【摘 要】
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污水资源化利用对优化供水结构、增加水资源供给、缓解供需矛盾和减少水污染、保障水生态安全具有重要意义。亚热带地区再生水灌溉利用是缓减该区季节性和水质型缺水的重要举措,长期利用含有相对较高浓度各类盐分物质的再生水灌溉,可能存在土壤盐碱化、土壤水力特征退化的问题,加剧亚热带地区水土流失,农业面源污染的潜在风险。本文以红壤、潮土、紫色土、水稻土等4种亚热带地区典型土壤为研究对象,采用室内土柱模拟灌溉试验,
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目.2015/1/1~2018/12/31.再生水灌溉亚热带土壤水力特性演化及水盐运移模拟研究.编号:41471185； 湖南省教育厅科学研究重点项目.2016.01~2018.12.低质水灌溉典型农田土壤导水率衰退及氮磷累积规律研究.编号:15A084；
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污水资源化利用对优化供水结构、增加水资源供给、缓解供需矛盾和减少水污染、保障水生态安全具有重要意义。亚热带地区再生水灌溉利用是缓减该区季节性和水质型缺水的重要举措,长期利用含有相对较高浓度各类盐分物质的再生水灌溉,可能存在土壤盐碱化、土壤水力特征退化的问题,加剧亚热带地区水土流失,农业面源污染的潜在风险。本文以红壤、潮土、紫色土、水稻土等4种亚热带地区典型土壤为研究对象,采用室内土柱模拟灌溉试验,选择城市污水处理厂二级处理排放水为再生水水源,开展了4种再生水水质（再生水原液、再生水分别稀释2、4、6倍）单一灌溉模式下对土壤理化及水力特征影响试验研究,摸清了再生水水质差异对土壤理化关键指标及水力特征的影响。考虑亚热带地区独特的水热同期条件,利用再生水-蒸馏水交替灌溉模式,揭示了交替灌溉模式下土壤理化关键指标及土壤水力参数的变化特征。研究模拟了3年再生水灌溉对土壤理化关键指标及水力特征的影响,阐释了3年再生水灌溉土壤水力特征的变化规律。通过相关分析、主成分以及聚类分析等统计学方法分析了灌溉水质、土壤理化、土壤水力参数之间的关系,构建了再生水灌溉土壤水力特征与土壤理化关键指标之间的统计模型。获得了以下主要结论:（1）再生水灌溉水质与土壤盐分等理化关键指标有显著的相关关系,再生水灌溉会增加土壤EC值,再生水浓度越高EC值越大,再生水-蒸馏水交替灌溉模式会降低其相关关系,减小水质对土壤的影响程度。再生水灌溉对红壤理化关键指标影响最大,与蒸馏水灌溉相比,再生水单一灌溉其EC值平均增加约110.3%,交换性阳离子增加,特别是交换性Na+,增加约238.6%,交替灌溉可减小红壤EC值增幅6.0%,但其中交换性Na+增幅提升113.6%,使得红壤ESP、SAR增加。随着灌溉年限的增加,红壤盐分有累积的趋势,土壤盐分以及SOM等指标的变化影响着土壤孔隙变化,导致红壤微小孔隙和有效孔隙减少,大孔隙增加,其余土壤则反之,3年灌溉过程中再生水原液灌溉有利于红壤和潮土有效孔隙及大孔隙的保持和形成。（2）随着干湿循环次数增加,再生水单一灌溉潮土、紫色土、水稻土入渗率分别平均可衰减83.4%、37.4%、84.5%;交替灌溉会增大潮土、紫色土、水稻土入渗率的衰减程度,分别增大8.2%、37.9%、5.4%,其中再生水入渗率高于蒸馏水。（3）土壤饱和导水率与土壤盐分、孔隙分布等有显著相关关系,其中红壤相关性最强,盐分主要起抑制作用,再生水单一灌溉红壤、潮土、紫色土、水稻土饱和导水率分别平均降低36.8%、38.3%、24.8%、5.3%,再生水-蒸馏交替模式会降低饱和导水率与盐分指标的相关性,红壤、潮土、紫色土、水稻土饱和导水率分别平均变化-37.7%、52.9%、26.7%、-28.2%;随着灌溉年限增加,各处理土壤饱和导水率均有衰减的趋势。（4）再生水原液单一灌溉红壤持水性平均增加约60.0%,交替灌溉则会降低约86.1%;再生水原液单一灌溉有利于潮土持水性的保持,再生水原液-蒸馏水交替处理会降低潮土持水性约54.6%;再生水原液单一灌溉紫色土、水稻土持水性分别平均降低约43.1%、40.2%,交替灌溉则会分别增加约157.0%、31.8%;随着灌溉年限增加,红壤、水稻土持水性降低,其中红壤再生水原液灌溉下变化较大,降低62.9%,水稻土则是再生水原液-蒸馏水交替灌溉变化较大,降低47.1%,潮土和紫色土变化较小。再生水灌溉土壤水分特征曲线用Van Genuchte模型拟合取得了良好的结果（R2＞0.98）。（5）再生水灌溉红壤水分有效性变化最大,再生水单一灌溉红壤重力水平均增加8.5%,有效水平均降低10.7%,交替灌溉下重力水平均增加38.5%,有效水平均降低12.6%;随着再生水灌溉年限增加,红壤有效水降低,其中再生水原液-蒸馏水交替灌溉处理降低程度是再生水原液灌溉的2倍。（6）再生水单一灌溉再生水水质对红壤非饱和导水率和水分扩散率有抑制作用,且均以再生水原液抑制程度较大,而对潮土非饱和导水率和水分扩散率则有促进作用;再生水-蒸馏水交替灌溉会削弱其影响程度;随着灌溉年限增加,再生水灌溉会提升红壤非饱和导水率以及潮土、紫色土、水稻土较低含水率（＜0.4 cm3/cm3）时的非饱和导水率,降低潮土较高含水率（＞0.4 cm3/cm3）时的非饱和导水率;再生水灌溉会增加土壤水分扩散率,其中红壤所受影响较大。（7）土壤饱和导水率和Van Genuchten模型拟合参数与土壤理化关键性质之间符合多重线性回归模型,单一灌溉下红壤和潮土拟合效果最好（R2＞0.70）,交替灌溉会降低其拟合效果,不同年限灌溉下各土壤拟合效果均较好。再生水灌溉红壤、潮土、紫色土、水稻土会造成其盐分增加以及土壤水力指标改变,其中红壤所受影响最大,有较好水质介入会削弱土壤所受的影响程度,但红壤交换性钠、ESP、SAR等指标的变幅以及饱和导水率、入渗率的衰减程度有增加的趋势,考虑亚热带地区水热同期条件时,应特别注意再生水在红壤中的灌溉利用,本文研究成果以期为亚热带地区再生水合理灌溉及进一步研究提供理论参考与借鉴。
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