大孔隙扭曲度对土壤水分入渗的影响

[目的]探究大孔隙扭曲度对土壤水分入渗的影响,为深入了解大孔隙扭曲度影响优先流的物理机制提供理论依据。[方法]采用室内含大孔隙土柱的定水头入渗试验,以长武地区黑垆土为研究对象,分析大孔隙不同扭曲度对土壤湿润锋运移、累积入渗量和水分穿透时间的影响。[结果]大孔隙的形状深刻影响入渗湿润锋的形状,对湿润锋纵向、横向运移具有引导作用;大孔隙扭曲度减小可加速湿润锋运移,增加累计入渗量;水分穿透土柱的时间随扭曲度的增大而增加,穿透时间与扭曲度可用对数关系描述;湿润锋运移深度、累积入渗量与时间均呈明显的乘幂关系,其函数式的参数取决于土体中大孔隙扭曲度。[结论]大孔隙扭曲度对水分入渗影响深刻,是研究大孔隙流的重要因素。     

大孔隙对土壤水动力弥散系数影响的实验研究

以Br-作示踪剂,于室内实验测定原状土和扰动土的水动力弥散系数和弥散度,并进行了详细地分析研究。其中,用正态分布函数法求出了扰动土的水动力弥散系数,并通过水动力弥散系数与平均孔隙流速成正比的关系求出了其弥散度;然后,根据模拟得到的底孔出流液中离子浓度与实测值对比分析的结果,用反演方法得到原状土的水动力弥散系数及弥散度。结果表明,原状土的弥散度值与扰动土处在同一个数量级上,但其水动力弥散系数却比扰动土大2个数量级。     

山地土壤优先流路径的染色示踪研究

在山地林区开展土壤大孔隙及优先流的实验研究,可深化对森林土壤涵养水源机理的认识,为山区的水土流失防治和植被恢复提供依据。利用剖面染色与图像分析相结合的方法,沿长江三峡大老岭-邓村一线,对山地不同垂直带内土壤优先流特征进行了调查,分析了优先流路径对剖面水分入渗过程的影响。结果显示,中山常绿落叶针阔混交林-山地黄棕壤、低山暖性针叶林-山地黄壤中大孔隙孔径大、分布广,有利于优先流的形成和入渗。受耕作扰动的弃耕土壤中大孔隙结构遭到破坏,优先流路径与森林土壤不同,且渗流强度较弱,染色区域较浅。森林土壤各发生层内优先流特征差异显著,腐殖质层内以洞穴流为主,水分与土壤基质域交换较少,多通过大孔隙快速下渗。淋溶淀积层内洞穴流消失或减弱,侧向渗透增强。低山暖性针叶林-山地黄壤质地较粗,出现以裂隙为主的大孔隙,优先流表现为裂隙流。弃耕土壤各发生层都表现为指流,染色面积随深度减小,侧向渗透基本稳定。植被-土壤垂直地带性分布是山地土壤优先流存在差异的主要原因,山区生态环境建设中应促进土壤优先流路径的发育。     

黄土高原旱地苹果园油菜间作对土壤大孔隙结构的影响

采用X-ray computed tomography(CT)技术研究了果树行间不同油菜间作密度(CK:清耕;L:低密度间作;M:中密度间作;H:高密度间作)对土壤大孔隙特征参数的影响。结果表明:油菜间作改善了果树行间(0—60 cm)土壤大孔隙特征,各土层的土壤大孔隙数量、大孔隙面积、大孔隙度等参数分别较清耕显著提高(P<0.05);不同间作密度对土壤大孔隙的作用不同,除10—20 cm外,中密度间作对土壤大孔隙度的改善效果均显著好于其他处理;中密度处理下大孔隙(d>1 mm)在各土层间的数目多、差异小,并且在0—30 cm土壤剖面上的成圆率最高。中、高密度油菜间作的土壤大孔隙特征参数均优于清耕及低密度间作,而中密度间作的土壤大孔隙分布更均匀、形状更规则,是黄土高原旱地苹果园改善土壤结构的适宜间作密度。     

土壤大孔隙对坡面溶质流失的影响

以室内实验槽为平台,利用人工模拟降雨实验,研究了大孔隙对坡面Br-流失的影响.研究结果表明,大孔隙坡面的地面径流中Br-流失总量和平均流失速率均较无大孔隙坡面小.将大孔隙特征尺度、降雨强度、降雨历时、坡度和离子吸附系数作为模型的输入,坡面溶质累积流失量作为模型输出,建立了基于模糊神经网络的坡面溶质流失模型.并以160组实测数据为基础,对模型进行了仿真验证.仿真结果显示,坡面累积溶质流失量模拟仿真输出与实验测量输出基本一致,所建系统模型是有效的.     

水流在土壤大孔隙中运动的数值模拟

精确描述水流在土壤中的运动需要能够反映土壤物理特性的模型。将土壤介质在空间上分为基质区与大孔隙区2种介质区,把大孔隙看作竖直向下的管道,并利用土壤大孔隙密度概念,把杂乱无章的大孔隙分布进行了简化,同时采用不同的方法分别对2种不同介质内的水流进行了模拟,在算例计算时又采用了区域分解算法,提高了计算效率。通过模拟结果的对比可以看出,采用的模型及方法较好地描述出了大孔隙流的特点。     

三峡库区高砾石含量紫色土优先流形态特征

以三峡库区王家桥小流域林地、耕地和园地为研究对象,结合染色示踪技术,利用图像处理软件技术,通过计算优先流形态特征参数,分析3种土地利用类型下高砾石含量紫色土的优先流形态发育特征。结果表明:砾石平均含量表现为园地林地耕地,土壤大孔隙平均半径随着深度的增加而减小。林地优先流运动深度可达60cm,剖面染色区域呈现明显的不规则性,耕地染色深度集中在0—15cm土层,染色区域分布均匀,但染色面积小,且存在大量的侧向流,园地染色范围广,优先路径连通性好。染色路径数表现为园地林地耕地,说明园地优先流发育较活跃,优先路径分化程度较高,染色路径宽度20mm的染色路径数量分布特征与染色路径总数分布特征相近,是紫色土壤中流染色路径的主要组成部分,壤中流类型主要为低相互作用大孔隙流。砾石和大孔隙特征共同影响土壤水分运动过程。     

Cyanides in a soil of a former coking plant site

Soils of former coking plant sites are frequently contaminated with cyanide, which mainly occurs as the pigment Berlin blue, Fe^III4 [Fe^IICN)₆]₃, and soluble iron cyanide complexes, Fe(CN)₆^3-/4?. Berlin blue is only slightly soluble under acidic conditions. The cyanide mobility in a strongly acid soil (pH about 3) of such a site was studied by assessing the distribution of cyanides in the soil and sediment and by conducting batch experiments at different pH levels. The soil is based on a disposal layer (0–32 cm) overlying sandy loess (32–145 cm) overlying glaciofluvial sand (145–250 cm) overlying marlstone (250–500 cm). Highest cyanide concentrations were found in the disposal layer (62–2865 mg CN^? kg^?1), medium concentrations in the sandy loess (16–29 mg CN^? kg^?1), concentrations of about 100 mg CN^? kg^?1 in the glaciofluvial sand and lowest concentrations in the marlstone (0.22–0.49 mg CN^?1 kg^?1). The surfaces of macropores, which occur in the sandy loess and finish in the glaciofluvial sand, are dark-blue dyed and have much higher cyanide concentrations than the surrounding bulk soil. Thus, the accumulation of cyanides in the sand layer may partly be the result of macropore flow. Batch experiments show a strong pH dependence of the solubility of cyanide in the soil as well as of Berlin blue which was found by Mössbauer spectroscopy to be the dominating or sole iron cyanide. The time necessary to transport the cyanides solely as hexacyanoferrate into the undisturbed horizons is estimated to 1000 yr. However, because Berlin blue is known to form colloids, we discuss the possibility of cyanide transport as colloid not requiring dissolution and reprecipitation. We postulate that colloidal Berlin blue transported by macropore flow is responsible for the high mobility of cyanides in this acid soil.     

桂东南花岗岩丘陵区不同土地利用方式土壤大孔隙特征

根据水分穿透曲线和Poiseuille方程,定量研究桂东南花岗岩区6种(次生林、柑橘园、玉米地、杉木林、撂荒地和桉树林)不同土地利用方式土壤大孔隙半径范围、数量及分布情况,分析不同土地利用方式对土壤大孔隙特征的影响。结果表明:(1)不同土地利用方式土壤水分穿透速率存在差异,土壤水分出流速率短时间内可达到稳定状态,柑橘园不同土层之间稳定出流速率变化较大;(2)不同土地利用方式的土壤大孔隙半径为0.4~2.4 mm,主要集中分布在0.4~1.2 mm,均值为0.85 mm,<1.2 mm的小半径孔隙数量较多;(3)随着土层深度的增加和孔隙半径的减小,土壤大孔隙数量总体表现为随土层深度的增加而逐渐减少,大半径孔隙较少,小半径孔隙较多;(4)不同土地利用方式的土壤大孔隙仅占土壤体积的0.36%~6.38%,但其土壤大孔隙平均体积与稳定出流速率、土壤大孔隙平均半径与饱和导水率均呈极显著相关关系,分别决定了稳定出流速率79.92%和饱和导水率36.45%的变异。