科学网

已有 4702 次阅读 2014-5-9 15:28 |系统分类:观点评述

孔隙半径R与土粒半径r的比例系数A

 1  孔隙半径R与土粒半径r的比例系数A概述

通过田间采样和化验室室内化验获得了土粒密度﹑土壤容重﹑颗粒大小和百分含量﹑土壤孔隙度等宝贵数据。在土壤结构数学模型中我们已经了解到如下几个参数：

R= Ar

A=0.4142﹙ε%+δ%γ%﹚+0.7013δ%β%

K%=〔0.2146ε%+δ%﹙0.5354γ%+0.6501β%〕〕100%

式中：ε—单粒百分含量；

         δ—团粒百分含量；

β—55式团粒百分含量；

γ—45式团粒百分含量。

孔隙半径R与土粒半径r的比例系数A是土壤结构最重要的参数。对于形状不规则土壤颗粒形成的土壤孔隙，其形状的复杂程度更是无法用语言和文字来描述，更谈不上定量确定孔隙半径R与土粒半径r的比例系数A的大小。这个问题我们是通过土壤结构数学模型的柱模型解决的，能不能反映真实土壤颗粒与土壤孔隙之间的数量关系，只有通过科学实验的验证，才能得到令人信服的结论。这个问题的解决为土壤渗透率公式的建立和应用于真实土壤渗透率的计算排除了一个障碍。

 2  孔隙类型

土壤孔隙度和土壤孔隙比只说明土壤孔隙的数量，并不能说明土壤透水、保水、通气等的性质。因此必需进一步了解土壤孔隙的大小及其分配状况。土壤孔隙的大小、形状均不规则，无法按其真实孔径来研究。土壤学中所说的孔隙直径是指与一定的土壤水吸力相当的孔径，叫做当量孔径。当量孔径与土壤水吸力的关系为：

$D=\frac{3}{T}$                                                  ﹙3.1﹚

式中：D—孔隙的当量孔径(mm)；

     T—土壤水吸力(kPa)。

当量孔径与土壤水吸力呈反比，孔隙越小，土壤水吸力越大。

土壤孔隙根据其当量孔径大小和作用分为三种类型：

   （1）非活性孔隙  

    非活性孔隙又称无效孔隙、束缚水孔隙、微孔隙,非活性孔隙等，指土壤中最细小的孔隙，其当量直径＜2m(0.002 mm)。由于孔隙过小，水分的保存依靠极强的分子引力，因不能移动，不能被植物吸收利用，成为无效水。

  （2）毛管孔隙

毛管孔隙较无效孔隙粗，其当量直径范围为2～20m(0.002～0.02 mm)，这种孔隙具有明显的毛管作用，所以水分能借助毛管引力保存在孔隙中，并靠毛管引力向各个方向移动，且移动速度快，易于被植物吸收利用。

  （3）空气孔隙

空气孔隙是指孔径大于毛管孔隙的孔隙，即孔径＞20m(0.02 mm)。这类孔隙中的水分主要受重力支配而排出，因而使这部分孔隙成为空气的通道，故称之为空气孔隙或通气孔隙。

 3  孔隙半径R与土粒半径r的比例系数A的影响因素

由于土壤颗粒和孔隙复杂多样，要直接测定量度，目前还很困难。从国内外大量的文献中，单独讨论土壤颗粒大小和形状的资料很多，单独讨论土壤孔隙类型和大小的资料也很多，但是，讨论土壤颗粒与土壤孔隙大小比例的资料却寥寥无几。现在我们通过土壤结构数学模型，应用平面几何学的知识，研究土壤结构数学模型中孔隙半径R与土粒半径r之间的数量关系。    孔隙半径R与土粒半径r的比例系数A不是固定不变的，由土壤结构理论值附表1，我们可以得出以下几个结论：

①比例系数A的范围为0.4142～0.7013。

②100%的55式团粒比例系数A值最大为0.7013。

③100%的单粒比例系数A值最小为0.4142。

④100%的团粒组合中，比例系数A值随55式团粒的增加而增加，随45式团粒的增加而减少。100%的团粒组合比例系数A值有最大值，位于土壤结构理论值附表1的A值的最上一行。

⑤在单粒与团粒组合中，比例系数A随团粒的增加而增加。

⑥比例系数A只与土壤颗粒的组合排列方式有关，而与土壤颗粒大小无关。

 4  孔隙半径R与土粒半径r的比例系数A的用途

孔隙半径R与土粒半径r的比例系数A的大小能够反映土壤松紧程度，反映土壤中团粒结构的多少，反映土壤渗透率的大小。孔隙半径R与土粒半径r的比例系数A越大说明土壤通透性好，团粒结构多，土壤渗透率大，否则相反。孔隙半径R与土粒半径r的比例系数A的主要用途如下：

①确定水流距离I与路程L的数量关系。

②确定大土粒形成的大孔隙被小土粒填实的大土粒数量。

③确定某一个径级土粒形成的孔隙数量。

讨论这个问题涉及土壤物理5项参数：

A-比例系数；

ε-单粒百分含量；

δ-团粒百分含量；

β-55式团粒百分含量；

γ-45式团粒百分含量。