脫硫石膏對(duì)鹽堿土一維水平吸滲特征及水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)的影響

高小龍， 王幼奇， 白一茹， 阮曉晗

(1.寧夏大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，銀川 750021；2.寧夏大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院，銀川 750021；3.西北土地退化與生態(tài)恢復(fù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，銀川 750021；4.西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，銀川 750021)

土壤鹽堿化作為土地退化和作物生長(zhǎng)最重要的非生物脅迫，嚴(yán)重制約著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力發(fā)展。改良鹽堿地對(duì)緩解人地矛盾、促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展等具有重要意義。脫硫石膏作為化學(xué)工業(yè)中燃煤煙氣濕法脫硫的副產(chǎn)物，常被用作土壤改良劑，在降低鹽堿土pH、提高作物產(chǎn)量等方面有顯著效果，而關(guān)于其對(duì)土壤水鹽運(yùn)移過(guò)程的影響尚無(wú)清晰定論。土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)是土壤物理學(xué)中定量評(píng)價(jià)水分及溶質(zhì)運(yùn)移過(guò)程的重要指標(biāo)，研究脫硫石膏添加對(duì)土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)的影響對(duì)明確鹽堿土水鹽運(yùn)移過(guò)程、制定合理鹽堿地改良措施有重要作用。

土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)一般由土壤導(dǎo)水率、水分?jǐn)U散率、水分特征曲線等構(gòu)成，其準(zhǔn)確度決定了對(duì)土壤水分運(yùn)動(dòng)過(guò)程描述的可靠性。自Darcy定律提出以來(lái)，人們對(duì)土壤飽和水運(yùn)動(dòng)有了初步研究。上世紀(jì)初Buckingham將“毛管勢(shì)”應(yīng)用于土壤水，出現(xiàn)了土壤水的能態(tài)學(xué)觀點(diǎn)；之后Richards將Darcy定律引入非飽和土壤水的研究中，進(jìn)一步推動(dòng)了土壤水動(dòng)力學(xué)的發(fā)展。在此基礎(chǔ)上，已有學(xué)者對(duì)土壤水分運(yùn)動(dòng)做了相關(guān)研究，為計(jì)算土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)提供了依據(jù)。Shao等基于Richards方程，采用室內(nèi)水平吸滲試驗(yàn)和理論模型相結(jié)合的簡(jiǎn)單入滲法推求Van Genuchten模型中的參數(shù)和，方便快捷地推算了土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)，明確了土壤的導(dǎo)水特性。Wang等利用水平入滲法推算Brooks—Corey模型參數(shù)，通過(guò)一些簡(jiǎn)單易測(cè)的入滲試驗(yàn)資料估算土壤水分特征曲線及水分?jǐn)U散率等水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)，極大簡(jiǎn)化了土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)的測(cè)定過(guò)程。近年來(lái)，根據(jù)以上方法，已有學(xué)者對(duì)添加改良劑后鹽堿土水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化特征做了相關(guān)研究。李曉晴等基于室內(nèi)土柱模擬試驗(yàn)，研究有機(jī)酸添加對(duì)鹽堿土水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)的影響發(fā)現(xiàn)，有機(jī)酸添加降低了鹽堿土吸滲率、飽和導(dǎo)水率及土壤水吸力，提高了土壤持水性能。王全九等研究了施加PAM對(duì)鹽堿土飽和含水率、土壤持水性能、吸滲率及非飽和水分?jǐn)U散率等的影響發(fā)現(xiàn)，不同PAM施用量對(duì)土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)的影響有較大差異。以上研究對(duì)不同改良劑添加下鹽堿土水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化做了詳細(xì)分析，而脫硫石膏作為一種經(jīng)濟(jì)、高效的土壤改良劑，關(guān)于其添加下鹽堿土水分入滲特征及參數(shù)影響方面研究較少。為更加明確脫硫石膏添加對(duì)鹽堿土水鹽運(yùn)移規(guī)律的影響，有必要對(duì)其水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行深入研究。

銀川北部地區(qū)屬引黃灌區(qū)，地下水位淺、蒸發(fā)強(qiáng)，加之長(zhǎng)期以來(lái)不合理的灌溉措施，使得該區(qū)域鹽堿化問(wèn)題突出。同時(shí)，作為全國(guó)重要的商品糧生產(chǎn)基地之一，探究合理的鹽堿化改良措施對(duì)維護(hù)該區(qū)域糧食安全至關(guān)重要。因此，本研究采用一維水平土柱吸滲試驗(yàn)，根據(jù)濕潤(rùn)鋒、累積入滲量及Philip模型參數(shù)等，推求不同比例脫硫石膏添加下，銀川北部鹽堿土吸滲率、進(jìn)氣水吸力及水分?jǐn)U散率等水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以期為合理利用脫硫石膏改良鹽堿土提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土樣取自寧夏回族自治區(qū)平羅縣鹽堿荒地(38°57′N(xiāo)，106°31′E)。選擇具備明顯鹽堿化特征的地塊作為試驗(yàn)樣地，去除地表雜物采集0—40 cm土層深度土樣。將土壤放在陰涼、干燥的地方自然風(fēng)干，過(guò)2 mm篩備用。土壤質(zhì)地為灰鈣土，容重1.5 g/cm，飽和含水率0.36 cm/cm，飽和導(dǎo)水率0.04 cm/min，滯留含水率0.008 cm/cm；鹽分類(lèi)型主要有NaCl、NaSO、NaCO等，電導(dǎo)率和pH分別為1.42 mS/cm和9.2。

脫硫石膏取自寧東煤化工基地，其主要成分是二水硫酸鈣(CaSO·2HO)，經(jīng)風(fēng)干、晾曬后呈白色粉末狀，粒徑為30～60 μm，含水率1%左右，純度90%～93%，pH 7.40，電導(dǎo)率2.60 mS/cm。將其碾磨過(guò)篩后放置于室內(nèi)干燥處備用。

吸滲用水為實(shí)驗(yàn)室自行制備超純水，電阻率達(dá)18 MΩ·cm，為去離子水，以保證不同處理吸滲過(guò)程僅受土壤基質(zhì)勢(shì)影響。

1.2 試驗(yàn)裝置

一維水平吸滲系統(tǒng)由供水裝置和水平土柱組成(圖1)。供水裝置選用與水平土柱同等規(guī)格(內(nèi)徑10 cm，高50 cm)的馬氏瓶，在吸滲過(guò)程中時(shí)刻保持供水狀態(tài)。水平土柱前端是1個(gè)水平距離為3 cm的儲(chǔ)水室，儲(chǔ)水室上下分別設(shè)有外徑1 cm的通氣孔和排水閥，前端設(shè)有進(jìn)水管用以連通馬氏瓶。后端是1個(gè)水平距離為50 cm的開(kāi)口有機(jī)玻璃柱，上部每5 cm設(shè)置1個(gè)取土孔，用以吸滲試驗(yàn)結(jié)束后，測(cè)定不同土層的含水率。儲(chǔ)水室與水平土柱之間用均勻布有2 mm小孔的法蘭連接，用以保證儲(chǔ)水室內(nèi)積水均勻滲入水平土柱中。

圖1 水平吸滲裝置

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2020年10月在寧夏大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，采用室內(nèi)模擬方法進(jìn)行一維水平土柱吸滲試驗(yàn)；設(shè)計(jì)了6個(gè)脫硫石膏添加比例，研究其對(duì)鹽堿土吸滲過(guò)程的影響；添加比例根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民實(shí)際用量及相關(guān)學(xué)者研究設(shè)比進(jìn)行換算。不同處理分別定為0(T0)，1.5%(T1)，3%(T2)，4.5%(T3)，6%(T4)，7.5%(T5)，每組處理重復(fù)3次。

吸滲開(kāi)始前，根據(jù)不同添加比例將脫硫石膏與鹽堿土充分混勻，按容重1.5 g/cm每5 cm分層填裝水平土柱。每層填裝完成后，對(duì)土層表面進(jìn)行打毛處理，以保證各土層均勻銜接，土層填裝厚度為40 cm。然后，調(diào)節(jié)馬氏瓶與水平柱相對(duì)高度，使馬氏瓶出水口與儲(chǔ)水室最高處位于同一水平面，關(guān)閉排水口。吸滲開(kāi)始后，先打開(kāi)通氣孔，放開(kāi)止水夾通過(guò)馬氏瓶向儲(chǔ)水室迅速注水，等儲(chǔ)水室充滿水后，迅速關(guān)閉通氣孔，連續(xù)記錄馬氏瓶刻度及濕潤(rùn)鋒變化情況，直至吸滲試驗(yàn)結(jié)束(濕潤(rùn)鋒水平位置為40 cm時(shí))。水平吸滲過(guò)程結(jié)束后，通過(guò)排水口立即排出儲(chǔ)水室內(nèi)全部水量，并從取土孔取部分土樣放入鋁盒，用烘干法測(cè)定各土層含水率。

1.4 基本原理

(1)水分入滲過(guò)程擬合。土壤水分入滲特征符合冪函數(shù)變化規(guī)律，設(shè)定、、、為冪函數(shù)擬合參數(shù)，將其表述為：

=

(1)

=

(2)

式中：為濕潤(rùn)鋒(cm)；為累積入滲量(cm)；和分別為第1個(gè)計(jì)時(shí)單位后的濕潤(rùn)鋒運(yùn)移距離和累積入滲量(cm)；和分別為濕潤(rùn)鋒進(jìn)程和累積入滲量的衰減程度。

通過(guò)公式(1)和公式(2)建立、與脫硫石膏添加比例間的函數(shù)關(guān)系，定量描述脫硫石膏添加量與水分入滲特征間的函數(shù)關(guān)系，公式為：

=，=

=，=

(3)

式中：為脫硫石膏添加比例(kg/kg)，≠0；、、、、、、、均為擬合參數(shù)。

Philip認(rèn)為，積水入滲過(guò)程中任意時(shí)刻的土壤水分入滲率與時(shí)間存在一定數(shù)學(xué)關(guān)系，公式為：

=05-05+

(4)

在水平吸滲過(guò)程中，忽略重力勢(shì)的作用僅考慮土壤基質(zhì)勢(shì)將公式(4)處理為：

=05-05

(5)

對(duì)公式(5)積分，用累積入滲量與時(shí)間反映水平一維吸滲過(guò)程，得到公式為：

=05

(6)

式中：為入滲率(cm/min)；為吸滲率(cm/min)；為入滲時(shí)間(min)；為入滲常數(shù)(cm/min)。

(2)水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)推求。描述土壤非飽和水分運(yùn)動(dòng)，首先必須獲得土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)，Brooks—Corey模型反映了土壤水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間的關(guān)系，土壤水分特征曲線表述式為：

(7)

式中：為土壤有效飽和度；為土壤含水率(cm/cm)；為土壤飽和含水率(cm/cm)；為土壤滯留含水率(cm/cm)；為土壤水吸力(cm)；為進(jìn)氣吸力(cm)；為形狀系數(shù)。

Wang等基于簡(jiǎn)單入滲試驗(yàn)，確定Brooks—Corey模型中參數(shù)、，公式為：

(8)

(9)

式中：為初始含水率(cm/cm)；為系數(shù)，當(dāng)初始含水率很低時(shí)其值通常取1；表示飽和導(dǎo)水率(cm/min)。

參數(shù)和可用一維水平入滲累積入滲量(，cm)、入滲率(，cm/min)、濕潤(rùn)鋒(，cm)及時(shí)間()(min)之間的關(guān)系為：

=

(10)

(11)

非飽和土壤水分?jǐn)U散率是反映土壤水分運(yùn)動(dòng)特征的重要水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)，Wang等通過(guò)一維水平吸滲數(shù)據(jù)來(lái)推求飽和土壤水分?jǐn)U散率(，cm/min)，并通過(guò)擴(kuò)散率參數(shù)(，cm/cm)，推導(dǎo)出非飽和土壤水分?jǐn)U散率(()，cm/min)為：

(12)

(13)

(14)

2 結(jié)果與分析

2.1 脫硫石膏添加對(duì)土壤水分吸滲特性的影響

不同脫硫石膏添加比例下濕潤(rùn)鋒和累積入滲量隨時(shí)間的變化情況見(jiàn)圖2，各處理累積入滲量隨時(shí)間呈先快后慢的增長(zhǎng)趨勢(shì)，且隨脫硫石膏添加比例不同增長(zhǎng)趨勢(shì)有所差異，濕潤(rùn)鋒隨吸滲時(shí)間的變化規(guī)律與累積入滲量隨時(shí)間變化規(guī)律基本一致。吸滲前期120 min內(nèi)，濕潤(rùn)鋒與累積入滲量均迅速增加，各處理差異較少。隨著吸滲時(shí)間推移，各處理累積入滲量及濕潤(rùn)鋒差異逐漸變大，相同吸滲時(shí)間脫硫石膏添加比例越大，累積入滲量和濕潤(rùn)鋒越小。1 200 min時(shí)，T1～T5累積入滲量較T0分別減小了5.14%，10.08%，14.98%，16.71%，19.96%，濕潤(rùn)鋒分別減小了4.55%，7.26%，10.33%，13.28%，19.30%。脫硫石膏添加減緩了土壤水分吸滲過(guò)程。

為了更好地探究脫硫石膏添加對(duì)水平吸滲特性的影響，通過(guò)冪函數(shù)對(duì)該過(guò)程進(jìn)行擬合，建立濕潤(rùn)鋒、累積入滲量與時(shí)間的函數(shù)關(guān)系。由表1可知，各處理決定系數(shù)()均>0.99，擬合效果較好。隨著脫硫石膏添加比例增加，、整體呈減小趨勢(shì)，、呈增大趨勢(shì)。冪函數(shù)擬合結(jié)果表明，相同吸滲時(shí)間內(nèi)，脫硫石膏配比增加濕潤(rùn)鋒及累積入滲量逐漸減小。冪函數(shù)擬合參數(shù)能夠表征水分吸滲過(guò)程。

圖2 脫硫石膏添加對(duì)濕潤(rùn)鋒和累積入滲量的影響

表1 冪函數(shù)擬合結(jié)果

2.2 脫硫石膏配比分析及吸滲模型參數(shù)擬合

脫硫石膏添加比例不同，各處理土壤水分吸滲特征有明顯差異，為分析脫硫石膏配比與土壤水分吸滲特征之間的聯(lián)系，建立、與脫硫石膏添加比例間的函數(shù)關(guān)系，代入實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)公式(3)進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果見(jiàn)公式(15)和公式(16)。

(15)

(16)

上述冪函數(shù)關(guān)系的均>0.85，擬合效果較好。將公式(15)和公式(16)分別代入公式(1)和公式(2)。得到濕潤(rùn)鋒、累積入滲量與脫硫石膏不同添加比例及時(shí)間的變化關(guān)系，見(jiàn)公式(17)和公式(18)。

=1098-055304900109

(17)

=0176-052505500099

(18)

在一維水平吸滲試驗(yàn)中，當(dāng)其他條件相同時(shí)，一定時(shí)間內(nèi)濕潤(rùn)鋒、累積入滲量與脫硫石膏配比間存在良好的函數(shù)關(guān)系?？蓳?jù)此估算不同脫硫石膏配比下銀北地區(qū)鹽堿土水分吸滲特征，求算相應(yīng)的水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以期為合理利用脫硫石膏改良鹽堿地提供參考。

依據(jù)實(shí)測(cè)累積入滲量與時(shí)間的關(guān)系，利用Philip模型擬合水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)，反映脫硫石膏添加對(duì)土壤吸滲率的影響。Philip模型對(duì)一維水平吸滲過(guò)程擬合效果較好，各處理決定系數(shù)()均在0.97以上。吸滲率()是衡量土壤依靠毛管力吸收或釋放液體的能力，隨脫硫石膏配比增加逐漸減小，變化范圍為0.204～0.244；與T0相比，T1～T5處理分別減小了4.95%，8.00%，12.42%，13.20%，16.40%。說(shuō)明脫硫石膏添加削弱了土壤水分吸滲能力，其原因是脫硫石膏改變了土壤有效孔隙度，使得吸滲過(guò)程中土壤毛管水吸力降低。

2.3 脫硫石膏添加對(duì)土壤飽和含水率和飽和導(dǎo)水率的影響

土壤飽和含水率是反映土壤持水性能的重要水力學(xué)參數(shù)，飽和含水率越大，土壤持水性能越強(qiáng)。飽和導(dǎo)水率影響降雨入滲及溶質(zhì)運(yùn)移過(guò)程，是反映土壤導(dǎo)水性能的重要指標(biāo)。由圖3可知，在不同脫硫石膏添加比例下，土壤飽和含水率及飽和導(dǎo)水率的變化情況。脫硫石膏添加比例增加土壤飽和含水率隨之增加，土壤飽和導(dǎo)水率逐漸減小。根據(jù)土壤飽和含水率及飽和導(dǎo)水率變化規(guī)律，利用二項(xiàng)式對(duì)其進(jìn)行擬合，擬合結(jié)果見(jiàn)公式(19)和公式(20)。

=-00003+00083+0361(=0.989)

(19)

=-000006-00023+0040(=0.996)

(20)

該二項(xiàng)式較好擬合了不同脫硫石膏添加比例下土壤飽和含水率和飽和導(dǎo)水率變化情況，均>0.98。在一定脫硫石膏添加范圍內(nèi)，可用其表示不同配比下土壤飽和含水率及飽和導(dǎo)水率的變化情況，以期對(duì)該區(qū)域水鹽調(diào)控和精準(zhǔn)灌溉提供幫助。

2.4 脫硫石膏添加對(duì)Brooks—Corey模型參數(shù)的影響

由表2可知，不同脫硫石膏添加比例下Brooks—Corey模型參數(shù)擬合結(jié)果。通過(guò)實(shí)測(cè)累積入滲量、濕潤(rùn)鋒及入滲率擬合、，累積入滲量與濕潤(rùn)鋒之間、入滲率與濕潤(rùn)鋒倒數(shù)之間有較好的線性關(guān)系，決定系數(shù)均>0.88，擬合效果較好。隨脫硫石膏添加比例增加，系數(shù)增大，減小。將、代入公式(8)和公式(9)計(jì)算Brooks—Corey模型參數(shù)、。表示土壤開(kāi)始排水的臨界進(jìn)氣吸力值，是表征土壤通氣性的水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)，其值越小表示土壤透氣性越好。脫硫石膏添加比例越大，越小，與T0相比其他處理進(jìn)氣吸力值分別減小了12.21%，23.37%，38.40%，39.04%，52.15%。而形狀系數(shù)()隨石膏配比增加而增大，T1～T5較T0分別增長(zhǎng)了5.57%，7.41%，8.32%，13.79%，14.36%。與表現(xiàn)出相反的變化規(guī)律，脫硫石膏添加改變了鹽堿土水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)，隨脫硫石膏添加比例增加，Brooks—Corey模型參數(shù)、呈規(guī)律性變化。明確以上水分運(yùn)動(dòng)參數(shù)變化規(guī)律，可為了解該區(qū)域鹽堿土水鹽運(yùn)移特征提供數(shù)據(jù)支撐。

圖3 脫硫石膏添加對(duì)土壤飽和含水率和導(dǎo)水率的影響

表2 Brooks—Corey模型參數(shù)

2.5 脫硫石膏添加對(duì)土壤非飽和水分?jǐn)U散率的影響

基于公式(12)和公式(13)將、與參數(shù)、代入求得土壤飽和擴(kuò)散率()及擴(kuò)散率參數(shù)()。由圖4可知，隨脫硫石膏添加比例增加，和參數(shù)均呈減小趨勢(shì)，與T0相比，其他處理減幅為27.98%～82.47%，減幅為17.35%～38.99%。除T4、T5外在其余各處理間存在顯著差異性(<0.05)，在T0與其他處理間存在顯著差異性(<0.05)。

添加脫硫石膏可使飽和土壤水分?jǐn)U散過(guò)程變緩，且變緩程度隨石膏添加量的增加而增加。說(shuō)明當(dāng)土壤吸水飽和后，添加了脫硫石膏后的土壤較無(wú)添加土壤有效孔隙度減小，石膏在與鹽堿土發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成CaCO沉淀，同時(shí)未溶解的細(xì)小石膏顆粒進(jìn)入土粒間隙阻礙了水分的快速遷移，使得土體大孔隙數(shù)量減少，土壤水分吸滲變得更加均勻。

注：圖柱上方不同小寫(xiě)字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05)。

通過(guò)和確定非飽和土壤水分?jǐn)U散率方程(14)，不同脫硫石膏添加比例下非飽和土壤水分?jǐn)U散率方程見(jiàn)圖5，T0～T5處理非飽和土壤水分?jǐn)U散率方程分別用()、()、()、()、()和()表示。根據(jù)非飽和土壤水分?jǐn)U散率方程，隨機(jī)均勻生成土壤含水率數(shù)值，代入方程比較不同含水率情況下各處理土壤水分?jǐn)U散率的變化情況。隨含水率增大，各處理土壤非飽和水分?jǐn)U散率均逐漸增大，這種增長(zhǎng)屬非線性指數(shù)增長(zhǎng)，表現(xiàn)為高含水率土壤水分?jǐn)U散率明顯大于低含水率下土壤水分?jǐn)U散率。當(dāng)含水率>0.1 cm/cm時(shí)，隨著含水率增加，非飽和土壤水分?jǐn)U散率變化較小，各處理之間差異不明顯。當(dāng)含水率>0.1 cm/cm時(shí)，隨著含水率增加，非飽和土壤水分?jǐn)U散率迅速增大，且各處理間差異逐漸明顯。

圖5 非飽和土壤水分?jǐn)U散率曲線

3 討 論

銀北平原氣候干旱，土壤沙化嚴(yán)重，加之長(zhǎng)期大水漫灌，使得地下水位上升，鹽分表聚，土壤次生鹽漬化問(wèn)題嚴(yán)重。脫硫石膏因富含CaSO等物質(zhì)可有效置換出鹽堿土中的交換性Na，與SO結(jié)合形成中性鹽NaSO，使得土體pH大大降低，有效改善土壤化學(xué)性質(zhì)。本研究所采土樣為砂質(zhì)土壤，土壤黏粒含量較低，土體漏水漏肥嚴(yán)重。加入脫硫石膏對(duì)水分吸滲過(guò)程有較明顯影響，隨脫硫石膏添加比例增加，濕潤(rùn)鋒、累積入滲量、吸滲率及飽和導(dǎo)水率均減小，土壤飽和含水率增加。由于脫硫石膏不僅可以有效改善土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，而且脫硫石膏顆粒小，較難溶于水，未溶解的石膏顆粒及CaCO和Ca(HCO)等難溶性物質(zhì)隨水分遷移填充到粗砂粒中，土壤孔隙度變小，使得水分吸滲過(guò)程變緩，有效改善了砂質(zhì)土壤水分快速下滲的問(wèn)題。張輝等研究表明，當(dāng)添加一定量脫硫石膏時(shí)，砂質(zhì)堿土水力傳導(dǎo)度隨之降低，與本文研究結(jié)果一致。程鏡潤(rùn)等研究認(rèn)為，當(dāng)石膏添加比例達(dá)到一定程度時(shí)，鹽堿土因離子交換作用形成的大團(tuán)聚體并不能增加土體水分遷移通道，而細(xì)小石膏顆粒填充降低了土壤有效孔隙度?？梢?jiàn)脫硫石膏的施入可有效改善該區(qū)域砂質(zhì)堿土漏水漏肥嚴(yán)重的問(wèn)題，有利于阻礙地表水與地下水的連通，抑制灌區(qū)土壤返鹽過(guò)程。

利用一維垂直水平入滲試驗(yàn)，結(jié)合Richards方程，推求Brooks—Corey模型參數(shù)、及土壤水分?jǐn)U散率。隨脫硫石膏添加比例增加而減小，形狀系數(shù)隨脫硫石膏配比增加而增大，二者隨脫硫石膏添加比例不同呈相反的變化規(guī)律，單魚(yú)洋等和王全九等研究也表明，與有相反的變化規(guī)律。隨含水率增大，各處理土壤非飽和水分?jǐn)U散率均逐漸增大，這種增長(zhǎng)屬非線性指數(shù)增長(zhǎng)，表現(xiàn)為高含水率土壤水分?jǐn)U散率明顯大于低含水率下土壤水分?jǐn)U散率，是由于土壤水分吸滲過(guò)程中主要推動(dòng)力為土壤吸力梯度。當(dāng)含水率較大時(shí)，濕潤(rùn)鋒干—濕界面土壤吸力梯度較大，土壤水分?jǐn)U散更快。當(dāng)土壤含水率較小時(shí)，干—濕界面土壤吸力梯度較小，水分?jǐn)U散緩慢。且土壤吸力梯度的變化是非線性的，因而擴(kuò)散率的變化也是非線性的。在相同含水率情況下，隨著脫硫石膏添加比例增加，土壤非飽和水分?jǐn)U散率逐漸減小。是由于土壤水分吸滲過(guò)程中，需經(jīng)歷土壤顆粒表面吸持膜狀水、土壤小孔隙吸持毛管水、自由水吸滲3個(gè)吸滲階段。低含水率時(shí)，土壤吸滲過(guò)程僅滿足前2個(gè)階段，土壤的吸持?jǐn)U散作用較弱，不同脫硫石膏配比下土壤微孔隙數(shù)量、石膏的吸水作用對(duì)水分?jǐn)U散率影響較小。在高含水率時(shí)，土壤吸持大量自由水，土體中大孔隙數(shù)量決定了水分?jǐn)U散強(qiáng)度，脫硫石膏添加填充了土壤中部分大孔隙，故水分?jǐn)U散率減小。明確脫硫石膏添加下鹽堿土水分運(yùn)動(dòng)及其參數(shù)變化規(guī)律，可為了解該區(qū)域鹽堿土水鹽運(yùn)移特征提供數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié) 論

(1)向土壤中施加脫硫石膏可以減緩水分吸滲過(guò)程，相同吸滲時(shí)間，脫硫石膏添加比例越大，累積入滲量及濕潤(rùn)鋒越小。脫硫石膏配比與水分吸滲特征間存在良好的函數(shù)關(guān)系。Philip模型也能較好擬合土壤水分吸滲過(guò)程，吸滲率()隨脫硫石膏添加比例增加逐漸減小。

(2)隨脫硫石膏添加比例增加，土壤飽和導(dǎo)水率逐漸減小，飽和含水率逐漸增大，土壤持水性能增加，保水保肥能力提高。土壤飽和導(dǎo)水率、飽和含水率與脫硫石膏添加比例間呈現(xiàn)較好的二項(xiàng)式關(guān)系。

(3)隨脫硫石膏添加比例增加，Brooks—Corey模型參數(shù)()隨之增大，進(jìn)氣吸力()逐漸減小，土壤通氣性明顯改善。含水率相同時(shí)，土壤水分?jǐn)U散率隨脫硫石膏配比增加逐漸減小，土體水分分布更加均勻。