Поровое пространство в почве - Pore space in soil

В поровое пространство почвы содержит жидкость и газ фазы почва, т.е. все, кроме твердая фаза который содержит в основном минералы разного размера, а также органические соединения.

Чтобы понять пористость лучше серия уравнения использовались для выражения количественный взаимодействия между тремя фазами почвы.

Макропоры или переломы играть важную роль в проникновение скорости во многих почвах, а также предпочтительных схем потока, гидравлической проводимости и эвапотранспирации. Трещины также оказывают большое влияние на газообмен, влияя на дыхание в почве. Таким образом, моделирование трещин помогает понять, как работают эти процессы и какое влияние на эти процессы могут оказать изменения в растрескивании почвы, такие как уплотнение.

Поровое пространство почвы может содержать среда обитания растений (ризосфера ) и микроорганизмы.

Фон

Объемная плотность

Основная статья: Объемная плотность

В объемная плотность почвы во многом зависит от минерального состава почвы и степени уплотнение. Плотность кварц составляет около 2,65 г / см3 но объемная плотность почвы может быть меньше половины этой плотности.

Насыпная плотность большинства почв составляет от 1,0 до 1,6 г / см.3 но органическая почва и некоторая рыхлая глина могут иметь объемную плотность значительно ниже 1 г / см3.

Образцы керна берутся путем вбивания металлического стержня в землю на нужной глубине и горизонт почвы. Затем образцы сушат в печи и взвешивают.

Насыпная плотность = (масса сухого грунта в печи) / объем

Насыпная плотность грунта составляет обратно связанные к пористость той же почвы. Чем больше в почве порового пространства, тем ниже значение объемной плотности.

Пористость

Основная статья: Пористость

или же

Пористость - это мера общего порового пространства в почве. Это измеряется как объем или же процентов. Степень пористости почвы зависит от минералы которые составляют почву и количество сортировка что происходит в структура почвы. Например, песчаный грунт будет иметь большую пористость, чем илистый песок, потому что ил заполнит промежутки между частицами песка.

Отношения порового пространства

Гидравлическая проводимость

Гидравлическая проводимость (K) - свойство почвы, которое описывает легкость, с которой вода может перемещаться через поровые пространства. Это зависит от проницаемость материала (поры, уплотнение) и от степени насыщения. Насыщенная гидравлическая проводимость, Ксидел, описывает движение воды через насыщенные среды. Где гидравлическую проводимость можно измерить в любом состоянии. Это можно оценить по многочисленным видам оборудования. Чтобы рассчитать гидравлическую проводимость, Закон Дарси используется. Манипулирование законом зависит от насыщенности почвы и используемого инструмента.

Проникновение

Проникновение это процесс, посредством которого вода с поверхности земли попадает в почву. Вода поступает в почву через поры силами сила тяжести и капиллярное действие. Самые большие трещины и поры представляют собой отличный резервуар для первоначального смыва воды. Это позволяет быстро проникновение. Меньшие поры заполняются дольше и зависят от капиллярных сил и силы тяжести. Поры меньшего размера имеют более медленную инфильтрацию, поскольку почва становится более насыщенный {{dn | date = февраль 2020 г.).

Типы пор

Пора - это не просто пустота в твердой структуре почвы. Различные категории размеров пор имеют разные характеристики и вносят разные атрибуты в почвы в зависимости от количества и частоты появления каждого типа. Широко используется классификация размеров пор Брюера (1964):[1][2][3]

Макропора

Поры, которые слишком велики, чтобы иметь значительную капиллярную силу. Если этому не препятствовать, вода будет стекать из этих пор, и они обычно заполнены воздухом на полевая емкость. Макропоры могут быть вызваны растрескиванием, разделением педалей и агрегаты, а также корни растений и зоологические исследования.[3] Размер> 75 мкм.[4]

Мезопора

Самые большие поры заполнены водой при полевая емкость. Также известен как накопительные поры из-за способности хранить полезную для растений воду. У них нет слишком больших капиллярных сил, чтобы вода не становилась ограничение к растениям. Свойства мезопор хорошо изучены почвоведами из-за их влияния на сельское хозяйство и орошение.[3] Размер 30–75 мкм.[4]

Микропоры

Это «поры, которые настолько малы, что вода внутри них считается неподвижной, но доступной для экстракции растений».[3] Поскольку в этих порах мало движения воды, движение растворенного вещества происходит в основном за счет процесса диффузии. Размер 5–30 мкм.[4]

Ультрамикропоры

Эти поры подходят для обитания микроорганизмов. Их распространение определяется структурой почвы и органическое вещество почвы, и они не сильно страдают от уплотнения[5][3] Размер 0,1–5 мкм.[4]

Криптопор

Поры слишком малы, чтобы в них могло проникнуть большинство микроорганизмов. Таким образом, органические вещества в этих порах защищены от микробного разложения. Они наполняются водой, если только почва не очень сухая, но для растений доступно мало этой воды, и движение воды очень медленное.[5][3] Размер <0,1 мкм.[4]

Методы моделирования

Базовое моделирование трещин осуществлялось в течение многих лет путем простых наблюдений и измерений размера, распределения, целостности и глубины трещины. Эти наблюдения проводились либо на поверхности, либо на профилях в карьерах. Отслеживание рук и измерение рисунков трещин на бумаге было одним из методов, который использовался до достижения современных технологий. Другой метод поля заключался в использовании веревки и полукруга проволоки.[6] Полукруг перемещался по чередующимся сторонам струны. Трещины внутри полукруга измеряли по ширине, длине и глубине с помощью линейки. Распределение трещин рассчитывалось по принципу Игла Буффона.

Дисковый пермеаметр

Этот метод основан на том факте, что размеры трещин имеют диапазон различных водных потенциалов. При нулевом водном потенциале на поверхности почвы оценка насыщенного гидравлическая проводимость производится, все поры которого заполнены водой. По мере того, как потенциал уменьшается, дренируют все большие трещины. Измеряя гидравлическую проводимость в диапазоне отрицательных потенциалов, распределение пор по размерам можно определить. Хотя это не физическая модель трещин, она дает представление о размерах пор в почве.

Хорган и Янг модель

Хорган и Янг (2000) произвел компьютерная модель для создания двумерного прогноза образования поверхностных трещин. Он использовал тот факт, что как только трещины находятся на определенном расстоянии друг от друга, они, как правило, притягиваются друг к другу. Трещины также имеют тенденцию поворачиваться в определенном диапазоне углов, и на определенном этапе поверхностный заполнитель достигает размера, при котором трещин больше не будет. Они часто характерны для почвы и поэтому могут быть измерены в поле и использованы в модели. Однако он не мог предсказать точки, в которых начинается растрескивание, и, несмотря на случайность формирования рисунка трещин, во многих отношениях растрескивание грунта часто не является случайным, а имеет ряд слабых мест.[7]

Визуализация с аралдитовой пропиткой

Собирается большой образец керна. Затем его пропитывают аральдит и флуоресцентный смола. Затем керн обрезается с помощью шлифовального инструмента, очень постепенно (~ 1 мм за раз), и через каждый интервал поверхность образца керна отображается в цифровом виде. Затем изображения загружаются в компьютер, где их можно проанализировать. Затем можно произвести измерения глубины, непрерывности, площади поверхности и ряда других измерений трещин в почве.

Визуализация электрического сопротивления

Используя бесконечное удельное сопротивление воздуха можно нанести на карту воздушные пространства внутри почвы. Специально разработанный измеритель удельного сопротивления улучшил контакт измерителя с почвой и, следовательно, площадь считывания.[8]Эту технологию можно использовать для создания изображений, которые можно анализировать на предмет свойств растрескивания.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Брюэр, Рой (1964). Тканевый и минеральный анализ почв. Хантингтон, Нью-Йорк: Р. Krieger (опубликовано в 1980 г.). ISBN  978-0882753140.
  2. ^ Чесворт, Уорд (2008). Энциклопедия почвоведения. Дордрехт, Нидерланды: Springer. п. 694. ISBN  978-1402039942. Получено 2 июля 2016.
  3. ^ а б c d е ж Комитет по глоссарию почвоведов (2008). Глоссарий почвоведения 2008 г.. Мэдисон, Висконсин: Американское почвенное общество. ISBN  978-0-89118-851-3.
  4. ^ а б c d е Брюэр, Рой (1964). "[выдержка из таблицы]" (PDF). Тканевый и минеральный анализ почв. Нью-Йорк: John Wiley & Sons. Получено 28 июля, 2020.
  5. ^ а б Малкольм Э. Самнер (31 августа 1999 г.). Справочник почвоведения. CRC Press. п. А-232. ISBN  978-0-8493-3136-7.
  6. ^ Ringrose-Voase, A.J .; Санидад, В. (1996). «Метод измерения развития поверхностных трещин в почвах: применение для определения развития трещин после низинного риса». Геодермия. 71 (3–4): 245–261. Bibcode:1996 Геод ... 71..245R. Дои:10.1016/0016-7061(96)00008-0.
  7. ^ Horgan, G.W .; Янг, I.M. (2000). «Эмпирическая стохастическая модель для геометрии двумерного роста трещин в грунте». Геодермия. 96 (4): 263–276. CiteSeerX  10.1.1.34.6589. Дои:10.1016 / S0016-7061 (00) 00015-X.
  8. ^ Самуэлян, А; Кузен, я; Ричард, G; Таббаг, А; Бруанд, А. (2003). «Визуализация удельного электрического сопротивления для обнаружения трещин в грунте в сантиметровом масштабе». Журнал Общества почвоведов Америки. 67 (5): 1319–1326. Bibcode:2003SSASJ..67.1319S. Дои:10.2136 / sssaj2003.1319. Архивировано из оригинал на 15.06.2010.

дальнейшее чтение