四种质地土壤的水气传输特征研究

发布时间：2020-03-28 01:04

【摘要】：土壤是由固液气三相组成的,土壤的空气存在于土壤的孔隙中,水分一般占据较小的孔隙,气体占据较大的孔隙。土壤中气体和水的运输特性是支持植物生长的土壤质量的重要决定因素。通气越好,植物的生长可以得到改善,而相反,减少通气可能会减少植物生长。除了需要呼吸空气外,植物还需要水,水是生长的主要代谢剂,是光合作用的H原子来源。植物根系从土壤中吸收水分,从而土壤水分的传输特性成为植物生长的决定因素。为了研究四种质地土壤的水气传输特征,选取了X土、黄绵土、沙土和黑土四种土壤为研究对象,用MPD法、一维降水头法和定水头法测定了土壤的饱和导水率(K_s),三维和一维测定了土壤在不同含水量下的相对气体扩散率。根据不同的土箱实验的测定结果,研究了不同方法测定饱和导水率和相对气体扩散率的差异;获得了田间快速测定饱和导水率的新方法,该方法方便快捷;分析了饱和导水率和相对气体扩散率的影响因素;提出了通过相对气体扩散率推算饱和导水率的经验公式。研究结果表明:(1)K_s具有很大的不确定性,不同方法应用于不同土壤可得出不同结论,相关规律受到测定操作的影响。四种质地土壤用三种方法测定的饱和导水率都为MPD法一维降水头法定水头法,对三种方法之间进行回归分析,MPD法与一维降水头法之间显著相关,R~2=0.91。不同质地土壤的饱和导水率的变异性不同,X土和黄绵土属于强变异性,沙土和黑土属于中等变异性。饱和导水率与容重呈现负线性相关,R ~2=0.99。饱和导水率与总孔隙度(f)之间存在线性正相关关系,R ~2=0.98。(2)以一维(气室法)测定相对气体扩散率为基准,对三维测定相对气体扩散率进行线性回归分析,三维与一维测定的土壤相对气体扩散率显著相关,R~2为0.65。不同含水量下不同质地土壤的相对气体扩散率差异显著。相对气体扩散率随着土壤含水量的增加而显著减小。土壤的相对气体扩散率对于水分的敏感度随着含水量的变化也不同。四种质地土壤随着含水量的增加充气孔隙度呈下降趋势,不同含水量下土壤充气孔隙度差异显著。不同质地土壤相对气体扩散率对充气孔隙度的敏感性指数为黑土(4.69)沙土(2.86)黄绵土(2.59)X土(2.50),说明黑土对充气孔隙度的敏感性最高,沙土和黄绵土次之,X土的最低。(3)土壤饱和导水率和气体扩散率之间存在显著的对数相关关系,并给出了最佳拟合模型,可通过测定相对简单的相对气体扩散率来预测土壤饱和导水率。含水量为0.13、0.19和0.27时,预测的效果较好,只要含水量不太高或太低,均可由相对气体扩散率推求饱和导水率。由于本文导出的关系只是基于X土、黄绵土、沙土和黑土的实测数据,涉及的范围较小,对于所提方法的普遍适用性有待研究。
【图文】：

几何形状,入渗

图 2-1 MPD 入渗仪.2-1 Modified Philip-Dunne infiltro和土壤中单位水势梯度下单位学模型是对 Philip 渗透仪模定土体为各向同性均质多孔介叠加对称的重力流，将三维流构对 Ks和 Ψ 的估计几乎没有影用类似的方法。然而，由于 M壤表面视为一个有上限的球体流动的几何形状外，还需要在的符号，累积入渗方程 i(t)由

饱和导水率

PD 法测定饱和导水率（Ahmen，d hydraulic conductivity by MPD要参数，包括：水的初始高度壤的深度 Lmax（cm），等效源径 r（cm），t 时刻湿润锋半径给定时间深入土壤的水的质为[Hi H(t)]πr12，其中 Hi是初立 H(t)与 R(t)之间的关系：max3 2 (θ θ ) 2 ( ) 3 ( ) s iR t R t L L Lmax2)，方程（2.1）（2.2）才驱动流和重力驱动流两部分，，
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S152

【参考文献】