土壤水分在土体中的迁移影响和控制着土壤养分、重金属离子、农药等污染物质的迁移转化,进而影响水土流失、农业面源污染等生态环境问题的发生,所以近年来引起了农业、环境等各领域的广泛兴趣。虽然人们建立了大量的水力学模型,然而迄今为止,几乎没有一个模型能够精确预测这一薄薄的土壤表层中水分的运动状况。这表明土壤水分运动问题是非常复杂的。当前的土壤水分运动研究至少还存在着以下两方面的问题：首先,土壤团聚体稳定性是影响水分运动的重要因素,而土壤水分运动方程所建立的一个基本假设则是土壤团聚体为刚性团聚体或是土壤固相骨架并不发生改变。所以,过于简化的模型可能难以反映土壤团聚体的团聚或分散过程对水分运动所带来的复杂影响。其次,人们普遍地未将宏观的土壤水分迁移过程与其微观或介观过程相联系。目前的研究表明,土壤电场是影响介观尺度效应的重要控制因素。其中的一个重要方面是,土壤电场可能影响和控制着土壤团聚体的稳定性,并且使土壤团聚体的破坏表现出特殊离子效应。所以,介观尺度的土壤电场可能会影响宏观的土壤水分运动,并使水分运动呈现出介观尺度常有的特殊离子效应。然而,目前人们对土壤电场及其特殊离子效应在土壤水分运动中的作用还不清楚。所以,本研究试图揭示和明确土壤电场对水分运动的影响,同时揭示土壤水分迁移过程中存在强烈的特殊离子效应。首先,本研究采用物质表面参数联合测定法测定了三种供试土壤——红壤、黄壤和紫色土的表面电荷性质；其次,采用有机玻璃土柱垂直入渗实验,研究了不同浓度(10-5、10-3、10-2、10-1和1mol/L)的NaNO3溶液在过1mm筛的Na饱和恒电荷紫色土土柱中的水分入渗速率,以分析和研究土壤电场对水分运动的影响；最后,同样采用垂直土柱入渗实验,分别研究了上述五个浓度的LiNO3和KO3溶液在Li饱和紫色土土柱和K饱和紫色土土柱中的水分入渗速率,并同时比较了Li、Na和K体系的水分入渗速率的差异,以分析和研究土壤电场在水分运动的特殊离子效应中的影响。研究结果表明：(1)采用物质表面参数联合测定法,测定了红壤、黄壤和紫色土等土壤的表面电位、表面电场强度等表面电荷性质。红壤、黄壤和紫色土的表面电位分别约为-100mV、-120mV和-126mV；表面电场强度分别约为-2.13×108V/m、-4.44×108V/m和-3.41×108V/m。(2)采用垂直土柱入渗实验发现,在150分钟内,随着NaNO3溶液的浓度由10-Smol/L增大至lmol/L,水分入渗速率增大了约5倍,入渗深度也由约2cm增大至约11cm。土壤水分入渗速率随土壤电场强度的增强而减小。在不同的电场强度或表面电位的条件下,NaNO3溶液的水分入渗速率(Ⅰ)具有如下的顺序：I(-97mV)>I(-150mV)>I(-206mV)>I(-264mV)≈I(-382mV)。这揭示土壤电场是控制水分运动的决定因素。土壤电场可能通过如下两个途径来影响水分运动：(i)电场越强,水的基质势越低,土壤水的不饱和运动速度越慢；(ii)电场引发土壤团聚体破坏,从而改变了土壤孔隙状况并减少了土壤大孔隙的数量,进而导致土壤饱和水运动速度降低。(3)采用垂直土柱入渗实验,研究和比较了Li/Na/K体系的土壤水分入渗速率。发现,K、Na和Li体系的水分入渗速率之间的差异随着土壤电场强度的增强而变大。在高电场强度条件下(电解质浓度为10-5mol/L), K体系的水分入渗速率为Na体系的3倍；在低电场强度条件下(电解质浓度为0.1mol/L), K、Na体系的水分入渗速率分别约为Li体系的20倍和13倍。相同土壤电场强度条件下,不同体系的水分入渗速率存在如下的顺序：K>Na>>Li。这揭示了土壤水分运动存在强烈的特殊离子效应,而介观尺度的“土壤电场与离子量子涨落效应”是土壤水分运动产生的特殊离子效应的根本原因。