子化处理能够改善土壤水盐运移特性，有利于微咸水安全利用。

土壤水分；盐分；入渗；去电子微咸水；水盐分布

0 引 言

随着经济发展和人口增长，淡水资源短缺和水质恶化问题使人类生存面临着严峻的挑战，水资源危机导致农业供水矛盾日益突出[1]。微咸水是指含盐量为2～5 g/L的水资源[2]。中国微咸水资源储量多、分布广，遍及西北、华北及沿海地区。据统计，中国可开采利用微咸水总量约为130亿m3[3]。国内外大量研究结果表明，使用微咸水灌溉作物具有两面性[4-6]。一方面，在极端干旱和水质恶化地区，合理地使用微咸水灌溉可以节约淡水资源、增加土壤墒情，降低土地干旱化、满足作物需水要求，获得更大经济效益。另一方面，微咸水灌溉导致土壤盐分含量增多，容易诱发土壤次生盐渍化，降低土地质量，影响作物生长[7-9]。

在中国新疆等地，土壤盐渍化问题已成为农业可持续发展的主要障碍，据统计，新疆盐碱土面积约为1 100万hm2，占全国盐碱土面积的1/3，盐碱土形成条件差[10]，对作物危害大，改良盐碱土对于提高土地生产力，改善生态环境具有重要意义。目前土壤盐渍化的改良方式包括物理、化学、生物改良等措施[11]。物理改良措施主要是通过合理深耕、平整土地以及水利灌溉来降低地下水位和减少表土返盐。物理改良确有效果，但要求淡水资源充足，灌排设施完善，对于干旱缺水及水质恶化地区具有局限性[12]。化学改良措施是通过在盐碱土壤中施用石膏、硫磺、腐殖酸、硫酸亚铁等化学改良剂来改变土壤酸碱度及土壤吸收性复合体中盐基的组成等，降低盐碱土中的盐分含量[13-15]。化学改良措施优点是见效快，改善了土壤理化性质，但易对土壤造成二次污染[16]。生物改良方法主要为种植绿肥或耐盐植物，周期长见效慢[17-18]。水处理技术近年来逐渐受到重视，其在农业生产上的应用具有无毒无害、无化学残留、不污染环境、高效快速等优点[19-20]。张瑞喜等[21]将磁化技术和滴灌管道相结合，研究了不同磁感应强度处理条件下磁化水灌溉对盐渍化农田盐分淋洗的影响，结果表明磁化水灌溉能够加速土壤盐分运移，300mT磁化处理淋盐效果最佳。朱练峰等[22]使用F型变频磁化水灌溉水稻，研究证明磁化处理对水稻生长发育起到积极作用，能够增加水稻结实率和产量。

去电子水处理技术起初被用于工业水油分离，近年来被引入到农业灌溉中，但目前在农业方面的应用还有待深入研究。目前针对去电子水灌溉，国外没有文献进行系统的报道，但有一些成功案例。美国的ECO1ST公司通过案例研究发现，去电子水灌溉可以提高水分利用效率，减轻土壤盐分胁迫，同时能够使棉花增产。国内有关去电子技术的研究较少。王全九等[23]研究表明，去电子处理能够改善微咸水的理化性质，不同矿化度微咸水经去电子处理后表面张力均明显减小，溶解氧明显增加，而对PH值和电导率的影响较小。目前，去电子微咸水对土壤水分入渗特性和盐分淋洗影响的研究依然不足，其影响机理仍需进一步分析，因此本文采用去电子法对不同矿化度微咸水进行处理，进一步研究去电子微咸水入渗条件下对土壤水分入渗及盐分分布的影响，为微咸水的高效安全提供理论依据，本研究对盐碱地治理和维持土地可持续利用也具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验系统与材料

试验系统由微咸水去电子处理系统、试验土柱、供水设备等组成。微咸水去电子处理系统由图1所示。微咸水去电子处理系统包括去电子处理器、接地电阻、导线等。去电子处理器由韩国亚美华（北京）环境科技发展有限公司生产，型号为W600DELF。安装在直径为25 mm的PVC管上，利用接地螺栓将其连接在接地电极上，接地电阻为5 Ω。试验土柱由内径为5 cm，高45 cm的有机玻璃材料制作，土柱外侧贴有便于湿润峰读数的刻度纸。供水设备为圆柱形马氏瓶，由内径5 cm，高50 cm的有机玻璃材料制作，用来供水及控制水位。

供试土样来源于新疆巴州水利管理局试验站试验田（86°10′E、41°35′N，海拔904.32m）表层0～20 cm的土壤，容重采用环刀法进行测定，为1.46 g/cm3。所取土样经过阴干、风干，碾压、除去残留物后过2 mm筛留用。采用Mastersizer2000型激光粒度分析仪测定其粒径组成，土壤颗粒分级标准选用国际制，砂粒、粉粒和黏粒体积分数分别为78.1%、18.3%、3.6%，土壤类型为砂壤土。采用烘干法和称重法分别测定土壤初始质量含水率和饱和质量含水率，将两者转化为体积含水率，初始体积含水率为0.06 cm3/cm3，饱和体积含水率为0.48 cm3/cm3，使用pH计测得土壤pH值为8.6，使用DDS307型电导率仪测定土壤溶液电导率，转化得到土壤初始含盐量为3.78g/kg，使用火焰分光光度计测定土壤中Ca2+、Mg2+、Na+、K+含量为0.17、0.53、0.27、0.10g/kg，使用原子吸收分光光度计测定Cl-含量为1.02 g/kg。

去电子处理前，进行微咸水配置，通过测定实验室自来水pH值为7.2，矿化度为0.14 g/L，使用氯化钠试剂和自来水配置其余4种矿化度微咸水（2、3、4、5 g/L），共计5种矿化度，对自来水中主要离子进行测定，其K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-含量分别为12.02、23.14、96.38、74.52、0.51 mg/L。

1.水源 2.进水阀门 3.蓄水桶 4.总控制阀门 5水泵 6.电磁流量计 7.去电子处理器 8.接地螺栓 9.引水阀门 10.循环水阀 11.循环水管道 12.回水阀门 13.排水阀门 14.排水管道 15.接地导线 16.接地铜棒 17.大地

1.2 试验方法

试验以去电子微咸水（I）作为处理，以未处理微咸水（CK）作为对照，进行不同矿化度（0.14、2、3、4、5 g/L）的去电子微咸水和未去电子微咸水入渗试验，去电子和未去电子微咸水各5个处理，共计10个处理，每个处理重复3次，共计30个试验土柱。去电子处理器的作用是通过接地电极将微咸水中的负电荷和电子导入地下，水体中的盐分物质只剩正电荷和正离子，从而制成去电子微咸水，将处理后的去电子化微咸水和未经处理的微咸水装入马氏瓶中待用。本次试验控制水头高度约为1 cm，将土样（容重为1.46 g/cm3，每层5 cm）装入试验土柱中，土壤高为40 cm，装土过程中为使土样充分接触，使用细棍在层间打毛。为避免入渗时对土面的冲溅及土样堵塞管道，填装完成后在土壤顶部放置一层滤纸。入渗过程中使用秒表计时，记录土柱湿润锋运移距离和马氏瓶中水位变化。入渗结束时（湿润锋运移深度为27 cm）立刻停止供水，迅速用纸吸干土柱表层积水，将土柱水平放置进行分层取土，从表层开始至25 cm处每隔5 cm进行取土，湿润锋（27 cm）处再取一次，一个土柱共取6次土样。测定土样质量含水率、含盐量及Na+含量。试验重复3次以确保其准确性，分析数据时取平均值，使用SPSS 21进行单因素方差分析，研究去电子和未处理微咸水入渗对于土壤水盐运移影响的显著性差异。

1.3 入渗公式

目前国内外有很多土壤入渗公式，其中，Philip和Green-Ampt入渗公式计算简单且物理意义清晰，在土壤水分入渗中应用广泛[24-25]。

Philip[26]入渗公式为

式中为累积入渗量，cm；为土壤吸渗率，cm·min-0.5；为入渗时间，min。

Green等[27]于1911年提出了Green-Ampt入渗公式

式中为入渗率，cm/min；为土壤表面积水深度，cm；K为土壤表征饱和导水率，cm/min；Z为概化湿润锋深度，cm；h为湿润锋面吸力，cm。

当土壤表面积水深度较小且入渗时间较短时可将积水深度引起的压力势忽略，则式（2）简化为

Green-Ampt公式假定湿润锋面以上土壤已饱和，则有

式中θ为土壤饱和含水率，cm3/ cm3；θ为土壤初始含水率，cm3/ cm3。

2 结果与讨论

2.1 去电子微咸水对累积入渗量的影响

图2为不同矿化度去电子微咸水入渗条件下，累积入渗量随时间变化过程。相同矿化度下，2、3、4、5 g/L去电子处理与相应对照入渗到200 min时累积入渗量差异性显著（<0.05），而0.14 g/L去电子与对照差异性不显著（>0.05），这可能是因为微咸水经去电子化处理后，负电荷及电子通过接地电极释放到地下，水体中的盐分物质只剩正电荷和正离子，使得水体中金属阳离子活性降低，改变了微咸水入渗特性；而淡水中金属阳离子较少，导致去电子化处理对于淡水水质的改变与微咸水相比较小，对土壤累积入渗量影响也较小。为进一步验证去电子处理对于淡水入渗影响，对入渗结束（入渗至27cm处）后0.14 g/L去电子水和未处理水累积入渗量做显著性分析，结果显示差异性显著（<0.05），说明去电子技术处理淡水同样能够促进土壤水分入渗。去电子和未处理微咸水入渗过程中同一矿化度累积入渗量均随矿化度先增后减，3 g/L时累积入渗量最大，入渗最快，这与吴忠东等[28-29]得出的试验结果相一致，3 g/L为一个临界值，小于3 g/L时随着入渗水矿化度的增加，增加了土壤胶体絮凝作用，土壤导水和持水能力增强，入渗速率增大，当矿化度为3g/L时入渗率达到最大，之后随着入渗水矿化度的升高，Na+数量增多，土壤颗粒膨胀、孔隙变小，入渗率反而减小。去电子处理能够不同程度地增加微咸水入渗速率，以200 min的入渗时间为例，0.14、2、3、4、5 g/L的去电子微咸水累积入渗量相对于未处理微咸水分别增加了8.4%、18.0%、16.9%、20.5%、16%；微咸水矿化度为4 g/L时，累积入渗量增加幅度最大。这是由于微咸水经去电子处理后，水体中的盐分物质只剩正电荷和正离子，由于正电同性相斥，水分与盐分不再粘结，改变了水的活性，从而增强了土壤的入渗能力，增加了土壤保水能力增加，这对于低渗透农田的盐分淋洗具有重要意义[23]。

图2 去电子微咸水累积入渗量变化特征

2.2 去电子微咸水对湿润锋运移的影响

去电子微咸水和未处理微咸水湿润锋运移情况见图3。湿润锋运移深度随时间的变化规律与累积入渗量保持一致。去电子微咸水入渗所需时间均小于对应的未处理微咸水，去电子与未处理微咸水入渗湿润锋运移速率均在3 g/L时达到最大。去电子微咸水与对照处理入渗到200 min时湿润锋运移深度差异性均显著（<0.05），0.14、2、3、4、5 g/L去电子微咸水湿润锋运移深度相对于未处理微咸水分别增加了14.4%、15.7%、22.2%、23.1%、17.1%。微咸水矿化度为4 g/L时，湿润锋运移深度增加幅度最大。入渗结束时，矿化度0.14、2、3、4、5 g/L去电子微咸水相对于未处理微咸水入渗时间分别减小了20.4%、28.3%、31.3%、34.4%、31.0%。这是因为交换性Na+浓度的升高会使土壤分散度增加，土壤中大孔隙崩塌成小孔隙，土壤结构性变差，从而导致土壤透水性变差，去电子处理能够降低Na+的活性，改善土壤孔隙结构，增加了土壤水分的入渗速率[30]。

图3 去电子微咸水湿润锋运移变化特征

2.3 去电子微咸水对入渗公式参数的影响

土壤质地、容重、含水量等会对土壤入渗参数产生影响[31]。为了进一步分析去电子微咸水对土壤水分运动的影响，表1通过实测数据对Philip和Green-Ampt公式进行参数计算。由拟合的决定系数来看，决定系数均能达到0.95以上，拟合的结果较好。大量研究表明，利用微咸水灌溉存在一个临界矿化度值，小于临界值，Philip公式中吸渗率和Green-Ampt公式中饱和导水率K随矿化度的增大而增大，大于临界值，和K随矿化度的增大而减小[28-29]。本次试验中去电子和未处理微咸水和K均在3g/L达到最大值。去电子微咸水和K均大于同一矿化度未处理微咸水。Green-Ampt公式中湿润锋处吸力h随矿化度变化情况与K相反，去电子微咸水h均大于对应的未处理微咸水。为反映去电子微咸水矿化度对于和K的影响，建立和K与矿化度的关系，和K与矿化度之间均呈现较好的二次多项式关系，拟合方程分别为=−0.012 22+0.065 5+0.407 6 (2=0.932 1)和K=−0.000 82+0.004 5+0.006 2 (2=0.9032) Green-Ampt公式假定条件为湿润锋面以上土壤已饱和，且K为表征饱和导水率。但根据实测数据显示，入渗过程中湿润锋以上并未完全饱和，因此去电子微咸水对土壤实际饱和导水率的影响有待进一步研究。

2.4 去电子微咸水入渗对土壤水盐分布的影响

不同矿化度去电子微咸水对土壤体积含水率随土层深度的变化过程如图4所示。表层含水率均相差不大，约为饱和含水率，湿润锋以下含水率接近初始含水率。入渗过程中土壤含水量剖面呈由缓变急的变化趋势，在0～20 cm深度范围内，含水率减小缓慢，在20 cm以下，含水率急剧减小。同一矿化度相同湿润锋深度处，去电子微咸水土壤剖面含水量大于未处理微咸水，尤其是在20～25 cm深度范围内表现十分明显，这可能是由于去电子处理改变了水的黏滞性，使得下渗阻力减小，导致含水量的深度梯度变化小，同时，去电子微咸水入渗降低了土壤溶液中的离子强度，土壤颗粒表面双电层厚度逐渐增加，扩散层发生重叠，一定程度上分散了土壤团聚体，增加了土壤大孔隙，导致剖面含水量增加[32-33]。0.14、2、3、4、5 g/L去电子微咸水相对于对照，在25 cm深度处土壤含水率分别增加了18.9%、23.8%、27.3%、29.5%、25.3%，这是由于去电子处理改善了水分子结构，水分子更易填充土壤中的小孔隙，从而增加了土壤的保水性能[33]。

表1 入渗公式参数拟合结果

图4 去电子微咸水入渗下土壤含水量分布

表2是试验结束后不同土层土壤Na+含量和含盐量值情况。由表2可知，土层深度小于20 cm，去电子微咸水土壤含盐量均小于相应对照处理，表明去电子处理可以将土体中盐分淋洗到底层，提高土壤脱盐率，去电子微咸水入渗能够增加土壤中可溶性盐分淋洗效率。去电子微咸水土壤含盐量在土层深度大于25 cm后明显大于相应对照，且在27 cm处尤为明显。入渗结束后，矿化度0.14、2、3、4、5 g/L的去电子微咸水灌水量分别为0.76、0.80、0.85、0.82、0.80 kg，未处理微咸水灌水量分别为0.74、0.78、0.83、0.80、0.75kg，盐分平衡计算见表3。1为入渗结束后土壤中含盐量总和，2为入渗土壤初始含盐量和入渗水中含盐量总和，Δ为含盐量变化率。由表3得，同一处理情况下盐分含量基本平衡，同一矿化度去电子微咸水入渗后的盐分含量与未处理微咸水相比相差不大，说明短时间内去电子微咸水入渗不会改变土壤盐分总含量。土壤中Na+含量过多易导致土壤黏粒分散，土壤发生膨胀、潮解，从而阻塞孔隙，降低土壤入渗能力及透气性[34]。表2中不同土层深度处土壤Na+含量的变化规律与土壤含盐量基本一致，同一土层深度，土壤Na+含量随矿化度的增大而增大；同一矿化度，土壤Na+含量大体随土层深度的增大而增大，并在入渗结束土层深度为27 cm处明显累积；土层深度小于20 cm，去电子微咸水土壤中Na+含量均小于未处理微咸水；土层深度大于20 cm时，去电子微咸水土壤Na+含量开始大于未处理微咸水，土层深度27 cm处，去电子微咸水土壤Na+含量及含盐量均大于未处理微咸水。

表2 去电子微咸水入渗对土壤剖面Na+含量及盐分含量的影响

注： CK指对照，I指去电子处理。不同小写字母表示同一深度土层同一矿化度不同处理间差异性显著（<0.05）。下同。

Note: CK refers to the control treatment; I refers to the de-electronic treatment. Different lowercase letters indicate significant difference among different treatment of the same mineralization degree in the same soil depth (<0.05).The same below.

表3 盐分平衡计算

注： 土壤容重为1.46 g·cm-3，土柱体积为2.12×103cm3，入渗土柱中土壤总质量为3.09 kg。

Note : The soil bulk density is 1.46 g·cm-3, the soil column volume is 2.12×103cm3, and the total soil mass of the infiltrated soil column is 3.09 kg.

表2显示了入渗结束后土层深度为27 cm处Na+相对淋洗率和相对淋盐率，矿化度为4 g/L时，相对淋盐率和Na+相对淋洗率最大，相对淋洗效果最好，表明去电子微咸水灌溉可以加速土壤盐分向下迁移，增加土壤淋盐效果，对于合理利用微咸水灌溉、改良盐碱地具有重大意义。

3 讨 论

去电子技术通过改善土壤水盐运移特性，能够提高微咸水利用效率，缓解淡水资源供需矛盾，改善农业生产环境，对于治理新疆等地土壤盐碱化、防止土壤次生盐碱化，提高作物水肥利用效率，保持土地资源的可持续发展具有积极的意义。且去电子处理技术同其他土壤改良措施相比，具有无毒无害、高效安全等优点，在淡水资源匮乏，微咸水资源丰富及土壤盐碱化严重地区具有很大的推广应用前景。

但目前去电子微咸水灌溉机理方面的研究较为欠缺，土壤中易溶盐成分直接影响着土壤和入渗水之间的离子交换作用，离子交换对于颗粒间相互作用和土壤带电颗粒的表面性质及更深层次的微观过程有着重要影响，入渗过程中去电子微咸水和土壤中易溶盐成分发生耦合会导致去电子微咸水入渗特性发生变化，后期会考虑对不同类型土壤进行去电子水入渗，定量研究去电子水灌溉条件下土壤类型、土壤易溶盐成分等对去电子水入渗特性的影响。水中黏滞性作为水的固有物理属性，易受温度、溶质及水处理技术等影响，从而导致土壤入渗速率和含水量深度梯度发生变化，已有研究表明电磁化处理能够显著降低水的黏滞性[35]，去电子水处理技术去掉了水中负电荷及电子，改变了水分子结构，导致水的理化性质发生变化，极可能改变水的黏滞性，不同矿化度微咸水中溶质含量不同，因此不同矿化度微咸水经去电子处理后黏滞性能变化有待进一步深入研究。本文运用Green-ampt活塞流置换模型对入渗结果进行拟合，进而分析去电子微咸水对于土壤入渗参数的影响。Green-ampt公式最初被用于薄层积水下的垂直入渗，具有计算简单、物理意义明确等优点。许多研究表明不同矿化度微咸水入渗情况下Green-ampt公式中K随矿化度的升高呈先增后减的趋势[3,28]，但未对变化情况进行公式拟合，本文通过拟合显示去电子处理后K与矿化度之间均呈现较好的二次多项式关系，对明确土壤入渗性能具有积极意义，后期会进一步研究去电子微咸水对土壤实际饱和导水率的影响，对模型拟合值进一步验证。综上，今后应更多地从机理方面定量分析去电子技术对微咸水处理和盐碱土改良的影响，提高去电子技术在农田灌溉方面的使用价值。

4 结 论

本研究系统的分析了去电子微咸水入渗后土壤水盐分布规律，得出如下结论：

1）基于一维垂直入渗试验，微咸水经去电子处理后，土壤水分入渗速率及湿润锋运移速率显著增加；入渗时间200 min时，微咸水矿化度为4 g/L的累积入渗量和湿润锋运移深度增加幅度最大，累积入渗量相对增加了20.5%，湿润锋运移深度相对增加了23.1%；入渗结束后，矿化度为4 g/L的去电子微咸水相对于未处理微咸水入渗时间减小了34.4%，减小幅度最大。

2）去电子处理改变了土壤水分运动参数，Philip公式中吸渗率和Green-Ampt公式中饱和导水率K、湿润锋处吸力h与对照相比均有所增大，去电子微咸水吸渗率及饱和导水率K与矿化度之间可用二次多项式进行较好地拟合。

3）去电子微咸水灌溉能够增加土壤持水能力，提高盐分淋洗效果。同一土层深度去电子处理土壤体积含水率相对于对照明显增加，4 g/L去电子微咸水土壤含水率在土层深度为25 cm处相对于对照增加了29.5%；去电子处理能够提高土壤脱盐率，土壤含盐量及Na+含量在土层深度27 cm处均大于对照，矿化度为4 g/L相对淋盐率和Na+相对淋洗率最大，相对淋洗效果最好。

[1] 盛丰，吴丹，张利勇. 再生水灌溉对农田土壤水流运动影响的研究进展[J]. 农业工程学报，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)

[2] 陈丽娟，冯起，王昱，等. 微咸水灌溉条件下含黏土夹层土壤的水盐运移规律[J]. 农业工程学报，2012，28(8)：44－51.

Chen Lijuan, Feng Qi, Wang Yu, et al. Water and salt movement under saline water irrigation in soil with clay interlayer[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2012, 28(8): 44－51. (in Chinese with English abstract)

[3] 王全九，单鱼洋. 微咸水灌溉与土壤水盐调控研究进展[J]. 农业机械学报，2015，46(12)：117－126.

Wang Quanjiu, Shan Yuyang. Review of research development on water and soil regulation with brackish water irrigation[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2015, 46(12): 117－126. (in Chinese with English abstract)

[4] 冯棣，张俊鹏，曹彩云，等. 适宜棉花成苗的咸水灌溉方式及矿化度指标确定[J]. 农业工程学报，2014，30(22)：95－101.

Feng Di, Zhang Junpeng, Cao Caiyun, et al. Optimal irrigation method in pre-sowing irrigation with saline water and determination of mineralization degree index for cotton seedling[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(22): 95－101. (in Chinese with English abstract)

[5] Karlberg L, Rockstrom J, Annandale J G, et al. Low-cost drip irrigation－a suitable technology for southern Africa: an example with tomatoes using saline irrigation water[J]. Agricultural Water Management, 2007, 89(1):59－70.

[6] 马文军，程琴娟，李良涛，等. 微咸水灌溉下土壤水盐动态及对作物产量的影响[J]. 农业工程学报，2010，26(1)：73－80.

Ma Wenjun, Cheng Qinjuan, Li Liangtao, et al. Effect of slight saline water irrigation on soil salinity and yield of crop[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(1): 73－80. (in Chinese with English abstract)

[7] 王诗景，黄冠华，杨建国，等. 微咸水灌溉对土壤水盐动态与春小麦产量的影响[J]. 农业工程学报，2010，26(5)：27－33.

Wang Shijing, Huang Guanhua, Yang Jianguo, et al. Effect of irrigation with saline water on water-salt dynamic and spring wheat yield[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2010, 26(5): 27－33. (in Chinese with English abstract)

[8] 邱让建，刘春伟，徐金勤，等. 灌溉水含盐量对辣椒产量品质及水分利用效率的影响[J]. 农业工程学报，2016，32(10)：75－80.

Qiu Rangjian, Liu Chunwei, Xu Jinqin, et al. Effect of irrigation water salinity on yield, quality and water use efficiency of hot peper[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(10): 75－80. (in Chinese with English abstract)

[9] 贺新，杨培岭，任树梅，等. 基于主成分分析的油葵微咸水调亏灌溉灌水效果评价[J]. 农业机械学报，2014，45(S1)：162－167.

He Xin, Yang Peiling, Ren Shumei, et al. Evaluation of regulated deficit irrigation performance with saline water based on principal component analysis[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, 45(1): 162－167. (in Chinese with English abstract)

[10] 侯亚玲，周蓓蓓，王全九，等. 枯草芽孢杆菌对盐碱土水分运动和水稳性团聚体的影响[J]. 水土保持学报，2017，31(4)：105-111.

Hou Yaling, Zhou Beibei, Wang Quanjiu, et al. Effects of Bacillus Subtilis on water movement and water stable aggregate in saline alkali soil[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2017. (in Chinese with English abstract)

[11] 王海江，石建初，张花铃，等. 不同改良措施下新疆重度盐渍土壤盐分变化与脱盐效果[J]. 农业工程学报，2014，30(22)：102－111.

Wang Haijiang, Shi Jianchu, Zhang Hualing, et al. Soil salinity dynamic change and desalting effect under different improvement measures in severe salinity soil in Xinjiang[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(22): 102－111. (in Chinese with English abstract)

[12] 刘虎俊，王继和，杨自辉，等. 干旱区盐渍化土地工程治理技术研究[J]. 中国农学通报，2005，21(4)：329－333.

Liu Hujun, Wang Jihe, Yang Zihui, et al. The Saline Soil Was Improved by Engineering Techniques[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2005, 21(4): 329－329. (in Chinese with English abstract)

[13] 刘易，冯耀祖，黄建，等. 微咸水灌溉条件下施用不同改良剂对盐渍化土壤盐分离子分布的影响[J]. 干旱地区农业研究，2015，33(1)：146－152.

Liu Yi, Feng Yaozu, Huang Jian, et al. Effects of modifiers on saline soil salt distribution under brackish water irrigation conditions[J]. Agricultural Research in the Arid Areas, 2015, 33(1): 146－152. (in Chinese with English abstract)

[14] 张继红，王全九，谭帅，等. 微咸水入渗下施加石膏对盐碱土水分运动特征的影响[J]. 水土保持学报，2016，30(4)：130－135.

Zhang Jihong, Wang Quanjiu, Tan Shuai, et al. Effects of Gypsum on water movement characteristics of saline Alkali soil under brackish water infiltration[J]. Journal of Soil and Water Conservation, 2016, 30(4): 130－135. (in Chinese with English abstract)

[15] Rasouli F, Pouya A K, Karimian N, Wheat yield and physic-chemical properties of a sodic soil from semi-arid area of Iran as affected by applied gypsum[J]. Geoderma, 2013, 193(2): 246－255.

[16] 朱娱，李培樱，杨明凯. 化学改良方法在温室盐碱化土壤上的应用[J]. 北方园艺，2008，2008(7)：85－86.

Zhu Yu, Li Peiying, Yang mingkai. The Application of the Chemical Remediation for a Saline-sodic Soils in Greenhouse[J]. Northern Horticulture, 2008, 2008(7): 85－86. (in Chinese with English abstract)

[17] 林年丰，刘岩岩，汤洁，等. 俄罗斯黄花草木樨改良盐碱化土壤的试验性研究[J]. 土壤通报，2013，44(5)：1198－1203.

Lin Nianfeng, Liu Yanyan, Tang Jie, et al. Experimental study on amelioration effect on saline-alkali land of melilotus offcinalia from russia[J]. Journal of Soil Science, 2013, 44(5): 1198－1203. (in Chinese with English abstract)

[18] 毛海涛，黄庆豪，龙顺江，等. 土壤盐渍化治理防护毯的研发及试验[J]. 农业工程学报，2015，31(17)：121－127.

Mao Haitao, Huang Qinghao, Long Shunjiang, et al. Development and experiment on protective blanket for soil salination control[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2015, 31(17): 121－127. (in Chinese with English abstract)

[19] Maheshwari B L, Grewal H S. Magnetic treatment of irrigation water: Its effects on vegetable crop yield and water produvtivity[J]. Agricultural Water Management, 2009, 96(8): 1229－1236.

[20] Gabrielli C, Jaouhari R, Maurin G, et al. Magnetic water treatment for scale prevention[J]. Water Research, 2001, 35(13): 3249－3259. (in Chinese with English abstract)

[21] 张瑞喜，王卫兵，褚贵新. 磁化水在盐渍化土壤中的入渗和淋洗效应[J]. 中国农业科学，2014，47(8)：1634－1641.

Zhang Ruixi, Wang Weibin, Chu Guixin. Impacts of magnetized water irrigation on soil infiltration and soil salt leaching[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2014, 47(8): 1634－1641. (in Chinese with English abstract)

[22] 朱练峰，张均华，禹盛苗，等. 磁化水灌溉促进水稻生长发育提高产量和品质[J]. 农业工程学报，2014，30(19)：107－114.

Zhu Lianfeng, Zhang Junhua, Yu Shengmiao, et al. Magnetized water irrigation enhanced rice growth and development, improved yield and quality[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2014, 30(19): 107－114. (in Chinese with English abstract)

[23] 王全九，张继红，门旗，等. 磁化或电离化微咸水理化特性试验[J]. 农业工程学报，2016，32(10)：60－66.

Wang Quanjiu, Zhang Jihong, Men Qi, et al. Experiment on physical and chemical characteristics of activated brackish water by magnetization or ionization[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(10): 60－66. (in Chinese with English abstract)

[24] 王全九，邵明安，郑纪勇，著. 土壤中水分运动与溶质迁移[M]. 北京：中国水利水电出版社，2007：20.

[25] 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)

[26] Philip J R. The theory of infiltration: 1. The infiltration equation and its solution[J]. Soil Science, 1957, 83(5): 345－357.

[27] Green W H, Ampt G A. Studies on soil physics[J]. The Journal of Agricultural Science, 1911, 1(4): 1－24.

[28] 吴忠东，王全九. 入渗水矿化度对土壤入渗特征和离子迁移特性的影响[J]. 农业机械学报，2010，41(7)：64－69.Wu Zhongdong, Wang Quanjiu. Effect on both soil infiltration characteristics and ion mobility features by mineralization degree of infiltration water[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2010, 41(7): 64－69. (in Chinese with English abstract)

[29] 吴忠东，王全九. 微咸水波涌畦灌对土壤水盐分布的影响[J].农业机械学报，2010，41(1)：53－58.

Wu Zhongdong, Wang Quanjiu. Effect of saline water surge flow border irrigation on soil water salt distribution[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2010, 41(1): 53－58. (in Chinese with English abstract)

[30] 牛文全，薛万来. 矿化度对微润灌土壤入渗特性的影响[J]. 农业机械学报，2014，45(4)：163－172.

Niu Wenquan, Xue Wanlai. Effects of Mineralization Degrees on Soil Infiltration under Moistube-irrigation[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2014, 45(4): 163－172. (in Chinese with English abstract)

[31] 张珂萌，牛文全，汪有科，等. 微咸水微润灌溉下土壤水盐运移特性研究[J]. 农业机械学报，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)

[32] 邹献中，徐建民，赵安珍，等. 离子强度和pH对可变电荷土壤与铜离子相互作用的影响[J]. 土壤学报，2003，40(6)：845－851.

Zou Xianzhong, Xu Jianmin, Zhao Anzhen,et al．Effects of ionic strength and ph on interaction between Cu2+and variable charge soils[J]. Acta Pedologica Sinica, 2003. 40(6): 845－851. (in Chinese with English abstract)

[33] 吴志坚，刘海宁，张慧芳. 离子强度对吸附影响机理的研究进展[J]. 环境化学，2010，29(6)：997－1003.

Wu Zhijian, Liu Haining, Zhang Huifang. Research progress on mechanisms about the effect of ionic strength on adsorption[J]. Environmental Chemistry, 2010, 29(6): 997－1003. (in Chinese with English abstract)

[34] 刘春成，李毅，郭丽俊，等. 微咸水灌溉对斥水土壤水盐运移的影响[J]. 农业工程学报，2011，27(8)：39－45.

Liu Chuncheng, Li Yi, Guo Lijun, et al. Effect of brackish water irrigation on water and salt movement in repellent soils[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2011, 27(8): 39－45. (in Chinese with English abstract)

[35] 丁振瑞，赵亚军，陈凤玲，等. 磁化水的磁化机理研究[J]. 物理学报，2011，60(6)：0647011－0647017.

Ding Zhenrui, Zhao Yajun, Chen Fengling et al. Magnetization mechanism of magnetized water[J]. Acta Physica Sinica, 2011, 60(6): 0647011－0647017. (in Chinese with English abstract)

Effect of salinity of de-electronic brackish water on characteristics of water and salt movement in soil

Wang Quanjiu, Xu Ziyue, Shan Yuyang, Zhang Jihong

(710048,)

The fresh water resource shortage severely increased in some regions, and the reasonable application of brackish water could alleviate the contradiction between water supply and demand. Hence, effective measures should be taken to regulate the condition of soil water and salt under brackish water irrigation. De-electronic water treatment technology is a new physical water treatment technology, which has received increasing attention in recent years. In order to improve the efficiency of brackish water utilization and alleviate the shortage of agricultural water supply, the de-electronic processor device was used to treat the brackish water with different salinity (0.14, 2, 3, 4 and 5 g/L), and the effect of de-electronic brackish salinity on water and salt movement in soil was revealed by a vertical infiltration experiment. The results showed that the soil infiltration rate and wetting front migration rate were significantly improved by the infiltration of de-electronic brackish water, and it would be varied under different salinity of brackish water. When the salinity of de-electronic brackish water was 3 g/L, the cumulative infiltration amount and wetting front depth reached the maximum at the end of infiltration. Compared with untreated brackish water, the de-electronic brackish water had a maximum relative cumulative infiltration amount and wetting front depth under brackish water condition of 4 g/L salinity. When the infiltration time was 200 min, the cumulative infiltration amount and wetting front depth were relatively increased by 20.5% and 23.1%, respectively, and the infiltration time was reduced by 34.4% after infiltration. The parameters of Philip and Green-Ampt formulas were significantly influenced by de-electronic brackish water. The soil treated by de-electronic brackish water had a greater value of soil sorptivity, saturated hydraulic conductivity and wetting front suction than untreated brackish water. The relationship between sorptivity and salinity of de-electronic brackish water can be described by a quadratic polynomial equation. And the effect of brackish water salinity on saturated hydraulic conductivity can be described by a quadratic polynomial equation as well. When the salinity was 3 g/L, sorptivityand saturated hydraulic conductivity reached the maximum under both conditions of de-electronic brackish water and untreated brackish water. Moreover, de-electronic brackish water could enhance soil water retention capacity and salt leaching effect. For the same soil depth, the soil moisture content increased significantly, especially in the depth range of 20-25 cm. The soil water content within the depth of 20-25 cm relatively increased by 29.5% at the salinity of 4 g/L. Saline content and Na+content at the depth of 27 cm were obviously higher than that of untreated brackish water after infiltration. The salt and Na+relative leaching rates were 16.5% and 19.9% respectively at 4 g/L brackish water. And it had a great desalination effect owing to the highest salt and Na+relative leaching rates. The results of this study prove that de-electronic brackish water can improve soil water movement and enhance salt leaching effect. Meanwhile, the utilization rate of brackish water can be significantly increased. This study can provide a theoretical support for the application of de-electronic brackish water in agriculture irrigation.

soil moisture; salinity; infiltration; de-electronic brackish water; water and salt distribution

2017-09-15

2018-02-01

国家自然科学基金面上项目（5167090151）

王全九，博士，博士生导师，主要从事农业水土资源与生态环境研究。Email：wquanjiu@163.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.015

S121; S156.4

A

1002-6819(2018)-04-0125-08

王全九，许紫月，单鱼洋，张继红. 去电子处理微咸水矿化度对土壤水盐运移特征的影响[J]. 农业工程学报，2018，34(4)：125－132.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.015 http://www.tcsae.org

Wang Quanjiu, Xu Ziyue, Shan Yuyang, Zhang Jihong. Effect of salinity of de-electronic brackish water on characteristics of water and salt movement in soil[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(4): 125－132. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.04.015 http://www.tcsae.org