时祥顺，滕晓飞，孙　麒，张　聪，孙晓磊

(南京工程学院环境工程学院，江苏　南京　211167)



土壤水分盐分运移研究进展综述*

时祥顺，滕晓飞，孙麒，张聪，孙晓磊

(南京工程学院环境工程学院，江苏南京211167)

土壤水分、盐分运移是个十分复杂的过程，它与环境，水文等方面紧密联系，研究土壤水分盐分运移对水资源的利用，水资源的保护和人类文明的发展有着极其重要的意义。本文首先对土壤水的提取方法进行了详细介绍，然后综述了氢氧同位素示踪法研究土壤水分运移规律和土壤盐分运移规律的研究现状。对于土壤水分盐分运移的研究，今后可以着重于农业方面和有助于生态系统的修复重建的研究，相信这对于今后的发展会有着重要的影响。

综述；土壤水；水分盐分运移；研究方向

土壤水是指存在于地表以下到地下水面(潜水面)以上土壤中的水分，也可称非饱和带土壤水。在水文循环中最重要和最复杂的非饱和带土壤水，具有其他水资源共有的特性——循环再生和可调控性，在水分转换和物质循环中扮演者不可或缺的角色。

土壤水的存在形式包括吸湿水、膜状水、毛管水和重力水，在降水入渗或土壤蒸发过程中，存在不同的土壤水运移形式，这与土壤含水量有关。土壤中盐分的运动也是十分复杂的，盐分随土壤水分的运动而迁移，也会在自身浓度梯度的作用下运动，部分盐分可以被土壤吸附，或被植物吸收，或浓度超过了水的溶解后会离析沉淀。近年来，土壤水分、盐分的运移规律已引起了土壤物理学家、农业学家、环境学家以及有关方面技术人员的极大兴趣[1]。在土壤水分运移规律方面，氢氧同位素示踪的方法越来越多的被采用。土壤水盐分运移与水分运移是息息相关的，土壤水中盐分的变化受大气降水、土壤性质、水分在土壤中的迁移、地表蒸发以及植被类型等多种因素影响，因此研究土壤水中盐分的变化在一定程度上能反映土壤水的运移过程[2]。土壤水分运移过程的研究对认识某地区自然界水分循环规律起着重要的作用。

土壤中水的提取是能否顺利开展土壤水分、盐分运移规律研究的基础，因此本文将综述土壤水的提取方法放于首位，其次综述了同位素示踪法研究土壤水分运移规律和土壤水盐分运移规律的研究现状。

1　土壤水的提取方法

土壤水的提取是研究土壤水盐分运移的基础，要根据土壤特性来选择恰当的提取方法。土壤水提取技术主要有土壤溶液取样器、真空蒸馏法、共沸蒸馏法和高速离心法，它们各有优缺点。真空蒸馏法提取土壤水需要采集土壤样品破坏原状土，并且有部分弱吸附水被提取出来，提取土壤水的过程是土壤水蒸发分馏和冷凝的过程，该方法需要复杂的真空系统，提取一个土壤样品需要较长的时间，样品提取时间是样品量和提取温度的函数，并且与真空蒸馏系统设计有关，土壤水提取不完全对分析结果有很大影响[3]。1995年，L Araguás-Araguás 等系统研究了真空蒸馏法提取非饱和带土壤水，研究表明，要使提取水分的同位素值就能够代表土壤水的值，土壤水提取率要达到98%以上。对于砂样，加热温度为100 ℃时需提取7 h才能保证实验精度[4]。共沸蒸馏原理是共沸物与水的混合物的沸点温度介于两者之间，且共沸物在室温下冷却后浮在水面上，常用的共沸物有甲苯和煤油，甲苯是有毒物质，对身体有害，煤油做共沸物时存在同位素分馏[5]。离心分离法是利用不溶于水的有机溶液高速旋转的仪器设备将土壤水从土壤中分离出来。离心分离法速度较快，但不适用于土壤含水量较低的土壤，该方法提取土壤水进行同位素分析的精度较低，需要土壤含水量较高。土壤水取样器是提取土壤水(溶液)样的仪器。土壤水取样技术是原位监测包气带和潜水含水层系统中溶质动态变化的基础技术之一，具有原位反复监测土壤水(溶液)变化的优点，在土壤含水量较高时，具有提取土壤水(溶液)的良好条件，可以获得较多的水样量，在土壤含水量较低时，砂性土壤水分的提取明显地优于粘性土壤[6]。

2　同位素示踪法研究土壤水分运动规律

水的同位素成分可视作水的“指纹”(finger print) 或“DNA”，也正是基于这一点，同位素水文学技术被广泛应用于水文循环研究中。土壤水氢氧同位素的分布受大气降水、地表蒸发、土壤特征、植被类型以及水分在土壤中的水平迁移和垂直运动等多种因素的影响，使得同一地点不同土壤深度的氢氧同位素组成不同。我们可以利用水中氢氧稳定同位素来追踪水在土壤中的运移过程，为了解土壤水分变化规律以及土壤水分的动力学特性提供更多信息。近年来，国内外运用土壤水同位素值示踪水分运移规律方面做了大量研究。1995年，Liu Beiling等运用氢氧同位素，并结合氯离子含量示踪了亚利桑那州南部沙地包气带上部活跃区土壤水的运移过程[7]。Newman 等运用氢氧同位素示踪法研究了新莫斯科半干旱森林地区土壤水的运移过程，同位素分析结果显示蒸发的影响范围在土壤剖面10 cm深度以内，寒冷季节的降雪和春季的雨水是本地区土壤水的主要补给源[8]。2007年，王仕琴等对比分析了降水、土壤水和地下水中的氢氧同位素特征, 研究了华北平原中东部地区不同条件下降水入渗机理和土壤水分运动特征[9]。程立平等对长武县黄土塬区的降水、土壤水和地下水进行了稳定同位素测试分析，研究得出黄土塬区降水以活塞流和优先流两种方式补给地下水，以优先流形式为主[10]。2013年陈建生等通过分析降水、土壤水和地下水的氢氧同位素值，并结合黄土高原的CaCO3不平衡，得出土壤水接受地下水的补给，但是土壤水以何种方式往上运移作者并没有给出解释[11]。

3　土壤水盐分运移规律研究

土壤水盐运移理论是盐渍土改良利用的理论前提。等温条件下饱和与非饱和土壤中水盐研究在理论及实践中已经取得丰硕得出成果[12]。盐随水来、盐随水去，土壤盐分的运移同样受到温度的影响。因此水盐和热在土壤中的运动是相互制约的。从动力学角度来讲，土壤中水盐运动的能量大部分来源于太阳的辐射、地球的自转和人类的活动[13]。依据SPAC系统对外界进行物质能量交换的状态分析，土壤中水盐运移的主要动力不仅有降水及灌溉水的入渗径流，土壤的蒸发，还有植物蒸腾和地下水的运动等。这些动力之间的强弱变化和多重影响导致了土壤水盐运动的复杂结果。

随着人们对土壤水研究的深入以及土壤水作为一种资源的客观存在，土壤水逐渐被作为水资源的一个种类型而进行研究。而土壤水盐分是影响植物生长的重要因素，对土壤水盐分进行研究，在农业生产及生态恢复中将起到关键地指导作用，对它的迁移特性进行分析研究是了解土壤水动态变化规律的关键方法，关于土壤水盐分的研究已取得很多研究成果，例如，Heuer和Nadler进行了马铃薯对土壤水及盐分缺乏的生理反应的分析研究，认为在盐分的胁迫下马铃薯的生长会受到影响[14]；Wu等建立状态空间模型估算浅层地下水对植物的根部水分含量和盐分的影响，然后根据盐分条件提供一个弹性的实时的灌溉时间表，从而使得满足灌溉需求的同时用水量最小[15]； 2005年史文娟[16]对蒸发条件下夹沙层土壤水盐运移规律进行了分析研究；郭青林[17]对敦煌莫高窟壁画病害水盐来源进行了研究，指出许多壁画产生病害，唯独与水盐运移有关系的壁画病害更加严重。这些关于水盐分迁移规律的深入研究，是预测和防治土壤盐渍化的重要理论依据，也是农田灌溉、水文地质、环境水利、土壤物理、溶质动力学等领域中关注的焦点。所以进行盐分迁移规律分析，能立竿见影的解决盐分在非饱和带中的运移而产生的问题。

在灌溉水与降水的入渗径流途径中，因为其作用位置向下，使得土壤中盐分不断向下运移，而此作用不断积累，因此土壤盐分向下运移的程度也有所不同。而土壤蒸发和作物蒸腾的过程与灌溉水入渗的原理正好相反。其作用受到作物生长和大气蒸发状况的影响，随着作用强度持续增强，潜水蒸腾越发的加强，毛管力使得地下中的土壤水分持续向上运动，土壤中的盐分同样会随着水分向上运移，从而产生了土壤积盐的情况。描述土壤水盐运移的方程是以地下水移动的数学模型为基础建立的。通过假设来简化其内容，并采用适当的计算方法求得结果。随着数据采集技术手段的不断完善和计算机技术的不断更新，从而使得利用数值来求解地下水盐分传输方式和利用数学模型解决现实问题变成可行的。研究土壤水盐运动对于农业意义是重大的。水从灌溉器流出，湿润根部区域，属于局部灌溉。掌握了解水滴到土壤后，水分、盐分及各种离子在土壤中的运移规律，湿润体形状的变化规律及含水量的多少等规律，有利于在实际生产设计中确定合理的灌水量、地头流量、地头间距等参数，不仅可以节约水量，更可以为作物生长提供良好的水盐环境。

就目前而言，科学家们对于土壤水的研究已经取得了许多的科技成果，但是，土壤水并不像地表水那般容易取样研究，他的存在具有一定的特殊性和复杂性，所以对于土壤水的研究仍然存在许多的欠缺，还需要不断地努力来进一步的完美。所以对于土壤水的研究在今后相当长的一段时间内，其研究方向应该集中在农业生产方面，当然还有对土壤水的运移规律以及对其定义,还有土壤水有助于生态系统的修复重建的研究。

4　结论与展望

综上所述，我们能够开展土壤水分、盐分运移规律的研究的前提是顺利的进行土壤水的提取土壤水的提取。而本文也列举了几点关于土壤水提取的方法，比如真空蒸馏法、土壤溶液取样器、共沸蒸馏发和高速离心法，它们当然是各有优缺点。研究完土壤水分的提取，当然要更深入的研究土壤水分盐分的运移规律。此处对于土壤水分的运移规律的研究方法主要展示了同位素示踪法，而在研究土壤盐分的运移规律的时候，主要讨论了哪些因素会对土壤盐分运移规律产生影响以及土壤盐分运移对其他事物的影响。对于土壤水分盐分运移的研究，今后可以着重于农业方面和有助于生态系统的修复重建的研究，相信这对于今后的发展会有着重要的影响。

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Research Progress on Soil Moisture and Salt Movement*

SHIXiang-shun,TENGXiao-fei,SUNQi,ZHANGCong,SUNXiao-lei

(Nanjing Institute of Technology School of Environment Engineering,Jiangsu Nanjing 211167,China)

The movement of soil water and salt is a very complicated process.It is closely linked to the environment and the hydrology, etc. Even human life is closely bound up. The research of soil water and salt movement to the use of water resources, water resources protection and development of human civilization has very important significance.The extraction method of soil water was introduced, and the isotope tracer method to study soil moisture migration rule and the status of study on soil water and salt movement law were summarized.The current research status of soil water and salt was discussed, and a reference for future problems was provided.

summary;soil water;transport of water and salt;research direction

江苏省高等学校大学生创新创业训练计划项目(项目编号201511276069)。

时祥顺(1994-)，男，本科生，专业为水质科学与技术。

X825

A

1001-9677(2016)05-0009-03