[发明专利]一种测定土壤内部大孔隙结构参数的方法

说明书

技术领域

本发明属材料的分析测定领域，具体来说涉及一种土壤的分析测定方法。

背景技术

森林生态系统的涵养水源功能对减少山洪、泥石流等自然灾害，保护生物多样性及维护生态安全有着重要作用。森林植被通过其林冠、枯枝落叶、强大的根系对森林水文过程产生重要影响。森林土壤是形成森林植被水文功能的核心地带，因此，森林土壤的水分动力过程是认识森林水文功能的一个重要环节。土壤大孔隙是描述土壤物理特征的一个重要指标。植物根系的穿插与腐烂，土壤动物活动、冻融及干湿交替作用、化学过程、人为活动等使土壤形成了相互连通的大孔隙。土壤大孔隙形状具有多样性，既有形状不规则的裂隙和裂缝，也有近似圆柱的孔道。大孔隙可以提供优先水流路径，使得土壤水分不能与土体进行充分作用，而直接进入深层土壤中，对深层土壤水分的贮蓄产生重大影响。土壤大孔隙可明显促进水分入渗，减少地表径流，坡地土壤大孔隙又是调节壤中流的主要机制，因此，大孔隙对于生态水文的调节有着重要意义。关于大孔隙的定义仍存有争议，本文选用Radulovich等测定大孔隙的方法，认为土壤大孔隙是指介于土壤田间含水量和饱和含水量的大孔隙。土壤大孔隙的研究目的是土壤调控，为减少地下水污染、控制养分和水分的流失提供技术指导。

土壤大孔隙的存在会使土壤水分及溶质产生优先运移现象，即产生优先流。优先流的存在会使水中的养分、盐分快速流到根区以下，养分盐分对植物的补充未必能达到预期效果，这不仅会造成农药、化肥施用效果不明显，还涉及到水环境污染的问题。

当前还没有定量化测定土壤大孔隙的研究装置，且多数用的水分穿透曲线法只对土壤大孔隙半径、密度等进行量化，未能提出土壤水分下渗与大孔隙半径及密度的关系式，因此，本装置基于定水头环刀试验，分层测定土壤大孔隙，并对土壤下渗水分与大孔隙半径及密度进行拟合，建立相应的关系式，这能为土壤大孔隙水分运移的研究提供新的理论依据。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明目的是提供一种定量化测定土壤大孔隙参数的方法，从而测定大孔隙结构。

实现本发明目的的具体技术方案为：

一种测定土壤大孔隙结构的方法，包括步骤：

1）用采样装置在土壤采样地点采样；

2）装有土壤样品的采样装置浸入水中12小时，然后置于粗砂中12小时；

3）土壤样品上方保持固定的液面高度注水（注水的液面高度称为水头），记录土壤样品下方水流出的时间、速度和水量，直至水流出的速度为恒定值；

4）计算土壤样品的大孔隙结构参数，并与水分下渗率进行关系拟合。

所述粗砂用室外常温下的粗砂就可以。

其中，所述步骤1）中的采样装置为规则几何形状的采样装置。规则几何形状包括矩形、正方形、圆形，容积易于计算。优选为环状采样装置，常用的是环刀（又称环状采样器）。采样装置是一个空心的，取样就是在空心装置中装满土样

其中，所述采样装置包括上下二个盖子，其中一个盖子有孔；采样之前，在有孔的盖子内放置滤纸；采样之后盖上盖子。浸在水中时盖子是盖着的，浸水深度就是到环刀上面盖子的边缘。在下一步骤（注水）之前去掉上面的盖子。

其中，所述步骤1）中，是在土壤采样地点分层采样，共分为垂直相连的3-10层，每层厚度一般取10-20cm。为了减小误差，通常采3-5个平行样。

其中，所述步骤3）中，将土壤样品固定在采样装置内注水。

优选地，所述步骤3）中，将土壤样品固定在采样装置内，所述采样装置上方固定一个投影形状相同的注水装置，所述注水装置内的水保持固定的液面高度。

其中，所述步骤3）中液面的高度为2-10cm（水头）。优选为5cm。

其中，所述步骤4）中结构参数包括大孔隙的数量、密度和半径。数量是土壤样品中大孔隙数量；密度是单位面积土壤样品中大孔隙的数量。

步骤4）之后，拟合流出的水量和大孔隙结构参数之间函数关系，得到下渗率和大孔隙结构参数的关系式。拟合采用origin软件。

计算使用的公式为Poiseulle方程：

Q=πr⁴Δp/8ητL               （1）和基本水流方程

Q=Av=πr²τL/t                    （2）联立得到孔隙半径计算式

r=τL(8η/[tΔp])^1/2                （3）