土壤的滲透性
54
第18卷第4期
2002年7月農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)
T ransac tio ns of th e CSA E V ol. 18 N o. 4J uly 2002
圓盤(pán)入滲儀法測(cè)定不同利用方式土壤滲透性試驗(yàn)研究
許明祥, 劉國(guó)彬, 卜崇峰, 賈海燕
(中國(guó)科學(xué)院、水利部水土保持研究所)
摘 要:介紹了一種田間定量測(cè)定土壤滲透性的新方法——圓盤(pán)入滲儀法。應(yīng)用該法和雙環(huán)法對(duì)黃土丘陵區(qū)土壤不同利用方式(果園、農(nóng)地、灌木、草地、林地) 下的土壤滲透性進(jìn)行了對(duì)比研究, 并對(duì)比分析了該方法的優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)果表明:在該試驗(yàn)條件下, 不同利用方式下土壤的孔性及滲透性有明顯差別。土壤有效孔徑以灌木地最大, 為農(nóng)地的5. 7倍, 果園的3. 5倍; 其次為林地和草地, 為農(nóng)地的4倍多, 果園的2. 5倍多。果園的最初入滲率最大, 是林地的3倍, 草地的5倍。穩(wěn)定入滲率大小順序?yàn)?果園>農(nóng)地>灌木>草地>林地。灌木地的導(dǎo)水率是農(nóng)地的1. 5倍, 是林地的3倍多; 草地和果園的土壤導(dǎo)水率是農(nóng)地的1. 2倍, 是林地的2. 8倍。兩種方法測(cè)定的入滲率結(jié)果具有顯著的線性相關(guān)性。說(shuō)明圓盤(pán)入滲儀法適合于黃土丘陵區(qū)各種利用類型土壤的入滲測(cè)定。關(guān)鍵詞:土壤滲透性; 圓盤(pán)入滲儀; 土壤利用方式
+
中圖分類號(hào):S 152. 72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1002-6819(2002) 04-0054-05
土壤入滲是指水分進(jìn)入土壤形成土壤水的過(guò)程, 它是降水、地面水、土壤水和地下水相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。土壤滲透性是描述土壤入滲快慢的極為重要的土壤物理特征參數(shù)之一。土壤滲透性越好, 地表徑流就會(huì)越少, 土壤流失量就相應(yīng)減少。目前, 土壤滲透性的測(cè)定方法較多, 如雙環(huán)法、環(huán)刀法、定水頭滲透儀法、變水頭滲透儀法、模擬降雨法、土柱法、鉆孔法、穩(wěn)定通量法及滲透桶法, 但田間測(cè)定土壤滲透性一直是土壤水動(dòng)力學(xué)研究中的一大難題, 雖然雙環(huán)法比較通用, 但耗水耗時(shí)而且費(fèi)力, 野外測(cè)定十分不便[1～3]。
本文介紹一種田間定量測(cè)定土壤滲透性能的新方法——圓盤(pán)入滲儀法(Disc permea meter ) [4], 并應(yīng)用該法和雙環(huán)法對(duì)黃土丘陵區(qū)土壤不同利用方式下土壤滲透性能進(jìn)行了對(duì)比研究。
管特性、重力、積水面大小及水壓大小所控制。
圓盤(pán)入滲儀法利用初始入滲速率和穩(wěn)定入滲速率來(lái)區(qū)分受毛管力及重力所控制的土壤入滲流。此外, 通過(guò)選擇水壓大小, 可以計(jì)算出與入滲過(guò)程有關(guān)的土壤孔隙的大小。
對(duì)于均質(zhì)土壤, 表面有一半徑為r 0(mm ) 的圓形積水, 水勢(shì)為j 0時(shí), 穩(wěn)定入滲速率q 為
q =πr 20(k 0-k n ) +4r 0j g (1)
公式右邊第一項(xiàng)為重力勢(shì)項(xiàng), 第二項(xiàng)為基膜勢(shì)項(xiàng)(受毛細(xì)管控制) 。q ——穩(wěn)定入滲通量, mm 3 min ; k 0——水勢(shì)為j 0(m m) 時(shí)的土壤導(dǎo)水率,
-1
mm min ; k n ——初始土壤水勢(shì)為j n 時(shí)的土壤導(dǎo)水率, 對(duì)于相對(duì)較干的土壤, k n 遠(yuǎn)小于k 0, 可忽略; j g ——基質(zhì)勢(shì), 它與導(dǎo)水率的關(guān)系為
j g =k 0λc
率有關(guān)
[5～7]-1
圖1 圓盤(pán)入滲儀示意圖
Fig. 1 Schematic diag ra m of disc per meameter
1 原理和方法
1. 1 原理
圓盤(pán)入滲儀由蓄水管、恒壓管和圓盤(pán)組成(見(jiàn)圖1) 。恒壓管是依據(jù)馬斯瓶原理起恒壓作用的。當(dāng)土壤表面有積水面時(shí), 入滲的初始階段受土壤毛細(xì)管特性控制, 隨著時(shí)間的延長(zhǎng), 水源大小和幾何形狀以及重力均影響水流速率。對(duì)于均質(zhì)土壤, 入滲速率最終會(huì)達(dá)到穩(wěn)定值。這一穩(wěn)定流速是由毛細(xì)
收稿日期:2001-09-21
基金項(xiàng)目:國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目(G2000018606); 中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新項(xiàng)目(KZCX1-06)
作者簡(jiǎn)介:許明祥(1972-) , 男, 漢族, 助研, 博士生, 主要從事土壤質(zhì)量及流域生態(tài)系統(tǒng)健康診斷研究。陜西楊凌 西北農(nóng)林科技大學(xué)中科院水利部水土保持研究所, 712100
(2)
式中 λc ——毛細(xì)管長(zhǎng)度, 它與土壤吸水率及導(dǎo)水
。
2
c 00-n 0
第4期許明祥等:圓盤(pán)入滲儀法測(cè)定不同利用方式土壤滲透性試驗(yàn)研究55
式中 θn ——測(cè)定前初始土壤體積含水率(土水勢(shì)為j n ); θ0——水勢(shì)為j 0時(shí)的土壤體積含水率; s 0——初始土水勢(shì)為j n , 入滲水勢(shì)為j 0時(shí)的土壤吸水率; b ——無(wú)量綱常數(shù), 其值在1/2～π/4之間, 對(duì)于大田土壤, b 的平均值取0. 55為佳。
這樣, 可得到
q =πr 20k 0+4r 0bs 20/(θ0-θn ) k 0=q /πr 0-4bs 0/πr 0(θ0-θn )
2
2
查儀器, 查明漏氣之處, 確保儀器的氣密性;
7) 記錄蓄水管中水位高度(H 0) , 并將儀器小心放在測(cè)定點(diǎn)上, 使其與沙面緊密接觸;
8) 打開(kāi)閥門(mén), 等濕潤(rùn)峰通過(guò)沙層后立即開(kāi)始計(jì)時(shí)(開(kāi)始計(jì)時(shí)盡早不盡晚) 。入滲初期, 盡可能增加讀數(shù)次數(shù)(如每15s 讀數(shù)一次); 此后可以減少讀數(shù)次
(4) (5)
數(shù), 連續(xù)紀(jì)錄直至穩(wěn)定入滲階段(相同時(shí)間間隔內(nèi)入滲水量相等) (至少讀數(shù)10次);
9) 入滲結(jié)束時(shí), 移開(kāi)入滲儀, 盡快鏟去部分沙層, 取表層2～3m m 土壤(土樣應(yīng)在水層消失時(shí)盡快取, 且不能低于表層5mm ) , 放在密閉容器中, 稱質(zhì)量, 測(cè)其含水率(θ0) 。
1. 3 雙環(huán)法及其與圓盤(pán)入滲儀法的差異
雙環(huán)法即大滲透筒法。內(nèi)筒直徑35. 5cm 、高18. 5cm , 外筒直徑50cm 、高18. 5cm 。具體原理及方法見(jiàn)文獻(xiàn)[2,3]。
表1對(duì)比分析了兩種測(cè)定方法的優(yōu)缺點(diǎn)。可以看出, 盡管圓盤(pán)入滲儀法測(cè)定面積小, 入滲深度淺, 但該法省力、省水、省時(shí)、準(zhǔn)確, 對(duì)于測(cè)定表層0～30cm 土壤的入滲特性有很大的優(yōu)越性。
表1 兩種測(cè)定方法之比較
Ta ble 1 Co mpa riso n o f tw o measur ement methods
雙環(huán)法
費(fèi)力, 費(fèi)水, 野外操作不便雙環(huán)入土?xí)r, 對(duì)土壤結(jié)構(gòu)有破壞, 尤其是破壞表土。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí), 向雙環(huán)中加水容易破壞表土結(jié)構(gòu)
讀數(shù)誤差較大, 尤其是初始入滲階段。不便定量研究土壤初始入滲過(guò)程
費(fèi)時(shí), 需2～6h 才能達(dá)到穩(wěn)定入滲
有壓入滲, 不符合實(shí)際情況入滲深度大(50cm 以下) , 入滲面積大, 代表性強(qiáng)垂直入滲, 外環(huán)可防止側(cè)滲
圓盤(pán)入滲儀法
輕便, 省力, 省水, 野外操作容易
在圓盤(pán)入滲初期, 毛管力控制的入滲與積水面積(圓盤(pán)面積) 大小無(wú)關(guān), 在較短的入滲期內(nèi), 近似為一維入滲, 這樣, 累積入滲量與土壤吸力有以下關(guān)系[5]
1/2
Q /πr 20=s 0t
(6)
式中 Q ——總?cè)霛B量; t ——入滲時(shí)間; s 0(土壤吸水率) ——累積入滲量對(duì)t
1/2
的曲線斜率。
λc (宏觀毛管長(zhǎng)度, m m) 為平均孔隙長(zhǎng)度, 它是一個(gè)概化值, 它簡(jiǎn)化了多維土壤入滲的計(jì)算[8,9]。λc 越大, 毛細(xì)管對(duì)入滲的影響就越大(相對(duì)于重力的影響而言) 。Philip(1987) 通過(guò)簡(jiǎn)單毛細(xì)管理論將λc 與
m (有效孔徑, mm ) 相關(guān)聯(lián)λ
[2]
λm =e /d g λc (7)
式中 e——土壤水表面張力; d ——水的密度;
g ——重力加速度。在20°時(shí), 對(duì)純水, 有
λm =7. 4/λc
(8)
在野外, 有2種方法可以計(jì)算λc , 方法之一是通過(guò)(3) 式來(lái)計(jì)算, 方法之二是利用提供不同的水壓, 測(cè)定2次吸力, 可得
λc ≈2b Δj /[(s +
/s _) 2-1]
(9)
1. 2 操作步驟
1) 選擇測(cè)定點(diǎn), 盡量除去地表植被(
2) 將半徑為10cm 、高3m m 的鋼環(huán)放在測(cè)定點(diǎn)上并壓緊, 環(huán)內(nèi)鋪滿細(xì)沙(3m m 厚) 并用剛尺刮平, 然后將鋼環(huán)移走;
3) 用帶有塑料管的注射器調(diào)節(jié)恒壓管水位, 設(shè)置水勢(shì)(j 0) 。在本試驗(yàn)中, j 0設(shè)為-10mm 水柱; 4) 將圓盤(pán)入滲儀(圓盤(pán)在測(cè)定前應(yīng)在水中浸泡數(shù)小時(shí)以確保其氣密性) 放入水桶中, 用氣管子抽氣使蓄水管充滿水后關(guān)閉閥門(mén);
5) 取出入滲儀, 輕輕拍打圓盤(pán)以趕走其中氣泡; 擦干圓盤(pán)上的水;
6) 檢驗(yàn)氣密性。將入滲儀置于一吸水物上, 看, 不擾動(dòng)表土
讀數(shù)準(zhǔn)確, 尤其能準(zhǔn)確測(cè)定初始入滲過(guò)程。可以定量研究土壤初始入滲過(guò)程
省時(shí), 30min 左右即可達(dá)到穩(wěn)定入滲
入滲水壓可調(diào)節(jié), 可以以負(fù)水壓入滲
入滲面積小(直徑20cm ), 深度淺(20～30cm ) , 代表性較差稍有側(cè)滲
1. 4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)在黃土丘陵溝壑區(qū)中科院安塞水土保持綜
合試驗(yàn)站進(jìn)行, 土壤為黃綿土(堆墊旱耕人為土) 。2000年5月在試驗(yàn)站川地試驗(yàn)場(chǎng)分別選取了農(nóng)地(黃豆) 、林地(柳樹(shù), 無(wú)地被物) 、灌木地(沙棘) 、草地(苜蓿) 、果園地(蘋(píng)果) 各1塊, 重復(fù)3次, 用圓盤(pán)入滲儀法和雙環(huán)法對(duì)不同利用類型土壤的滲透性進(jìn)行了對(duì)比研究。試驗(yàn)時(shí)水溫為22℃。
2 結(jié)果分析
56農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)2002年
2. 1 不同利用方式土壤的孔性
土壤總孔隙度、孔隙大小分布及彎曲度——即土壤孔隙的幾何性狀, 對(duì)土壤導(dǎo)水率及持水特性有直接的影響。土壤學(xué)中所說(shuō)的孔隙直徑, 是指與一定的土壤水吸力相當(dāng)?shù)目讖? 叫做當(dāng)量孔徑或有(實(shí)) 效孔徑。有效孔徑與土壤水吸力呈反比, 孔隙愈小則土壤水吸力愈大。每一當(dāng)量孔徑與一定的土壤水吸力相對(duì)應(yīng)。宏觀毛管長(zhǎng)為平均孔隙長(zhǎng)度, 它是一個(gè)概化值, 它簡(jiǎn)化了多維土壤入滲的計(jì)算。宏觀毛管長(zhǎng)越大, 毛細(xì)管對(duì)入滲的影響就越大(相對(duì)于重力的影響而言) 。土壤孔性受其質(zhì)地、土粒排列松緊及有機(jī)質(zhì)含量影響。
在本試驗(yàn)條件下, 土壤不同利用方式下土壤孔性有明顯差別(見(jiàn)表2) 。草地的孔隙度最大, 農(nóng)地和灌木地次之, 果園較小, 林地最小。有效孔徑以灌木地最大, 為農(nóng)地的5. 7倍, 果園的3. 5倍; 其次為林地和草地, 為農(nóng)地的4倍多, 果園的2. 5倍多; 果園較小, 農(nóng)地最小。就宏觀毛管長(zhǎng)而言, 農(nóng)地>果園>草地、林地>灌木。以上結(jié)果表明, 灌木地和草地的土壤水吸力最小, 而農(nóng)地和果園的土壤水吸力較大。相對(duì)于灌木地和草地, 農(nóng)地和果園的土壤水入滲受土壤毛管的影響更大。
表2 土壤不同利用方式下表層土壤孔性 The charac teristics o f topsoil po re T able 1
in differ ent la nd use t ypes
利用初始含終止含
方式水率/%水率/%農(nóng)地草地果園灌木林地
0. 0250. 0810. 0520. 0350. 052
0. 3700. 4910. 4110. 3760. 350
容重孔隙度有效孔宏觀毛管
-3/g ·cm %/徑/mm 長(zhǎng)/mm 0. 8800. 7820. 9230. 8970. 992
0. 4570. 5170. 4300. 4460. 388
0. 1010. 4340. 1680. 5800. 469
75. 317. 147. 412. 816. 6
表3 不同利用方式土壤的入滲特性(圓盤(pán)入滲儀法) Ta ble 3 So il infiltr atio n cha racteristics in different land use types (measur ed using disc pe rmeamete r)
土地利用方式開(kāi)始3min 平均入滲率
/mm ·min -1開(kāi)始15min 平均入滲率/mm·min -1開(kāi)始30min 平均入滲率/mm·min -1穩(wěn)定入滲率/mm ·min -土壤吸水率/mm ·min -11/21
農(nóng)地2. 6651. 6861. 3531. 1295. 2240. 563
草地0. 6051. 0120. 8160. 8602. 9970. 713
果園3. 0321. 6311. 2491. 1354. 6520. 723
灌木1. 8331. 1561. 020. 9992. 6070. 859
林地0. 9990. 5570. 4330. 3251. 7260. 251
導(dǎo)水率/mm ·min -
注:導(dǎo)水率指水勢(shì)j 0為-10mm 時(shí)的土壤導(dǎo)水率。
通常, 在相同的土壤和供水情況下, 最初入滲率主要由土壤濕潤(rùn)程度決定, 如果開(kāi)始入深時(shí)土壤較為濕潤(rùn), 在濕潤(rùn)前鋒的吸力梯度小, 最初入滲速率較低, 隨后入滲速率降低也較緩慢。如開(kāi)始入滲的土壤干燥, 吸力梯度大, 則最初入滲速率較高, 以后隨時(shí)間延長(zhǎng)入滲速率降低也快。從表1可知, 草地的初始含水量較高, 所以其最初入滲速率較低。此外, 由于草地表面有一層較細(xì)較干的有機(jī)物, 透水性較差, 影響最初入滲, 導(dǎo)致最初入滲速率偏低。
隨著入滲的進(jìn)行, 草地和林地最先接近穩(wěn)定入滲(見(jiàn)圖2) , 至30min 時(shí), 各利用方式土壤基本達(dá)到穩(wěn)定入滲。穩(wěn)定入滲率大小順序?yàn)?果園>農(nóng)地>灌木>草地>林地。
從終止含水率和孔隙度測(cè)定結(jié)果可知, 入滲結(jié)束時(shí), 農(nóng)地和灌木地的充水孔隙占總孔隙的80%以上, 草地、果園和林地的充水孔隙比例在90%以上。說(shuō)明此時(shí)土壤已接近飽和。
2. 2 不同利用方式土壤的入滲特征
在本試驗(yàn)條件下, 不同利用方式土壤的入滲特性有較大差異(見(jiàn)表3) 。就入滲率而言, 果園的最初入滲率(開(kāi)始3min 平均入滲率) 最大, 是林地的3倍, 草地的5倍。爾后, 農(nóng)、果、灌、林的土壤入滲率迅速下降, 入滲15min 時(shí), 降幅分別為36. 7%、46. 2%、36. 9%和44. 2%。而草地的入滲率則增加了67%。入滲15～30min 期間, 各利用方式土壤入
土壤吸水率是基質(zhì)勢(shì)的反映, 基質(zhì)吸力是由于
水對(duì)土壤顆粒表面和毛管孔隙的物理親和形成的。有效孔徑與土壤水吸力呈反比, 孔隙愈小則土壤水吸力愈大。從表2可見(jiàn), 農(nóng)地和果園的土壤有效孔徑較小, 所以其土壤吸水率較大。這也是農(nóng)地和果園土壤最初入滲速率較大的原因之一。
對(duì)入滲過(guò)程的擬合結(jié)果表明, 各利用方式下土壤入滲率隨時(shí)間的變化具有顯著的冪函數(shù)關(guān)系(圖2) (y 農(nóng)地=2. 9186x -0. 326, R 2=0. 916; y 果園=
圖2 不同利用方式土壤入滲率
Fig . 2 Soil infiltr atio n rate in diffe rent la nd use types
第4期許明祥等:圓盤(pán)入滲儀法測(cè)定不同利用方式土壤滲透性試驗(yàn)研究
-0. 3129
57
2. 6922x
2
, R =0. 7625; y 灌木=1. 8321x
-0. 364
2
-0. 0975
2-0. 2416
,
從表4可以看出, 用雙環(huán)法測(cè)定的不同利用方式土壤的入滲率與用入滲儀法測(cè)定之結(jié)果(表3) 有類似的規(guī)律。但從入滲15～30min 期間, 雙環(huán)法測(cè)定的平均入滲率下降幅度與入滲儀法所測(cè)結(jié)果有所不同, 雙環(huán)法測(cè)定的農(nóng)地、草地、果園、灌木、林地入滲率分別下降37. 8%、41. 9%、13. 6%、23. 4%、24. 9%。
表4 不同利用方式土壤的入滲率(雙環(huán)法) Table 4 Soil infiltra tion ra te in differe nt land use types(measured by double ring s)
土地利用類型開(kāi)始15min 平均入滲率開(kāi)始30min 平均入滲率
穩(wěn)定入滲率
農(nóng)地8. 195. 091. 24
草地4. 372. 541. 00
果園5. 214. 501. 63
R =0. 8321; y 林地=0. 6937x y 草地=0. 6383x
2
, R =0. 8097;
, R =0. 7014) 。
導(dǎo)水率是土壤滲透性研究中重要的物理參數(shù)之一。在相同的供水條件下, 導(dǎo)水率的影響因素是土壤
孔隙的幾何形狀(孔隙度、孔隙大小分布及彎曲度) 。在本試驗(yàn)條件下, 灌木地的土壤導(dǎo)水率最大, 其次是草地和果園, 農(nóng)地的較小, 林地最小。灌木地的導(dǎo)水率是農(nóng)地的1. 5倍, 是林地的3倍多; 草地和果園的土壤導(dǎo)水率是農(nóng)地的1. 2倍, 是林地的2. 8倍。
以上試驗(yàn)結(jié)果是就表層0～30cm 土壤而言, 對(duì)于深層土壤, 結(jié)果可能會(huì)有所不同。此外, 在本研究中, 林地的穩(wěn)定入滲率及導(dǎo)水率均為最低, 這是因?yàn)樗鶞y(cè)的林地在試驗(yàn)站內(nèi), 表層土壤幾乎無(wú)有機(jī)質(zhì)累積, 且土壤緊實(shí)(容重最大, 為0. 992g /cm) , 其測(cè)定結(jié)果不具有廣泛的代表性。
試驗(yàn)中所測(cè)定的導(dǎo)水率是水勢(shì)j 0為-10m m 時(shí)上層土壤(傳導(dǎo)層) 的導(dǎo)水率。在淹水條件下的均質(zhì)土壤中, 它接近于飽和導(dǎo)水率。2. 3 不同方法測(cè)定結(jié)果比較
3
mm ·min -1
灌木3. 542. 771. 41
林地1. 851. 390. 47
回歸分析結(jié)果表明, 兩種方法測(cè)定的入滲率結(jié)果具有顯著的線性相關(guān)性(圖3) 。說(shuō)明圓盤(pán)入滲儀法適合于黃土丘陵區(qū)各種利用類型土壤的入滲測(cè)
定。但由于本試驗(yàn)中雙環(huán)法所測(cè)的樣點(diǎn)數(shù)較少, 回歸分析結(jié)果僅作定性分析之參考, 兩種方法測(cè)定結(jié)果之定量關(guān)系尚需進(jìn)一步研究
。
圖3 兩種方法測(cè)定的入滲率相關(guān)性
Fig. 3 Co r rela tio n o f infiltr atio n ra te mea sur ed using two methods
3 結(jié) 論
1) 在本試驗(yàn)條件下, 土壤不同利用方式下土壤孔性有明顯差別。土壤有效孔徑以灌木地最大, 為農(nóng)
地的5. 7倍, 果園的3. 5倍; 其次為林地和草地, 為農(nóng)地的4倍多, 果園的2. 5倍多。相對(duì)于灌木地和草地, 農(nóng)地和果園的土壤水入滲受土壤毛管的影響更大。
2) 不同利用方式土壤的入滲特性有較大差異。果園的最初入滲率最大, 是林地的3倍, 草地的5倍。穩(wěn)定入滲率大小順序?yàn)?果園>農(nóng)地>灌木>草地>林地。在本試驗(yàn)條件下, 灌木地的導(dǎo)水率是農(nóng)地的1. 5倍, 是林地的3倍多; 草地和果園的土壤導(dǎo)水率是農(nóng)地的1. 2倍, 是林地的2. 8倍。
3) 兩種方法測(cè)定的入滲率結(jié)果具有顯著的線性相關(guān)性。說(shuō)明圓盤(pán)入滲儀法適合于黃土丘陵區(qū)各種利用類型土壤的入滲測(cè)定。該法省力、省水、省時(shí)、準(zhǔn)確, 對(duì)于測(cè)定表層0～30cm 土壤的入滲特性有很大的優(yōu)越性。
致謝:本文得到蔣定生研究員的指正, 在此表示衷心感謝。
[參 考 文 獻(xiàn)]
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農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)2002年
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Experimental Study on Soil Infiltration Characteristics
Using Disc Permeameter Xu Mingxiang , Liu Guobin , Bu C hongfeng , Jia H aiyan
(Institute of Soil and Water Conservation , Chinese Academy of Sciences and Ministry of W ater Resources ,
N orthw estern Sci -Tech University of Agriculture and Forestry , Y angling 712100, China )
Abstract :
A new kind o f soil infiltratio n m easurem ent method in field, i. e. , disc perm eam eter, w as
introduced in this paper . Soil infiltratio n characteristics of different la nd use ty pes in the lo ess hilly -g ullied a rea w ere studied using this new m ethod and traditional double ring s m ethod . The adv antag es a nd disadva ntages of these two methods w ere also co mpa red. The result sho w ed tha t the characteristics of soil pore and infiltration w ere o bvio usly different with different land use types in the co nditio n of the ex periment . Shrub la nd had the highest soil cha racteristic m ean pore size , w hich w as 5. 7times of that in cropland and 3. 5times of that in o rchard. Co mpa red with shrub land, soil cha racteristic m ean po re size in w oo dland and g rassla nd w as in the nex t place, which w as 4times of cropla nd and more than 2. 5times of o rchard. Orchard has the highest infiltra tio n rate, w hich w as 3times of w oodland a nd 5tim es of g rassland . The sequence of stable infiltratio n rate in different la nd use types w as orcha rd >cropland >shrub la nd>g rassla nd>w oodland. The soil hydraulic conductivity in sh rub land was 1. 5times o f cropla nd and 3tim es of w oodla nd. The soil hydraulic conductiv ity in g rassland and o rchard was 1. 2times of cropland and 2. 8times o f w oodland . The results on soil infiltration ra te measured using these tw o methods had sig nificantly linear co rrela tio n . The ex perimental result show ed that disc permeameter w as suitable fo r soil infiltration measurement in different landuse types in the loess hilly -gullied area. The new m ethod had g rea t advantag e in measuring topsoil infiltratio n o f 0～30cm w ith its merit o f labour saving, w ater saving, time saving and accuracy .
Key words :soil infiltra tio n cha racteristics; disc perm eameter; la nduse ty pes
萬(wàn)泉17881573839： 土的滲透性對(duì)土方施工有什么影響 -
鄒城市副斜： ______ 土的滲透性的量綱是滲透系數(shù),粘性土滲透性小,砂土、卵礫石滲透性強(qiáng),土的滲透性對(duì)土施工影響很大 ,粘性土滲透性小不易塌方,砂土、卵礫石滲透性強(qiáng)易塌方,不但影響施工進(jìn)度,還會(huì)造成施工安全隱患,所以土方施工前就要求將地下水降至基底1米以下才能施工.土的滲透性對(duì)基坑支護(hù)影響也很大.請(qǐng)采納
萬(wàn)泉17881573839： 土壤質(zhì)地的保水能力有何不同?
鄒城市副斜： ______ 土壤質(zhì)地不同,保水能力強(qiáng)弱有差別.即 使同一產(chǎn)量水平、同一品種等條件一致,耗水量也不同.沙土地 由于顆粒間孔隙大,毛細(xì)管作用弱土壤水分很易通過(guò)大孔隙蒸 發(fā)...
萬(wàn)泉17881573839： 稻田雜草生長(zhǎng)發(fā)育與土壤的關(guān)系如何?
鄒城市副斜： ______ 土壤性質(zhì)、PH、有機(jī)質(zhì)含量、保水能力等都直接影響雜草的生長(zhǎng)發(fā)育.水莎草適宜生長(zhǎng)在土質(zhì)疏松、持水量中等、滲透性較好的側(cè)滲型黃白土、滲育型沙土中,其次為潴...
萬(wàn)泉17881573839： 鎮(zhèn)宅最吉利的三種花(鎮(zhèn)宅辟邪最厲害最靈的花)
鄒城市副斜： ______ 很多人在家養(yǎng)花草,特別在意植物的寓意.他們喜歡選擇名字好、寓意好的花草,... 土壤應(yīng)疏松透氣,富含腐殖質(zhì).最好用透水性好的沙壤土養(yǎng)殖.粘性過(guò)大的土壤容易積...
萬(wàn)泉17881573839： 土壤化學(xué)的土壤緩沖性 -
鄒城市副斜： ______ 土壤化學(xué)性質(zhì)之一.指土壤抵制pH改變的能力,或土壤抵制土壤溶液中離子濃度改變的一種特性.產(chǎn)生于土壤中的粘粒和腐殖質(zhì)對(duì)離子的吸附.一定數(shù)量的碳酸鹽和磷酸鹽也有類似作用.土壤緩沖性可使土壤溶液中的離子轉(zhuǎn)變?yōu)殡y于解離的吸...
萬(wàn)泉17881573839： 購(gòu)買(mǎi)土壤固化劑怎么選擇?
鄒城市副斜： ______ 可以選美國(guó)貝賽爾土壤固化劑啊,這是一種高科技新型環(huán)保筑路材料,可以直接作用于土,將土壤就地固化.而且還具有增加滲透性、提高抗凍能力、防止污染物質(zhì)泄漏等特點(diǎn).
第18卷第4期
2002年7月農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)
T ransac tio ns of th e CSA E V ol. 18 N o. 4J uly 2002
圓盤(pán)入滲儀法測(cè)定不同利用方式土壤滲透性試驗(yàn)研究
許明祥, 劉國(guó)彬, 卜崇峰, 賈海燕
(中國(guó)科學(xué)院、水利部水土保持研究所)
摘 要:介紹了一種田間定量測(cè)定土壤滲透性的新方法——圓盤(pán)入滲儀法。應(yīng)用該法和雙環(huán)法對(duì)黃土丘陵區(qū)土壤不同利用方式(果園、農(nóng)地、灌木、草地、林地) 下的土壤滲透性進(jìn)行了對(duì)比研究, 并對(duì)比分析了該方法的優(yōu)缺點(diǎn)。結(jié)果表明:在該試驗(yàn)條件下, 不同利用方式下土壤的孔性及滲透性有明顯差別。土壤有效孔徑以灌木地最大, 為農(nóng)地的5. 7倍, 果園的3. 5倍; 其次為林地和草地, 為農(nóng)地的4倍多, 果園的2. 5倍多。果園的最初入滲率最大, 是林地的3倍, 草地的5倍。穩(wěn)定入滲率大小順序?yàn)?果園>農(nóng)地>灌木>草地>林地。灌木地的導(dǎo)水率是農(nóng)地的1. 5倍, 是林地的3倍多; 草地和果園的土壤導(dǎo)水率是農(nóng)地的1. 2倍, 是林地的2. 8倍。兩種方法測(cè)定的入滲率結(jié)果具有顯著的線性相關(guān)性。說(shuō)明圓盤(pán)入滲儀法適合于黃土丘陵區(qū)各種利用類型土壤的入滲測(cè)定。關(guān)鍵詞:土壤滲透性; 圓盤(pán)入滲儀; 土壤利用方式
+
中圖分類號(hào):S 152. 72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1002-6819(2002) 04-0054-05
土壤入滲是指水分進(jìn)入土壤形成土壤水的過(guò)程, 它是降水、地面水、土壤水和地下水相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。土壤滲透性是描述土壤入滲快慢的極為重要的土壤物理特征參數(shù)之一。土壤滲透性越好, 地表徑流就會(huì)越少, 土壤流失量就相應(yīng)減少。目前, 土壤滲透性的測(cè)定方法較多, 如雙環(huán)法、環(huán)刀法、定水頭滲透儀法、變水頭滲透儀法、模擬降雨法、土柱法、鉆孔法、穩(wěn)定通量法及滲透桶法, 但田間測(cè)定土壤滲透性一直是土壤水動(dòng)力學(xué)研究中的一大難題, 雖然雙環(huán)法比較通用, 但耗水耗時(shí)而且費(fèi)力, 野外測(cè)定十分不便[1～3]。
本文介紹一種田間定量測(cè)定土壤滲透性能的新方法——圓盤(pán)入滲儀法(Disc permea meter ) [4], 并應(yīng)用該法和雙環(huán)法對(duì)黃土丘陵區(qū)土壤不同利用方式下土壤滲透性能進(jìn)行了對(duì)比研究。
管特性、重力、積水面大小及水壓大小所控制。
圓盤(pán)入滲儀法利用初始入滲速率和穩(wěn)定入滲速率來(lái)區(qū)分受毛管力及重力所控制的土壤入滲流。此外, 通過(guò)選擇水壓大小, 可以計(jì)算出與入滲過(guò)程有關(guān)的土壤孔隙的大小。
對(duì)于均質(zhì)土壤, 表面有一半徑為r 0(mm ) 的圓形積水, 水勢(shì)為j 0時(shí), 穩(wěn)定入滲速率q 為
q =πr 20(k 0-k n ) +4r 0j g (1)
公式右邊第一項(xiàng)為重力勢(shì)項(xiàng), 第二項(xiàng)為基膜勢(shì)項(xiàng)(受毛細(xì)管控制) 。q ——穩(wěn)定入滲通量, mm 3 min ; k 0——水勢(shì)為j 0(m m) 時(shí)的土壤導(dǎo)水率,
-1
mm min ; k n ——初始土壤水勢(shì)為j n 時(shí)的土壤導(dǎo)水率, 對(duì)于相對(duì)較干的土壤, k n 遠(yuǎn)小于k 0, 可忽略; j g ——基質(zhì)勢(shì), 它與導(dǎo)水率的關(guān)系為
j g =k 0λc
率有關(guān)
[5～7]-1
圖1 圓盤(pán)入滲儀示意圖
Fig. 1 Schematic diag ra m of disc per meameter
1 原理和方法
1. 1 原理
圓盤(pán)入滲儀由蓄水管、恒壓管和圓盤(pán)組成(見(jiàn)圖1) 。恒壓管是依據(jù)馬斯瓶原理起恒壓作用的。當(dāng)土壤表面有積水面時(shí), 入滲的初始階段受土壤毛細(xì)管特性控制, 隨著時(shí)間的延長(zhǎng), 水源大小和幾何形狀以及重力均影響水流速率。對(duì)于均質(zhì)土壤, 入滲速率最終會(huì)達(dá)到穩(wěn)定值。這一穩(wěn)定流速是由毛細(xì)
收稿日期:2001-09-21
基金項(xiàng)目:國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目(G2000018606); 中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新項(xiàng)目(KZCX1-06)
作者簡(jiǎn)介:許明祥(1972-) , 男, 漢族, 助研, 博士生, 主要從事土壤質(zhì)量及流域生態(tài)系統(tǒng)健康診斷研究。陜西楊凌 西北農(nóng)林科技大學(xué)中科院水利部水土保持研究所, 712100
(2)
式中 λc ——毛細(xì)管長(zhǎng)度, 它與土壤吸水率及導(dǎo)水
。
2
c 00-n 0
第4期許明祥等:圓盤(pán)入滲儀法測(cè)定不同利用方式土壤滲透性試驗(yàn)研究55
式中 θn ——測(cè)定前初始土壤體積含水率(土水勢(shì)為j n ); θ0——水勢(shì)為j 0時(shí)的土壤體積含水率; s 0——初始土水勢(shì)為j n , 入滲水勢(shì)為j 0時(shí)的土壤吸水率; b ——無(wú)量綱常數(shù), 其值在1/2～π/4之間, 對(duì)于大田土壤, b 的平均值取0. 55為佳。
這樣, 可得到
q =πr 20k 0+4r 0bs 20/(θ0-θn ) k 0=q /πr 0-4bs 0/πr 0(θ0-θn )
2
2
查儀器, 查明漏氣之處, 確保儀器的氣密性;
7) 記錄蓄水管中水位高度(H 0) , 并將儀器小心放在測(cè)定點(diǎn)上, 使其與沙面緊密接觸;
8) 打開(kāi)閥門(mén), 等濕潤(rùn)峰通過(guò)沙層后立即開(kāi)始計(jì)時(shí)(開(kāi)始計(jì)時(shí)盡早不盡晚) 。入滲初期, 盡可能增加讀數(shù)次數(shù)(如每15s 讀數(shù)一次); 此后可以減少讀數(shù)次
(4) (5)
數(shù), 連續(xù)紀(jì)錄直至穩(wěn)定入滲階段(相同時(shí)間間隔內(nèi)入滲水量相等) (至少讀數(shù)10次);
9) 入滲結(jié)束時(shí), 移開(kāi)入滲儀, 盡快鏟去部分沙層, 取表層2～3m m 土壤(土樣應(yīng)在水層消失時(shí)盡快取, 且不能低于表層5mm ) , 放在密閉容器中, 稱質(zhì)量, 測(cè)其含水率(θ0) 。
1. 3 雙環(huán)法及其與圓盤(pán)入滲儀法的差異
雙環(huán)法即大滲透筒法。內(nèi)筒直徑35. 5cm 、高18. 5cm , 外筒直徑50cm 、高18. 5cm 。具體原理及方法見(jiàn)文獻(xiàn)[2,3]。
表1對(duì)比分析了兩種測(cè)定方法的優(yōu)缺點(diǎn)。可以看出, 盡管圓盤(pán)入滲儀法測(cè)定面積小, 入滲深度淺, 但該法省力、省水、省時(shí)、準(zhǔn)確, 對(duì)于測(cè)定表層0～30cm 土壤的入滲特性有很大的優(yōu)越性。
表1 兩種測(cè)定方法之比較
Ta ble 1 Co mpa riso n o f tw o measur ement methods
雙環(huán)法
費(fèi)力, 費(fèi)水, 野外操作不便雙環(huán)入土?xí)r, 對(duì)土壤結(jié)構(gòu)有破壞, 尤其是破壞表土。試驗(yàn)開(kāi)始時(shí), 向雙環(huán)中加水容易破壞表土結(jié)構(gòu)
讀數(shù)誤差較大, 尤其是初始入滲階段。不便定量研究土壤初始入滲過(guò)程
費(fèi)時(shí), 需2～6h 才能達(dá)到穩(wěn)定入滲
有壓入滲, 不符合實(shí)際情況入滲深度大(50cm 以下) , 入滲面積大, 代表性強(qiáng)垂直入滲, 外環(huán)可防止側(cè)滲
圓盤(pán)入滲儀法
輕便, 省力, 省水, 野外操作容易
在圓盤(pán)入滲初期, 毛管力控制的入滲與積水面積(圓盤(pán)面積) 大小無(wú)關(guān), 在較短的入滲期內(nèi), 近似為一維入滲, 這樣, 累積入滲量與土壤吸力有以下關(guān)系[5]
1/2
Q /πr 20=s 0t
(6)
式中 Q ——總?cè)霛B量; t ——入滲時(shí)間; s 0(土壤吸水率) ——累積入滲量對(duì)t
1/2
的曲線斜率。
λc (宏觀毛管長(zhǎng)度, m m) 為平均孔隙長(zhǎng)度, 它是一個(gè)概化值, 它簡(jiǎn)化了多維土壤入滲的計(jì)算[8,9]。λc 越大, 毛細(xì)管對(duì)入滲的影響就越大(相對(duì)于重力的影響而言) 。Philip(1987) 通過(guò)簡(jiǎn)單毛細(xì)管理論將λc 與
m (有效孔徑, mm ) 相關(guān)聯(lián)λ
[2]
λm =e /d g λc (7)
式中 e——土壤水表面張力; d ——水的密度;
g ——重力加速度。在20°時(shí), 對(duì)純水, 有
λm =7. 4/λc
(8)
在野外, 有2種方法可以計(jì)算λc , 方法之一是通過(guò)(3) 式來(lái)計(jì)算, 方法之二是利用提供不同的水壓, 測(cè)定2次吸力, 可得
λc ≈2b Δj /[(s +
/s _) 2-1]
(9)
1. 2 操作步驟
1) 選擇測(cè)定點(diǎn), 盡量除去地表植被(
2) 將半徑為10cm 、高3m m 的鋼環(huán)放在測(cè)定點(diǎn)上并壓緊, 環(huán)內(nèi)鋪滿細(xì)沙(3m m 厚) 并用剛尺刮平, 然后將鋼環(huán)移走;
3) 用帶有塑料管的注射器調(diào)節(jié)恒壓管水位, 設(shè)置水勢(shì)(j 0) 。在本試驗(yàn)中, j 0設(shè)為-10mm 水柱; 4) 將圓盤(pán)入滲儀(圓盤(pán)在測(cè)定前應(yīng)在水中浸泡數(shù)小時(shí)以確保其氣密性) 放入水桶中, 用氣管子抽氣使蓄水管充滿水后關(guān)閉閥門(mén);
5) 取出入滲儀, 輕輕拍打圓盤(pán)以趕走其中氣泡; 擦干圓盤(pán)上的水;
6) 檢驗(yàn)氣密性。將入滲儀置于一吸水物上, 看, 不擾動(dòng)表土
讀數(shù)準(zhǔn)確, 尤其能準(zhǔn)確測(cè)定初始入滲過(guò)程。可以定量研究土壤初始入滲過(guò)程
省時(shí), 30min 左右即可達(dá)到穩(wěn)定入滲
入滲水壓可調(diào)節(jié), 可以以負(fù)水壓入滲
入滲面積小(直徑20cm ), 深度淺(20～30cm ) , 代表性較差稍有側(cè)滲
1. 4 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)在黃土丘陵溝壑區(qū)中科院安塞水土保持綜
合試驗(yàn)站進(jìn)行, 土壤為黃綿土(堆墊旱耕人為土) 。2000年5月在試驗(yàn)站川地試驗(yàn)場(chǎng)分別選取了農(nóng)地(黃豆) 、林地(柳樹(shù), 無(wú)地被物) 、灌木地(沙棘) 、草地(苜蓿) 、果園地(蘋(píng)果) 各1塊, 重復(fù)3次, 用圓盤(pán)入滲儀法和雙環(huán)法對(duì)不同利用類型土壤的滲透性進(jìn)行了對(duì)比研究。試驗(yàn)時(shí)水溫為22℃。
2 結(jié)果分析
56農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)2002年
2. 1 不同利用方式土壤的孔性
土壤總孔隙度、孔隙大小分布及彎曲度——即土壤孔隙的幾何性狀, 對(duì)土壤導(dǎo)水率及持水特性有直接的影響。土壤學(xué)中所說(shuō)的孔隙直徑, 是指與一定的土壤水吸力相當(dāng)?shù)目讖? 叫做當(dāng)量孔徑或有(實(shí)) 效孔徑。有效孔徑與土壤水吸力呈反比, 孔隙愈小則土壤水吸力愈大。每一當(dāng)量孔徑與一定的土壤水吸力相對(duì)應(yīng)。宏觀毛管長(zhǎng)為平均孔隙長(zhǎng)度, 它是一個(gè)概化值, 它簡(jiǎn)化了多維土壤入滲的計(jì)算。宏觀毛管長(zhǎng)越大, 毛細(xì)管對(duì)入滲的影響就越大(相對(duì)于重力的影響而言) 。土壤孔性受其質(zhì)地、土粒排列松緊及有機(jī)質(zhì)含量影響。
在本試驗(yàn)條件下, 土壤不同利用方式下土壤孔性有明顯差別(見(jiàn)表2) 。草地的孔隙度最大, 農(nóng)地和灌木地次之, 果園較小, 林地最小。有效孔徑以灌木地最大, 為農(nóng)地的5. 7倍, 果園的3. 5倍; 其次為林地和草地, 為農(nóng)地的4倍多, 果園的2. 5倍多; 果園較小, 農(nóng)地最小。就宏觀毛管長(zhǎng)而言, 農(nóng)地>果園>草地、林地>灌木。以上結(jié)果表明, 灌木地和草地的土壤水吸力最小, 而農(nóng)地和果園的土壤水吸力較大。相對(duì)于灌木地和草地, 農(nóng)地和果園的土壤水入滲受土壤毛管的影響更大。
表2 土壤不同利用方式下表層土壤孔性 The charac teristics o f topsoil po re T able 1
in differ ent la nd use t ypes
利用初始含終止含
方式水率/%水率/%農(nóng)地草地果園灌木林地
0. 0250. 0810. 0520. 0350. 052
0. 3700. 4910. 4110. 3760. 350
容重孔隙度有效孔宏觀毛管
-3/g ·cm %/徑/mm 長(zhǎng)/mm 0. 8800. 7820. 9230. 8970. 992
0. 4570. 5170. 4300. 4460. 388
0. 1010. 4340. 1680. 5800. 469
75. 317. 147. 412. 816. 6
表3 不同利用方式土壤的入滲特性(圓盤(pán)入滲儀法) Ta ble 3 So il infiltr atio n cha racteristics in different land use types (measur ed using disc pe rmeamete r)
土地利用方式開(kāi)始3min 平均入滲率
/mm ·min -1開(kāi)始15min 平均入滲率/mm·min -1開(kāi)始30min 平均入滲率/mm·min -1穩(wěn)定入滲率/mm ·min -土壤吸水率/mm ·min -11/21
農(nóng)地2. 6651. 6861. 3531. 1295. 2240. 563
草地0. 6051. 0120. 8160. 8602. 9970. 713
果園3. 0321. 6311. 2491. 1354. 6520. 723
灌木1. 8331. 1561. 020. 9992. 6070. 859
林地0. 9990. 5570. 4330. 3251. 7260. 251
導(dǎo)水率/mm ·min -
注:導(dǎo)水率指水勢(shì)j 0為-10mm 時(shí)的土壤導(dǎo)水率。
通常, 在相同的土壤和供水情況下, 最初入滲率主要由土壤濕潤(rùn)程度決定, 如果開(kāi)始入深時(shí)土壤較為濕潤(rùn), 在濕潤(rùn)前鋒的吸力梯度小, 最初入滲速率較低, 隨后入滲速率降低也較緩慢。如開(kāi)始入滲的土壤干燥, 吸力梯度大, 則最初入滲速率較高, 以后隨時(shí)間延長(zhǎng)入滲速率降低也快。從表1可知, 草地的初始含水量較高, 所以其最初入滲速率較低。此外, 由于草地表面有一層較細(xì)較干的有機(jī)物, 透水性較差, 影響最初入滲, 導(dǎo)致最初入滲速率偏低。
隨著入滲的進(jìn)行, 草地和林地最先接近穩(wěn)定入滲(見(jiàn)圖2) , 至30min 時(shí), 各利用方式土壤基本達(dá)到穩(wěn)定入滲。穩(wěn)定入滲率大小順序?yàn)?果園>農(nóng)地>灌木>草地>林地。
從終止含水率和孔隙度測(cè)定結(jié)果可知, 入滲結(jié)束時(shí), 農(nóng)地和灌木地的充水孔隙占總孔隙的80%以上, 草地、果園和林地的充水孔隙比例在90%以上。說(shuō)明此時(shí)土壤已接近飽和。
2. 2 不同利用方式土壤的入滲特征
在本試驗(yàn)條件下, 不同利用方式土壤的入滲特性有較大差異(見(jiàn)表3) 。就入滲率而言, 果園的最初入滲率(開(kāi)始3min 平均入滲率) 最大, 是林地的3倍, 草地的5倍。爾后, 農(nóng)、果、灌、林的土壤入滲率迅速下降, 入滲15min 時(shí), 降幅分別為36. 7%、46. 2%、36. 9%和44. 2%。而草地的入滲率則增加了67%。入滲15～30min 期間, 各利用方式土壤入
土壤吸水率是基質(zhì)勢(shì)的反映, 基質(zhì)吸力是由于
水對(duì)土壤顆粒表面和毛管孔隙的物理親和形成的。有效孔徑與土壤水吸力呈反比, 孔隙愈小則土壤水吸力愈大。從表2可見(jiàn), 農(nóng)地和果園的土壤有效孔徑較小, 所以其土壤吸水率較大。這也是農(nóng)地和果園土壤最初入滲速率較大的原因之一。
對(duì)入滲過(guò)程的擬合結(jié)果表明, 各利用方式下土壤入滲率隨時(shí)間的變化具有顯著的冪函數(shù)關(guān)系(圖2) (y 農(nóng)地=2. 9186x -0. 326, R 2=0. 916; y 果園=
圖2 不同利用方式土壤入滲率
Fig . 2 Soil infiltr atio n rate in diffe rent la nd use types
第4期許明祥等:圓盤(pán)入滲儀法測(cè)定不同利用方式土壤滲透性試驗(yàn)研究
-0. 3129
57
2. 6922x
2
, R =0. 7625; y 灌木=1. 8321x
-0. 364
2
-0. 0975
2-0. 2416
,
從表4可以看出, 用雙環(huán)法測(cè)定的不同利用方式土壤的入滲率與用入滲儀法測(cè)定之結(jié)果(表3) 有類似的規(guī)律。但從入滲15～30min 期間, 雙環(huán)法測(cè)定的平均入滲率下降幅度與入滲儀法所測(cè)結(jié)果有所不同, 雙環(huán)法測(cè)定的農(nóng)地、草地、果園、灌木、林地入滲率分別下降37. 8%、41. 9%、13. 6%、23. 4%、24. 9%。
表4 不同利用方式土壤的入滲率(雙環(huán)法) Table 4 Soil infiltra tion ra te in differe nt land use types(measured by double ring s)
土地利用類型開(kāi)始15min 平均入滲率開(kāi)始30min 平均入滲率
穩(wěn)定入滲率
農(nóng)地8. 195. 091. 24
草地4. 372. 541. 00
果園5. 214. 501. 63
R =0. 8321; y 林地=0. 6937x y 草地=0. 6383x
2
, R =0. 8097;
, R =0. 7014) 。
導(dǎo)水率是土壤滲透性研究中重要的物理參數(shù)之一。在相同的供水條件下, 導(dǎo)水率的影響因素是土壤
孔隙的幾何形狀(孔隙度、孔隙大小分布及彎曲度) 。在本試驗(yàn)條件下, 灌木地的土壤導(dǎo)水率最大, 其次是草地和果園, 農(nóng)地的較小, 林地最小。灌木地的導(dǎo)水率是農(nóng)地的1. 5倍, 是林地的3倍多; 草地和果園的土壤導(dǎo)水率是農(nóng)地的1. 2倍, 是林地的2. 8倍。
以上試驗(yàn)結(jié)果是就表層0～30cm 土壤而言, 對(duì)于深層土壤, 結(jié)果可能會(huì)有所不同。此外, 在本研究中, 林地的穩(wěn)定入滲率及導(dǎo)水率均為最低, 這是因?yàn)樗鶞y(cè)的林地在試驗(yàn)站內(nèi), 表層土壤幾乎無(wú)有機(jī)質(zhì)累積, 且土壤緊實(shí)(容重最大, 為0. 992g /cm) , 其測(cè)定結(jié)果不具有廣泛的代表性。
試驗(yàn)中所測(cè)定的導(dǎo)水率是水勢(shì)j 0為-10m m 時(shí)上層土壤(傳導(dǎo)層) 的導(dǎo)水率。在淹水條件下的均質(zhì)土壤中, 它接近于飽和導(dǎo)水率。2. 3 不同方法測(cè)定結(jié)果比較
3
mm ·min -1
灌木3. 542. 771. 41
林地1. 851. 390. 47
回歸分析結(jié)果表明, 兩種方法測(cè)定的入滲率結(jié)果具有顯著的線性相關(guān)性(圖3) 。說(shuō)明圓盤(pán)入滲儀法適合于黃土丘陵區(qū)各種利用類型土壤的入滲測(cè)
定。但由于本試驗(yàn)中雙環(huán)法所測(cè)的樣點(diǎn)數(shù)較少, 回歸分析結(jié)果僅作定性分析之參考, 兩種方法測(cè)定結(jié)果之定量關(guān)系尚需進(jìn)一步研究
。
圖3 兩種方法測(cè)定的入滲率相關(guān)性
Fig. 3 Co r rela tio n o f infiltr atio n ra te mea sur ed using two methods
3 結(jié) 論
1) 在本試驗(yàn)條件下, 土壤不同利用方式下土壤孔性有明顯差別。土壤有效孔徑以灌木地最大, 為農(nóng)
地的5. 7倍, 果園的3. 5倍; 其次為林地和草地, 為農(nóng)地的4倍多, 果園的2. 5倍多。相對(duì)于灌木地和草地, 農(nóng)地和果園的土壤水入滲受土壤毛管的影響更大。
2) 不同利用方式土壤的入滲特性有較大差異。果園的最初入滲率最大, 是林地的3倍, 草地的5倍。穩(wěn)定入滲率大小順序?yàn)?果園>農(nóng)地>灌木>草地>林地。在本試驗(yàn)條件下, 灌木地的導(dǎo)水率是農(nóng)地的1. 5倍, 是林地的3倍多; 草地和果園的土壤導(dǎo)水率是農(nóng)地的1. 2倍, 是林地的2. 8倍。
3) 兩種方法測(cè)定的入滲率結(jié)果具有顯著的線性相關(guān)性。說(shuō)明圓盤(pán)入滲儀法適合于黃土丘陵區(qū)各種利用類型土壤的入滲測(cè)定。該法省力、省水、省時(shí)、準(zhǔn)確, 對(duì)于測(cè)定表層0～30cm 土壤的入滲特性有很大的優(yōu)越性。
致謝:本文得到蔣定生研究員的指正, 在此表示衷心感謝。
[參 考 文 獻(xiàn)]
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Experimental Study on Soil Infiltration Characteristics
Using Disc Permeameter Xu Mingxiang , Liu Guobin , Bu C hongfeng , Jia H aiyan
(Institute of Soil and Water Conservation , Chinese Academy of Sciences and Ministry of W ater Resources ,
N orthw estern Sci -Tech University of Agriculture and Forestry , Y angling 712100, China )
Abstract :
A new kind o f soil infiltratio n m easurem ent method in field, i. e. , disc perm eam eter, w as
introduced in this paper . Soil infiltratio n characteristics of different la nd use ty pes in the lo ess hilly -g ullied a rea w ere studied using this new m ethod and traditional double ring s m ethod . The adv antag es a nd disadva ntages of these two methods w ere also co mpa red. The result sho w ed tha t the characteristics of soil pore and infiltration w ere o bvio usly different with different land use types in the co nditio n of the ex periment . Shrub la nd had the highest soil cha racteristic m ean pore size , w hich w as 5. 7times of that in cropland and 3. 5times of that in o rchard. Co mpa red with shrub land, soil cha racteristic m ean po re size in w oo dland and g rassla nd w as in the nex t place, which w as 4times of cropla nd and more than 2. 5times of o rchard. Orchard has the highest infiltra tio n rate, w hich w as 3times of w oodland a nd 5tim es of g rassland . The sequence of stable infiltratio n rate in different la nd use types w as orcha rd >cropland >shrub la nd>g rassla nd>w oodland. The soil hydraulic conductivity in sh rub land was 1. 5times o f cropla nd and 3tim es of w oodla nd. The soil hydraulic conductiv ity in g rassland and o rchard was 1. 2times of cropland and 2. 8times o f w oodland . The results on soil infiltration ra te measured using these tw o methods had sig nificantly linear co rrela tio n . The ex perimental result show ed that disc permeameter w as suitable fo r soil infiltration measurement in different landuse types in the loess hilly -gullied area. The new m ethod had g rea t advantag e in measuring topsoil infiltratio n o f 0～30cm w ith its merit o f labour saving, w ater saving, time saving and accuracy .
Key words :soil infiltra tio n cha racteristics; disc perm eameter; la nduse ty pes
過(guò)于緊實(shí)的土壤往往( )含量不足
1. 降水量： 降水量的多寡直接影響土壤的水分含量，降水量增加，土壤的水分含量也會(huì)增加。2. 透水性： 土壤的透水性會(huì)影響土壤中的水分含量，土壤透水性越低，土壤中的水分含量就越多。3. 滲透性： 土壤的滲透性會(huì)影響土壤中的水分含量，土壤滲透性越低，土壤中的水分含量就越多。4. 溫度： 溫度...
怎么樣讓地快速滲水
讓地快速滲水的方法主要有：改變土壤質(zhì)地、增加土壤透氣性、科學(xué)灌溉和使用土壤調(diào)節(jié)劑。解釋如下：1. 改變土壤質(zhì)地。土壤的滲透性與土壤質(zhì)地有很大關(guān)系。對(duì)于滲透性較差的土壤，可以通過(guò)摻入沙土或增加土壤中的有機(jī)質(zhì)，如腐葉土、腐殖土等，來(lái)改善土壤質(zhì)地，從而提高土壤的滲透性。2. 增加土壤透氣性。土...
水泥地面吸的水會(huì)滲到地下嗎
水泥地面吸的水會(huì)滲到地下，但是滲透速度取決于水泥地面的密實(shí)程度以及下面土壤的滲透性質(zhì)。以下是具體的解釋：1. 水泥地面的密實(shí)程度：水泥地面的密實(shí)程度越高，滲透性就越小。如果水泥地面密實(shí)程度很高，即使下面是相對(duì)滲透性較大的土壤，水分也只能以漸進(jìn)的形式往下滲透。2. 下面土壤的滲透特性：下...
降雨量 20毫米能滲透土壤多深?
降雨量是指單位面積上降下的雨水體積，通常用毫米或毫升來(lái)表示。要回答這個(gè)問(wèn)題，我們需要知道降雨的持續(xù)時(shí)間和土壤的類型。假設(shè)降雨持續(xù)了1小時(shí)，土壤類型為中等滲透性土壤。根據(jù)物理學(xué)原理，單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位面積的流量與液體的壓強(qiáng)和深度有關(guān)。對(duì)于中等滲透性土壤，假設(shè)滲透系數(shù)為0.1米\/小時(shí)\/毫米，土...
下雨時(shí)為何下滲多?
4. 土壤的水分含量：如果土壤已經(jīng)處于干燥狀態(tài)，它會(huì)更加渴望吸收雨水。因此，在下雨時(shí)，土壤會(huì)迅速吸收雨水以滿足自身的水分需求。土壤的滲透性受到多種因素的影響，包括土壤類型、土壤質(zhì)地、地下水位等。不同類型的土壤在滲透性方面可能存在差異，有的土壤可能更容易滲透，而有的則較為困難。此外，若土壤...
土壤飽和導(dǎo)水率
土壤飽和導(dǎo)水率系在單位水壓梯度下，通過(guò)垂直于水流方向的單位土壤截面積的水流速度，又稱土壤滲透系數(shù)。環(huán)刀法可在田間進(jìn)行測(cè)定，但易受下層土體性質(zhì)的影響。在飽和水分的土壤中，根據(jù)達(dá)西(H. Darcy）定律，計(jì)算方式為：土壤飽和導(dǎo)水率（滲透系數(shù)）：K=Q*L\/（S*t*h），其中，K為飽和導(dǎo)水率（...
材料的滲透性用什么表示
材料的滲透性用滲透系數(shù)K來(lái)表示。滲透系數(shù)是一個(gè)用于描述材料滲透性能的參數(shù)，反映了液體在材料內(nèi)部流動(dòng)的能力。這一性質(zhì)對(duì)于許多工程應(yīng)用非常重要，比如土壤學(xué)、水處理、建筑材料等。以下是關(guān)于滲透系數(shù)的 1.滲透系數(shù)的定義：滲透系數(shù)是一種表示材料允許流體通過(guò)其內(nèi)部的能力的指標(biāo)。這個(gè)系數(shù)越大，表示材料...
河川斷面混凝土化,就水文上來(lái)看有什么影響
有土壤滲透性下降、河岸侵蝕和堆積、洪水峰形態(tài)的改變或地下水位下降的影響。1、土壤滲透性下降：河川斷面混凝土化過(guò)程中土地覆蓋率的增加，會(huì)導(dǎo)致土壤含水量增多，進(jìn)而降低了土壤的滲透性，使水分難以通過(guò)土壤進(jìn)入地下水層，加重了洪水的危害。2、河岸侵蝕和堆積：河床混凝土化后水流速度提高，流速變緩的地...
如何確定土體滲透系數(shù)k的準(zhǔn)確方法?
探索土體滲透的秘密：滲透系數(shù)k的解析 滲透系數(shù)k，這個(gè)看似簡(jiǎn)單的參數(shù)，實(shí)則是衡量土壤滲透性能的關(guān)鍵指標(biāo)。它的精確度直接關(guān)系到滲透計(jì)算的精準(zhǔn)性，因此在土木工程和水資源管理中起著至關(guān)重要的作用。(對(duì)滲透計(jì)算影響深遠(yuǎn))影響系數(shù)k的多元因素 影響k值的因素繁多，首先，土壤顆粒的形狀和大小起著決定性作...
壤簡(jiǎn)單注解
在自然地理學(xué)中，壤可以是研究地貌、氣候與生物相互作用的重要基礎(chǔ)。土壤的類型、分布與演化過(guò)程關(guān)系到地球的生態(tài)平衡。壤的形成受到氣候、生物、地質(zhì)等因素的影響，研究壤可以幫助我們理解地球歷史和未來(lái)可能的變化。在建筑設(shè)計(jì)和工程領(lǐng)域，壤的性質(zhì)也非常重要。土壤的承載力、滲透性、穩(wěn)定性和侵蝕性等特性...
相關(guān)評(píng)說(shuō)：
鄒城市副斜： ______ 土的滲透性的量綱是滲透系數(shù),粘性土滲透性小,砂土、卵礫石滲透性強(qiáng),土的滲透性對(duì)土施工影響很大 ,粘性土滲透性小不易塌方,砂土、卵礫石滲透性強(qiáng)易塌方,不但影響施工進(jìn)度,還會(huì)造成施工安全隱患,所以土方施工前就要求將地下水降至基底1米以下才能施工.土的滲透性對(duì)基坑支護(hù)影響也很大.請(qǐng)采納
鄒城市副斜： ______ 土壤質(zhì)地不同,保水能力強(qiáng)弱有差別.即 使同一產(chǎn)量水平、同一品種等條件一致,耗水量也不同.沙土地 由于顆粒間孔隙大,毛細(xì)管作用弱土壤水分很易通過(guò)大孔隙蒸 發(fā)...
鄒城市副斜： ______ 土壤性質(zhì)、PH、有機(jī)質(zhì)含量、保水能力等都直接影響雜草的生長(zhǎng)發(fā)育.水莎草適宜生長(zhǎng)在土質(zhì)疏松、持水量中等、滲透性較好的側(cè)滲型黃白土、滲育型沙土中,其次為潴...
鄒城市副斜： ______ 很多人在家養(yǎng)花草,特別在意植物的寓意.他們喜歡選擇名字好、寓意好的花草,... 土壤應(yīng)疏松透氣,富含腐殖質(zhì).最好用透水性好的沙壤土養(yǎng)殖.粘性過(guò)大的土壤容易積...
鄒城市副斜： ______ 土壤化學(xué)性質(zhì)之一.指土壤抵制pH改變的能力,或土壤抵制土壤溶液中離子濃度改變的一種特性.產(chǎn)生于土壤中的粘粒和腐殖質(zhì)對(duì)離子的吸附.一定數(shù)量的碳酸鹽和磷酸鹽也有類似作用.土壤緩沖性可使土壤溶液中的離子轉(zhuǎn)變?yōu)殡y于解離的吸...
鄒城市副斜： ______ 可以選美國(guó)貝賽爾土壤固化劑啊,這是一種高科技新型環(huán)保筑路材料,可以直接作用于土,將土壤就地固化.而且還具有增加滲透性、提高抗凍能力、防止污染物質(zhì)泄漏等特點(diǎn).
