生物炭对东北黑土持水特性的影响
发布时间：2021-07-28 00:27
为探究生物炭对东北黑土持水特性的影响,系统研究3种添加比例（2%、5%、10%）、3种粒径（0.25、0.5、1 mm）的杨木炭和竹炭对3种质地东北黑土（壤土、砂壤土、砂土）田间持水量和含水率的影响规律,构建添加生物炭黑土的水分特征曲线,并采用Van-Genuchten和Broods-Corey模型进行拟合。结果表明:生物炭能显著提高不同质地东北黑土的持水能力,黑土的田间持水量与生物炭的添加比例呈显著正相关,而与生物炭的粒径呈负相关,0.5 mm和1 mm粒径的生物炭对黑土田间持水量的影响差异不显著,杨木炭显著优于竹炭,0.25 mm、10%添加比例的杨木炭对东北黑土持水能力的提高效果最优,壤土、砂壤土、砂土3种质地黑土的田间持水量和饱和含水率分别可提高64.97%、66.42%、69.39%和47.60%、38.93%、31.18%;Van-Genuchten模型能更精确的模拟添加生物炭黑土的水分特征曲线,最佳离心时间为100 min,三次函数曲线能够较好的拟合添加生物炭黑土的体积含水率与离心吸力之间的多元动态关系,为生物炭对各种质地东北黑土水分运动规律的深入研究提供理论依据。
【文章来源】：农业工程学报. 2019,35(17)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
生物炭对黑土田间持水量的影响a.壤土b.砂壤土c.砂土a.Loamysoilb.Sandyloamc.Sandysoil注：C1杨-C3杨、C1竹-C3竹分别为添加杨木炭和竹炭活性炭的粒径
质地黑土田间持水量的提高幅度差异不显著。a.壤土b.砂壤土c.砂土a.Loamysoilb.Sandyloamc.Sandysoil注：C1杨-C3杨、C1竹-C3竹分别为添加杨木炭和竹炭活性炭的粒径0.25、0.5和1mm。Note:C1杨-C3杨werethetreatmentswithpopularwoodbiocharandbamboobiocharsizeof0.25,0.5and1mm,respectively.图1生物炭对黑土田间持水量的影响Fig.1Effectsofbiocharsonfieldcapacityofblacksoils2.2生物炭对黑土水分特征曲线的影响添加杨木炭、竹炭黑土的水分特征曲线如图2和图3所示。由图2和图3可看出，黑土的体积含水率均随着离心时间、离心吸力的增加而逐渐减小，且添加杨木炭、竹炭的黑土在各吸力下的体积含水率均高于空白纯黑土。添加杨木炭和竹炭的壤土、砂壤土、砂土的饱和含水率与空白纯壤土、砂壤土、砂土相比分别提高了47.60%、38.93%、31.18%和27.42%、21.76%、16.62%。添加竹炭黑土体积含水率的降低速度略低于添加杨木炭的黑土。添加杨木炭的壤土、砂壤土和砂土在离心80min时，各离心吸力下的体积含水率与初始饱和含水率相比分别降低了24.84%～60.34%、25.14%～55.08%和28.21%～67.51%，在离心80～100min时，分别降低了2.11%～8.20%、3.13%～7.64%和2.29%～11.04%；添加竹炭的壤土、砂壤土和砂土在离心100min时，各离心吸力下的体积含水率与初始饱和含水率相比分别降低了27.87%～60.55%、27.97%～62.83%和35.42%～73.86%；100min以后，添加杨木炭和竹炭黑土体积含水率的变化幅度均小于2%。a.壤土a.Loamysoilb.砂壤土b.Sandyloamc.砂?
11.56020.9931砂CKSandysoilBC00.51640.21520.21550.8825CYVG00.50940.00871.27450.9951砂CYSandysoilBC00.64820.18400.15790.9474VG00.40730.00851.30820.9958CZ砂CZSandysoilBC00.55290.22960.17430.9448由表3可看出，VG模型的拟合优度R2均大于0.99，且明显大于BC模型的R2，说明VG模型对添加杨木炭和竹炭的3种质地的东北黑土均适用，拟合度较好。因此，选用VG模型拟合3种质地黑土的水分特征曲线，并对拟合参数进行显著性分析，具体如图4和表4所示。图4离心100min时黑土的水分特征拟合曲线Fig.4Fittingwatercharacteristiccurvesofblacksoilsaftercentrifugationof100min由图4和表4可看出，离心100min时土壤的水分特征拟合曲线与图2和图3中的实际结果类似，即在0～1000cm离心吸力范围内，黑土的体积含水率变化较大，而当离心吸力大于2000cm时，曲线逐渐平缓，无明显变化。添加杨木炭、竹炭黑土的饱和含水率和进气值倒数均高于空白纯黑土，同种质地的黑土比较时，添加杨木炭各组的饱和含水率和进气值倒数也均高于添加竹炭的各组，说明杨木炭提高黑土的持水能力更强，因为当进气值倒数越大，进气值越小，从黑土中排除的水越少，黑土的体积含水率则越大[29]。黑土的饱和含水率、进气值倒数与生物炭对黑土体积含水率的提高程度、生物炭的添加比例呈显著正相关，而形状参数与其呈显著负相关。离心100min时各比较组的三次函数拟合曲线效果最好，拟合优度R2均大于0.99，显著性水平为0.05，呈显著性相关，其回归方程如表5所示。表4VG模型拟合参数的显著性分析Table4Significan
本文编号：3306824
【文章来源】：农业工程学报. 2019,35(17)北大核心EICSCD
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生物炭对黑土田间持水量的影响a.壤土b.砂壤土c.砂土a.Loamysoilb.Sandyloamc.Sandysoil注：C1杨-C3杨、C1竹-C3竹分别为添加杨木炭和竹炭活性炭的粒径
质地黑土田间持水量的提高幅度差异不显著。a.壤土b.砂壤土c.砂土a.Loamysoilb.Sandyloamc.Sandysoil注：C1杨-C3杨、C1竹-C3竹分别为添加杨木炭和竹炭活性炭的粒径0.25、0.5和1mm。Note:C1杨-C3杨werethetreatmentswithpopularwoodbiocharandbamboobiocharsizeof0.25,0.5and1mm,respectively.图1生物炭对黑土田间持水量的影响Fig.1Effectsofbiocharsonfieldcapacityofblacksoils2.2生物炭对黑土水分特征曲线的影响添加杨木炭、竹炭黑土的水分特征曲线如图2和图3所示。由图2和图3可看出，黑土的体积含水率均随着离心时间、离心吸力的增加而逐渐减小，且添加杨木炭、竹炭的黑土在各吸力下的体积含水率均高于空白纯黑土。添加杨木炭和竹炭的壤土、砂壤土、砂土的饱和含水率与空白纯壤土、砂壤土、砂土相比分别提高了47.60%、38.93%、31.18%和27.42%、21.76%、16.62%。添加竹炭黑土体积含水率的降低速度略低于添加杨木炭的黑土。添加杨木炭的壤土、砂壤土和砂土在离心80min时，各离心吸力下的体积含水率与初始饱和含水率相比分别降低了24.84%～60.34%、25.14%～55.08%和28.21%～67.51%，在离心80～100min时，分别降低了2.11%～8.20%、3.13%～7.64%和2.29%～11.04%；添加竹炭的壤土、砂壤土和砂土在离心100min时，各离心吸力下的体积含水率与初始饱和含水率相比分别降低了27.87%～60.55%、27.97%～62.83%和35.42%～73.86%；100min以后，添加杨木炭和竹炭黑土体积含水率的变化幅度均小于2%。a.壤土a.Loamysoilb.砂壤土b.Sandyloamc.砂?
11.56020.9931砂CKSandysoilBC00.51640.21520.21550.8825CYVG00.50940.00871.27450.9951砂CYSandysoilBC00.64820.18400.15790.9474VG00.40730.00851.30820.9958CZ砂CZSandysoilBC00.55290.22960.17430.9448由表3可看出，VG模型的拟合优度R2均大于0.99，且明显大于BC模型的R2，说明VG模型对添加杨木炭和竹炭的3种质地的东北黑土均适用，拟合度较好。因此，选用VG模型拟合3种质地黑土的水分特征曲线，并对拟合参数进行显著性分析，具体如图4和表4所示。图4离心100min时黑土的水分特征拟合曲线Fig.4Fittingwatercharacteristiccurvesofblacksoilsaftercentrifugationof100min由图4和表4可看出，离心100min时土壤的水分特征拟合曲线与图2和图3中的实际结果类似，即在0～1000cm离心吸力范围内，黑土的体积含水率变化较大，而当离心吸力大于2000cm时，曲线逐渐平缓，无明显变化。添加杨木炭、竹炭黑土的饱和含水率和进气值倒数均高于空白纯黑土，同种质地的黑土比较时，添加杨木炭各组的饱和含水率和进气值倒数也均高于添加竹炭的各组，说明杨木炭提高黑土的持水能力更强，因为当进气值倒数越大，进气值越小，从黑土中排除的水越少，黑土的体积含水率则越大[29]。黑土的饱和含水率、进气值倒数与生物炭对黑土体积含水率的提高程度、生物炭的添加比例呈显著正相关，而形状参数与其呈显著负相关。离心100min时各比较组的三次函数拟合曲线效果最好，拟合优度R2均大于0.99，显著性水平为0.05，呈显著性相关，其回归方程如表5所示。表4VG模型拟合参数的显著性分析Table4Significan
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