<listing id="fs3b2"></listing>
  1. 你好,歡迎來到博今文化,中國最權威的職稱論文投稿平臺!

    農業學 干濕交替過程中土壤脹縮特性探析

    博今文化 / 2020-09-24

      摘   要: 土壤脹縮現象是指土壤在枯燥、潮濕交替變化過程中所表現出的土壤容積隨含水量改動的一種現象。本文就土壤容重測定辦法、土壤容積變化表示辦法和常用土壤收縮特征曲線模型等方面停止了總結和歸結, 為干濕循環條件下土壤的脹縮特征研討提供參考。

      關鍵詞: 土壤收縮特征; 土壤容重; 土壤容積;

      0、 引言

      濕度及溫度循環變化所惹起的脹縮現象是自然界內萬物的固有屬性, 指濕度或溫度降低后的收縮以及濕度溫度升高后的收縮, 即濕脹干縮與熱脹冷縮特性。農業方面, 土壤在缺水的條件下會產生收縮, 其外表會產生不可逆的宏觀變形, 裂隙逐步發育, 土壤的構造與質量會遭到較大影響, 裂隙的產生會為優先流的產生發明條件, 優先流的淋溶作用會使得植物根區的肥料和營養物質會流失, 入滲水流會挾帶污染物沿優先途徑抵達公開水面, 污染公開水源。

      研討干濕交替過程中土壤脹縮特性對土壤水分運動理論的完善具有一定的理論研討意義。

      1、 土壤容重測定辦法

      土壤容重是指在自然狀態下, 單位體積土壤的干重, 單位為g·cm3。土壤容重主要反映的是土壤松緊水平以及構造情況。隨著科學程度的不時進步, 土壤容重的測定辦法和手腕也閱歷了一系列的開展。傳統辦法中, 是應用環刀取出土樣, 在實驗室經過烘干等一系列辦法測出土壤容重。這種辦法具有簡單且容易操作等優點。但是這種辦法存在一定的局限性, 若待測試樣為松懈體或土樣中夾雜了局部砂石, 此時環刀取樣測容重的辦法則顯然不再適用?;诖吮尘跋? 應用石蠟澆注來測定容重的辦法被學者提出, 根本思緒是經過凝結的石蠟來替代被移走的土壤, 以石蠟的容積來肯定出待測試樣的容重, 這種較為新穎的測試辦法同樣存在缺乏, 例如操作復雜, 關于過程控制的請求較高。

      祝艷濤等以為能夠應用TDR與土鉆法相分離來測定土壤容重, 兩種辦法的分離具有快速、準確、連續測定等優點, 并能測定某一特定土層的含水量, 應用TDR法與土鉆法相分離的測試辦法能防止毀壞土壤構造, 這種測試辦法比擬適用于長期且需求連續監測的環境。呂殿青等為了得到容重與土壤吸力之間的函數關系, 應用了土壤水分特征曲線冪函數模型以及土壤收縮特征線性模型, 依據實驗材料對所得到的函數關系停止了檢驗, 最終提出了三點法, 以此來肯定土壤持水特征測定中土壤容重的變化, 應用三點法所得到的土壤水分特征曲線經檢驗與實測結果極為吻合, 該辦法的精度較高。

      2、 土壤容積變化表示辦法

      容積比率是土壤容積變化與水損失容積之比, 在實踐研討中經常被用于預測田間土壤容積的變化。關于土壤容積變化的表示方式, 更為常用的是應用比容積來表示, 比容積與容重之間是互為倒數的關系, 比容積與重量含水量之間的關系被定義為收縮特征曲線。

      Parker等應用線性延展系數為根底計算了自然構造土塊的容積變化, 并以此為規范來評價估量土壤容積變化的辦法。已有的研討標明, 粘粒類型比粘粒含量對容積變化的影響更大, 而土壤潛在的容積變化則與土壤中的彈性指標親密相關。線性延展系數和可能容積變化被普遍應用于田間土壤容積變化的預測中。

      3、 土壤收縮特征曲線模型

      在評價土壤構造質量中, 與土壤含水量有關的容積變化的指標已被普遍運用。為了采用同規范停止比擬, 許多學者提出了土壤收縮特征模型, 其中以三直線模型, Logistic模型, 土壤容積變化的通用方程, KM模型等尤為常用。

      3.1、 三直線模型

      Mgarry提出了三直線模型, 用來描繪土壤收縮特征的變化。其主要思想是將土壤收縮特征曲線分為三個階段, 即滯留段、正常段和構造段。三直線模型的表達式為:

      在上式中:v表示比容積, 計量單位為cm3·g-1, U表示質量含水量單位為g·g-1, r、n、s分別表示滯留、正常、構造段, 土壤收縮特征曲線的斜率;UA、UB、US分別表示的是滯留拐點 (進氣點) 、構造拐點 (收縮極限) 以及飽和點處的質量含水量, α、k、γ是常數, 取經歷值。

      在三直線模型中, 每一收縮段都有其本身的數學特性和特定的物理條件, 其數學特性和物理條件之間常常具有分歧性, 所取得的參數均有其物理意義。

      3.2、 土壤容積變化的通用方程

      Giraldez等提出了土壤容積變化的通用方程, 用來描繪土壤容積的變化, 其表達式為:

      在上式中:v表示比容積, vs表示土壤比重的倒數, ρw表示水的密度, θae表示進氣點的含水量, θm表示重量含水量。

      為計算煩瑣, 上式中水的密度取值為1。這個模型存在缺陷, 只能得到最小值, 而不能得到最大值, 因而準確度較低只能對滯留與正常收縮段的土壤容積變化停止近似描繪。

      3.3、 KM模型

      Kim和Vereecken經過最小二乘法目的函數和Marquarts優化辦法相分離提出了KM模型, 該模型是指數與線性相分離的模型。

      在上式中:ρs表示土壤比重, 單位為g/cm3, a'、α'、b'為經歷參數。

      KM模型存在一定的缺陷, 沒有對構造收縮停止思索剖析, 對正常收縮段的模仿只能用線性函數停止, 對滯留段的描繪則運用指數函數的倒數的方式停止。

      3.4、 Logistic模型

      Nelder提出了Logistic模型, 該模型能近似描繪土壤收縮的根本外形。

      在上式中:a2、b2、c2、d2為經歷參數。

      該模型沒有較為完善的理論根底為依托, 所選的參數只能經過數據擬合來近似估量, 這些參數沒有其特定的物理意義, 其優點在于它契合土壤收縮的外形, 即“S”形。

      Mcgarry對常用的模型停止了比擬, 包括三直線模型、土壤容積變化的通用方程和Logistic模型, 對模型中呈現的重要參數作了較為細致的闡明, 其結論為:通用方程沒有最大值, 對構造收縮區域不再適用, 對整個收縮過程不能停止精確精準的描繪。Logistic缺乏完善的理論根底支撐, 其所觸及的參數的物理意義不明白。三直線模型是較為適用的模型, 該模型能較為完好的描繪土壤收縮過程中的三個收縮區域, 模型中所觸及的各項參數都有其本身明白的物理意義。

      黃傳琴等在實驗的根底上對四種土壤脹縮過程中土壤容積與含水量的關系及土壤的脹縮特征停止了詳盡的研討剖析, 其研討結果標明, 三直線模型關于四種土壤的收縮、收縮過程能停止精確的模仿。

      4、 結語

      目前, 已有大量國內外學者對土壤脹縮方面停止了研討, 土壤的脹縮現象存在其一定的時間和空間變化規律, 這需求我們停止不時的探究發現。國內外相關學者對土壤容積變化的表示辦法、土壤干裂特征、變性土土壤水運動機理、土壤的收縮特征曲線以及影響土壤收縮的相關要素等方面已停止了相當的研討。而在今后的研討中, 將土壤的收縮特征與土壤水力特征相分離, 并以此來研討土壤水分運動是研討的一個重要方向, 以此研討為更高效天時用水分和避免公開污染提供愈加真實牢靠的科學根據。