羟丙基甲基纤维素作土壤改良剂对土壤溶质运移的影响
发布时间：2021-06-23 21:11
羟丙基甲基纤维素（hydroxypropyl methyl cellulose,HPMC）是一种潜在的土壤改良剂,加入土壤中后具有明显的减渗效果,对缓解黄土高原水土养分的流失具有重要意义。该文通过在土壤中施加不同含量的HPMC,研究HPMC对土壤溶质迁移特性的影响。结果表明:1)HPMC质量分数在0～0.5 g/kg范围内,饱和导水率随HPMC添加量增大而逐渐减小,0.5g/kg组相比未添加HPMC的空白组降低37.3%;土壤中保守性溶质的运移速度显著降低;随HPMC添加量增加,溶质的初始和完全穿透时间明显推迟,穿透总历时延长;2)CDE方程和两区模型均能较好地模拟在土壤中添加不同含量HPMC时溶质的运移状况,2种模型的拟合曲线也均能与实测曲线较好吻合,但两区模型的模拟精度更高。3)基于两区模型的参数拟合结果,随HPMC添加量的增加,平均孔隙水流速越小,水动力弥散系数、弥散度和质量交换系数均增加,而土壤可动水体的含水量比率逐渐减少。
【文章来源】：农业工程学报. 2019,35(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
添加不同比例羟丙基甲基纤维素HPMC后土壤饱和导水率Ks变化Fig.1ChangeofsaturatedconductivityKinsoilwithdifferent
浪?衷硕?ǖ辣涞酶?忧?鄹丛樱??同时间内土壤出流液减少，且HPMC含量越高，凝胶网络结构越密集，饱和导水率越校图1添加不同比例羟丙基甲基纤维素HPMC后土壤饱和导水率Ks变化Fig.1ChangeofsaturatedconductivityKsinsoilwithdifferenthydroxypropylmethylcellulose(HPMC)contents2.2HPMC含量对溶质穿透曲线特征的影响土壤溶质穿透曲线（breakthroughcurve，BTCs）用以反映流液溶质相对浓度Cr和孔隙体积数T关系[24]，是研究土壤溶质运移机制的一个重要途径[25]。图2为添加不同比例的HPMC后土壤的溶质穿透曲线图，由图可知：相同的水力梯度下，添加不同含量HPMC土柱的溶质穿透曲线形态与CK组类似，均为S型的平滑曲线。不同处理条件下，S型穿透曲线有逐渐变化的趋势，即随HPMC含量增加，相对浓度随出流液的增加而逐渐升高的趋势放缓，拖尾特征均明显，完全穿透（即相对浓度为1）时的孔隙体积数有所增加，故HPMC的添加对土壤溶质运移过程具有一定的延缓效应。这是由于示踪离子Cl为保守性溶质离子，与HPMC不发生反应，HPMC与土壤水结合形成的三维互穿凝胶网络一定程度上填充了土壤孔隙[26]，使饱和土壤的孔隙结构更为复杂，溶质穿透路径的弯曲度增加，由此随着HPMC含量在土壤中的增加，溶质的费克（Fick）运移减弱[27]，机械弥散作用增强，完全穿透土柱的孔隙体积数增加。大小不均的土壤孔隙导致了不均衡的水流流速，从而在土壤剖面形成不均衡的溶质锋，因此HPMC含量的增加造成溶质穿透曲线拖尾延长的现象。图2不同比例HPMC土壤的Cl穿透曲线Fig.2ClbreakthroughcurvesofsoilwithdifferentH
第5期吴军虎等：羟丙基甲基纤维素作土壤改良剂对土壤溶质运移的影响145图3基于对流弥散方程和两区模型拟合的穿透曲线对比Fig.3Comparisonoffittedbreakthroughcurvesbyconvection-dispersionequation(CDE)andtwo-regionmodel(TRM)表3HPMC含量与两区模型各参数Pearson相关性分析Table3PearsoncorrelationanalysisbetweenHPMCcontentandeachparameterofTRM参数ParameterPearson系数Pearsoncoefficient平均孔隙流速Averageporewatervelocityv0.788水动力弥散系数HydrodynamicdispersioncoefficientD0.869*弥散度λDegreeofdispersion0.899*可动区含水量比率Ratioofwatercontentinmovableareaβ0.825*质量交换系数Massexchangecoefficientω0.884*注：*在0.05级别（双尾），相关性显著。Note:*,thecorrelationissignificantatthelevelof0.05(two-tailed).为验证式（14）的准确性，用HPMC质量分数为0.3g/kg试验组的v、D、β和ω参数代入式（14），得A的估算值为0.31，与实际值的相对误差仅为3%。可见，式（14）用于估算HPMC添加量简便可行。结合表2两区模型参数拟合结果，对其相应参数的变化特征分析如下：1）平均孔隙水流速vv指土壤的有效水流通量，即单位时间内流过单位过流断面的液体体积[32]。由表1可得：在HPMC质量分数为0～0.5g/kg的范围内，平均孔隙水流速v由两区模型所得拟合值在0.904cm/h范围内，且v值均随HPMC添加量增加而减校这可能是由于HPMC与土壤水结合形成三维凝胶网络导致土壤孔径减小，水流通道变窄的缘故。2）水动力弥散系数D水动力弥散引起的溶质通量被?
【参考文献】：
期刊论文
[1]羟丙甲纤维素对土壤水分入渗特性及水稳性团聚体的影响[J]. 吴军虎,任敏. 水土保持学报. 2018(06)
[2]羟丙基甲基纤维素（HPMC）作为种衣成膜剂的应用性能研究[J]. 王海燕. 天津农业科学. 2018(06)
[3]HPMC的持水性能及其对面包酵母抗冻性的影响[J]. 王昕昕,刘元法,李进伟. 食品与生物技术学报. 2018(04)
[4]羟丙基甲基纤维素醚对改性发泡水泥保温板孔结构和性能的影响[J]. 王艳茹. 新型建筑材料. 2017(09)
[5]氯化物三价铬镀铬液中氯离子和溴离子总浓度的测定[J]. 李小囝,郭崇武,罗小平. 电镀与涂饰. 2017(04)
[6]纳米TiO2对土壤水分运动及离子迁移过程影响的试验研究[J]. 吕金榜,周蓓蓓,王全九,胡梓超,潘二恒. 水土保持研究. 2015(05)
[7]纳米碳对黄绵土水分运动及溶质迁移特征的影响[J]. 刘艳丽,周蓓蓓,王全九,谭帅. 水土保持学报. 2015(01)
[8]考虑尺度效应的瞬时输入溶质运移模型及解析解[J]. 魏峰,王全九,周蓓蓓. 农业工程学报. 2014(16)
[9]不同胶体对面包烘焙特性的影响研究[J]. 刘海燕,张娟娟,王晓梅,王春霞,范素琴,解素花. 中国食品添加剂. 2014(07)
[10]非对称分数阶对流弥散的数值模拟及参数反演[J]. 李新洁,李功胜,贾现正. 高等学校计算数学学报. 2013(04)
博士论文
[1]土石混合介质水分溶质运移的试验研究[D]. 周蓓蓓.西北农林科技大学 2009
硕士论文
[1]羟丙基甲基纤维素（HPMC）对面团加工性质和油条品质的影响及相关机理研究[D]. 高杰.合肥工业大学 2018
[2]新型生物种衣剂的研究[D]. 王易.湖南农业大学 2014
本文编号：3245664
【文章来源】：农业工程学报. 2019,35(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
添加不同比例羟丙基甲基纤维素HPMC后土壤饱和导水率Ks变化Fig.1ChangeofsaturatedconductivityKinsoilwithdifferent
浪?衷硕?ǖ辣涞酶?忧?鄹丛樱??同时间内土壤出流液减少，且HPMC含量越高，凝胶网络结构越密集，饱和导水率越校图1添加不同比例羟丙基甲基纤维素HPMC后土壤饱和导水率Ks变化Fig.1ChangeofsaturatedconductivityKsinsoilwithdifferenthydroxypropylmethylcellulose(HPMC)contents2.2HPMC含量对溶质穿透曲线特征的影响土壤溶质穿透曲线（breakthroughcurve，BTCs）用以反映流液溶质相对浓度Cr和孔隙体积数T关系[24]，是研究土壤溶质运移机制的一个重要途径[25]。图2为添加不同比例的HPMC后土壤的溶质穿透曲线图，由图可知：相同的水力梯度下，添加不同含量HPMC土柱的溶质穿透曲线形态与CK组类似，均为S型的平滑曲线。不同处理条件下，S型穿透曲线有逐渐变化的趋势，即随HPMC含量增加，相对浓度随出流液的增加而逐渐升高的趋势放缓，拖尾特征均明显，完全穿透（即相对浓度为1）时的孔隙体积数有所增加，故HPMC的添加对土壤溶质运移过程具有一定的延缓效应。这是由于示踪离子Cl为保守性溶质离子，与HPMC不发生反应，HPMC与土壤水结合形成的三维互穿凝胶网络一定程度上填充了土壤孔隙[26]，使饱和土壤的孔隙结构更为复杂，溶质穿透路径的弯曲度增加，由此随着HPMC含量在土壤中的增加，溶质的费克（Fick）运移减弱[27]，机械弥散作用增强，完全穿透土柱的孔隙体积数增加。大小不均的土壤孔隙导致了不均衡的水流流速，从而在土壤剖面形成不均衡的溶质锋，因此HPMC含量的增加造成溶质穿透曲线拖尾延长的现象。图2不同比例HPMC土壤的Cl穿透曲线Fig.2ClbreakthroughcurvesofsoilwithdifferentH
第5期吴军虎等：羟丙基甲基纤维素作土壤改良剂对土壤溶质运移的影响145图3基于对流弥散方程和两区模型拟合的穿透曲线对比Fig.3Comparisonoffittedbreakthroughcurvesbyconvection-dispersionequation(CDE)andtwo-regionmodel(TRM)表3HPMC含量与两区模型各参数Pearson相关性分析Table3PearsoncorrelationanalysisbetweenHPMCcontentandeachparameterofTRM参数ParameterPearson系数Pearsoncoefficient平均孔隙流速Averageporewatervelocityv0.788水动力弥散系数HydrodynamicdispersioncoefficientD0.869*弥散度λDegreeofdispersion0.899*可动区含水量比率Ratioofwatercontentinmovableareaβ0.825*质量交换系数Massexchangecoefficientω0.884*注：*在0.05级别（双尾），相关性显著。Note:*,thecorrelationissignificantatthelevelof0.05(two-tailed).为验证式（14）的准确性，用HPMC质量分数为0.3g/kg试验组的v、D、β和ω参数代入式（14），得A的估算值为0.31，与实际值的相对误差仅为3%。可见，式（14）用于估算HPMC添加量简便可行。结合表2两区模型参数拟合结果，对其相应参数的变化特征分析如下：1）平均孔隙水流速vv指土壤的有效水流通量，即单位时间内流过单位过流断面的液体体积[32]。由表1可得：在HPMC质量分数为0～0.5g/kg的范围内，平均孔隙水流速v由两区模型所得拟合值在0.904cm/h范围内，且v值均随HPMC添加量增加而减校这可能是由于HPMC与土壤水结合形成三维凝胶网络导致土壤孔径减小，水流通道变窄的缘故。2）水动力弥散系数D水动力弥散引起的溶质通量被?
【参考文献】：
期刊论文
[1]羟丙甲纤维素对土壤水分入渗特性及水稳性团聚体的影响[J]. 吴军虎,任敏. 水土保持学报. 2018(06)
[2]羟丙基甲基纤维素（HPMC）作为种衣成膜剂的应用性能研究[J]. 王海燕. 天津农业科学. 2018(06)
[3]HPMC的持水性能及其对面包酵母抗冻性的影响[J]. 王昕昕,刘元法,李进伟. 食品与生物技术学报. 2018(04)
[4]羟丙基甲基纤维素醚对改性发泡水泥保温板孔结构和性能的影响[J]. 王艳茹. 新型建筑材料. 2017(09)
[5]氯化物三价铬镀铬液中氯离子和溴离子总浓度的测定[J]. 李小囝,郭崇武,罗小平. 电镀与涂饰. 2017(04)
[6]纳米TiO2对土壤水分运动及离子迁移过程影响的试验研究[J]. 吕金榜,周蓓蓓,王全九,胡梓超,潘二恒. 水土保持研究. 2015(05)
[7]纳米碳对黄绵土水分运动及溶质迁移特征的影响[J]. 刘艳丽,周蓓蓓,王全九,谭帅. 水土保持学报. 2015(01)
[8]考虑尺度效应的瞬时输入溶质运移模型及解析解[J]. 魏峰,王全九,周蓓蓓. 农业工程学报. 2014(16)
[9]不同胶体对面包烘焙特性的影响研究[J]. 刘海燕,张娟娟,王晓梅,王春霞,范素琴,解素花. 中国食品添加剂. 2014(07)
[10]非对称分数阶对流弥散的数值模拟及参数反演[J]. 李新洁,李功胜,贾现正. 高等学校计算数学学报. 2013(04)
博士论文
[1]土石混合介质水分溶质运移的试验研究[D]. 周蓓蓓.西北农林科技大学 2009
硕士论文
[1]羟丙基甲基纤维素（HPMC）对面团加工性质和油条品质的影响及相关机理研究[D]. 高杰.合肥工业大学 2018
[2]新型生物种衣剂的研究[D]. 王易.湖南农业大学 2014
本文编号：3245664
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/zrdllw/3245664.html
