基本信息
- 项目名称：
- 土壤润湿性能对滞后效应的影响研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 不同种类的天然土壤润湿性能有很大差别，土壤润湿性对污染物在土壤中的迁移转化，以及土壤对污染物的吸附会产生明显影响。本论文主要以石英砂为介质，对其进行改性，模拟不同润湿性能的天然土壤，并避免了土壤类型的差异导致的粒径差异对土壤水分特征曲线产生的影响，从而分析土壤润湿性对于土壤滞后效应产生的影响，以及土壤润湿性能对污染物的迁移转化可能带来的影响。
- 详细介绍：
- 土壤斥水性（Water-repellence）是指水分不能或者很难湿润土壤颗粒表面的物理现象。具有斥水性的土壤称为斥水土壤（water-repellent soil）。世界各地都发现斥水土壤，这种土壤不能或很难被水湿润，以致种子不能发芽造成农业减产,植被不能生长造成风蚀水蚀引起土地退化。因而，对于多孔介质的润湿性的研究非常有必要。近年来，关于土壤润湿性对溶质运移的影响已成为一个研究热点。Ritsema and Dekker等的研究显示，斥水性土壤会导致土壤水分运动优先流的形成[1、2]；O'Carroll等报道了润湿性对土壤中有机污染物迁移的影响[3]。此外，多孔介质润湿性能对于溶质吸附的影响在采油、污染土壤修复等相关文献资料都进行了大量的研究探讨。 土壤水分特征曲线是进行相关数学模拟的一个重要因素，在进行土壤水分和溶质运移机制与过程研究时必不可少，但是对同种土壤，在恒温条件下测得的水分特征曲线并不是单一的曲线，或者说吸力和含水量的关系不是单值单数，在土壤的吸湿过程中和脱湿过程中测得的土壤水分特征曲线不同，这种现象称为土壤水特征曲线的滞后现象[4]。本文主要通过硅烷化方法制备了一种改性石英砂，并测定了普通石英砂和改性石英砂的土壤水分特征曲线，分析土壤润湿性对土壤水分特征曲线特别是滞后现象的影响。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 本论文主要以石英砂为介质，对其进行改性，模拟不同润湿性能的天然土壤，并避免了土壤类型的差异导致的粒径差异对土壤水分特征曲线产生的影响，从而分析土壤润湿性对于土壤滞后效应产生的影响，以及土壤润湿性能对污染物的迁移转化可能带来的影响。
科学性、先进性及独特之处
- 世界各地都发现斥水土壤，这种土壤常造成农业减产，引起土地退化。但是，关于土壤润湿性能对土壤中溶质的迁移、吸附的研究还很少见，特别是土壤润湿性能对土壤水分特征曲线产生的影响还未见报道。我们设计采用改性石英砂模拟天然土壤，既考虑到润湿性的差异，又避免了粒径和土壤容重的影响，可以充分反应土壤润湿性对于土壤水分特征曲线，特别是滞后效应产生的影响。
应用价值和现实意义
- 为研究土壤污染提供有关参数，对研究污染物在土壤中的迁移转化有重要意义。
学术论文摘要
- 随着人们对地下环境质量的日益关注，监测和管理化学物质在非饱和土壤中的运移行为已成为多个学科的研究热点。数值模型是这个领域中广泛采用的研究手段。这些模型通常需要大量的输入参数，土壤水分特征曲线就是其中最为重要的参数之一。测定土壤水分特征曲线的方法大体上分为两类：经验法和间接法。本文以石英砂为介质，对其进行改性，模拟不同润湿性能的天然土壤，同时避免土壤类型的差异导致的粒径差异对土壤水分特征曲线产生的影响，从而分析土壤润湿性对于土壤水分特征曲线产生的影响。
获奖情况
- 无
鉴定结果
- 申报情况真实
参考文献
- 1. Ritsema CJ, Dekker LW (1994) Water Res Research 30:2519 2. Ritsema CJ, Dekker LW (1996) Aus J Soil Research 34:475 3 O'Carroll DM, Bradford SA, Abriola M (2001) J Contam Hydrol 73:39 4 钱天伟，饱和-非饱和土壤污染物运移[M]，中国环境科学出版社，2007 5 沈冬梅，肖举强，陈晓娟，高度法和压力法测定粉末接触角的比较，硫磷设计与粉体工程，2007年第1期 6 程金茹, 郭择德等. 非饱和土壤特性参数获取方法， 水文地质工程地质, 1996, 23( 2)
同类课题研究水平概述
- “人口、粮食、资源、环境”已成为全球性问题之一, 土壤作为这些问题的中枢环节而倍受重视。现阶段, 土壤中水分和溶质运移已成为土壤学研究的热点之一。多年来, 许多专家一直致力于土壤中水分和溶质运移理论及模型的研究。水分特征曲线作为这些模拟的基础参数,也同样越来越受到关注。 尽管目前人们已经发展了多种室内和田间实验手段来测定水分特征曲线，但绝大多数方法实验结果常存在明显的不确定性，土壤在水平向和垂向的空间变异性也限制了直接测定方法在实际工作中的应用。因此，在更为便捷和精确的实验技术出现之前，需要寻求替代直接实验的其它方法来预测这一重要的土壤水力性质。多研究表明，在低压力水头时(0～100kPa)，水分的持留主要依赖于土壤结构和孔径分布，受到容重和孔隙度等的强烈影响。而在高压力水头范围（大于100kPa）， 土壤水的保持主要是由于吸附作用，因此影响土壤比表面积的性质如质地、有机质含量以及粘土矿物等成为主要的影响因素。土壤润湿性由于各地斥水性土壤的报道不断出现越来越受到广泛关注,斥水性土壤和一般的亲水性土壤不同,其土壤水分运动更易形成优先流,如果斥水性土壤受到污染,污染物会很容易扩散到地下水中。目前关于润湿性对土壤水分特征曲线的影响还未见报道。 目前解析形式的水分特征曲线经验公式已得到广泛的应用。这是因为这种形式的函数可根据有限的实测数据点估计完整的水分特征曲线，便于在各种计算机模型中采用，而且许多间接方法也是根据这些经验公式的参数与土壤基本性质之间的相关关系建立起来的。更为重要的是，它可以结合统计的孔径分布模型来预测非饱和水力传导率。按照其数学形式，描述水分特征曲线的经验公式可以分成4类，即指数型、幂函数型、多项式型和误差函数型。其中较多采用的是幂函数形式的经验公式。为了更好地描述接近饱和时的水分特征曲线, 人们又提出了几种光滑函数。虽然它们能够更精确地描述整个水分特征曲线, 但大多数方法由于数学形式过于复杂等原因, 难以在实际问题中得到广泛应用。而van Genuchten提出的经验公式不仅能够表征整个压力水头范围内的水分特征数据, 还可方便地利用统计孔径分布模型来估计水力传导率, 因此在土壤水研究中比较流行。 除上述常用的公式外,文献中还提出了大量的水分特征曲线经验方程。但对这些经验公式的系统评价目前尚不多见。
