土壤的初始含水率及容重对其入渗特性的影响

摘要：为了深入分析与了解不同有机质含量、不同容重的土壤对污染水体土壤入渗特性所造成的一系列影响，本文开展了土壤入渗试验，分析结论显示：对于质地相同、但有机质含量不同的土壤，容重对土壤入渗特性所造成的影响存在较大差异，高有机质含量土壤受到的影响最为严重;对于高有机质含量土壤而言，当容重明显增大时，土壤湿润深度、累积入渗量均出现明显降低，稳定入渗率以乘幂的形式降低;而低有机质含量土壤，虽然入渗率、累积入渗量等参数会随容重显著增加而有所减小，但其减小量十分微小，其稳定入渗率呈平缓线性降低。

关键词：土壤有机质;容重;土壤水分入渗特性

中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）08-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.08.074

Effects of initial moisture content and bulk density on soil infiltration characteristics

Long Zhe

（Yueyang Environmental Protection Bureau Environmental Monitoring Center，Yueyang Hunan 414000，China）

Abstract：In order to deeply analyze and understand the effects of soils with different organic matter content and different bulk density on soil infiltration characteristics of polluted water bodies，this paper carried out soil infiltration test.The analysis results show that for the same texture but different organic matter content Soil and bulk density have great influences on soil infiltration characteristics.Soils with high organic matter content are most seriously affected.For soils with high organic matter content，when soil bulk density increases significantly，soil wet depth and cumulative infiltration amount Both of them have a significant decrease，and the stable infiltration rate decreases in the form of power.However， in the soil with low organic matter content，although the infiltration rate and cumulative infiltration amount will decrease with the increase of the volume，the reduction is very large. Small，its stable infiltration rate is flat and linearly reduced.

Key words：Soil organic matter;Bulk density;Soil moisture infiltration characteristics

土壤容重是衡量土壤質量的一个重要物理参数，与土壤的各方面参数，如入渗特性、透气性能、溶质迁移特性等，均存在十分密切的关联。温以华以相关理论为重要指导，通过多次室内试验分析与理论论证得出，在质地完全相同、容重不同的条件之下，当容重显著降低时，水动力弥散系数也会随之减小。时新玲等诸多知名专家与学者通过试验分析的方式针对容重对土壤的影响展开了相关分析，结果表明，非水相流体在土壤中的入渗特性会随着土壤容重的变化而发生改变。在过去，关于环境监测、土壤物理方面的研究均少对土壤容重变化方面进行性考虑，导致污染水体对土壤的入渗率判断上往往产生比较大的误差。基于此因，本文借助室内、室外和模拟试验等方式从不同层面、不同维度研究分析了土壤不同容重对一维垂直积水入渗特征量所产生的一系列影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

图1 膜孔灌自由入渗装置

（1.土箱;2.土面;3.湿润锋;4.马氏瓶;5.供水管;6.膜孔装置;7.1/4膜孔）

为了从更深层次、更广层面对多因素共同作用下水质污染下，对土壤自由入渗特性进行研究分析，本文借助点源人工入渗装置开展了相关试验。利用厚度为10mm的有机玻璃，按照长宽高尺寸为24cm、20cm、30cm的尺寸，加工一个箱子，同时把1/4膜孔面积水室当做点源，放置在土箱任意一角，从而可以对湿润锋运运移进行清晰观察。另外，利用5cm厚的有机玻璃制作入渗点源水室，根据马氏瓶对水室水头进行合理调整。在试验过程中，主要借助马氏瓶实现自动供水的要求，其中马氏瓶对高、内径分别为90cm、9cm，实验装置如下图1所示。

1.2 试验方法

试验过程中所运用到的土均是来源于田间地表，然后进行风干化处理，再利用2mm大小的筛子进行过滤，按照试验需求，制备符合要求的土壤初始含水率。借助激光粒度分析仪对土壤颗粒进行全面、仔细检测，并根据国际标准对土壤颗粒进行分类，即分为壤黏土、粉黏土、黏壤土等。开展试验的过程中，必须要确保1/4膜孔处于土箱的垂直角位置;遵循先密后疏的基本原则，借助马氏瓶读取累积入渗两量。因试验中所选用的风干土的土壤颜色比较暗淡，因而湿润过后，其颜色会发生变化，即渐渐加深。

1.3 试验设计

主要考量和分析水体通过膜孔的渗入特性等五方面影响因素，分别为入渗时间、黏粒含量、压力水头、初始含水率、土壤容重。对于前4个，取3个水平，按照正交试验要求，设计9组试验进行分析处理，此外再设计3组处理对试验进行再次验证，一共进行12组试验。验证实验样土分别来源于三种有机质，即粉黏土、壤黏土、黏壤土。

1.4 数据处理与分析

借助Excel2003、SPSS17.0分析软件，结合实际情况对数据进行综合性处理，同时对基于不同因素、不同处理水平下的不同测定指标展开全面、深入的方差分析。通过最小显著性差异法（LSD）围绕差异显著性，对不同水平、不同因素进行对比分析;通过多远线性回归法从不同层面、不同维度对含有不同因素的模型进行综合性回归分析，并借助Z-Score标准化方法，对有关信息数据进行标准化、多元化处理分析，进而从根源上彻底解决不同组数据量纲、数量级而产生的一系列问题。

2 结果与分析

图2 不同试验处理的单位膜孔面积累积入渗量曲线

通过对图2进行仔细观察与分析可知，随着入渗时间的推移，单位模孔面积累计入渗量也会渐渐增加。当处于同一入渗时间下，不同组别试验的单位模孔面积累计入渗量存在显著差异，由此可见，不同因素对单位膜孔面积累积入渗量所产生的影响程度各不相同。为了可以从更深层次、更广范围了解不同因素对单位膜孔面积累积入渗量所造成的影响，围绕其开展了多因素、多元化的方差分析。对单位膜孔面积累积入渗量造成影响因素包括多种，其中入渗时间、黏粒含量、土壤容重是影响最最大的三个，即P<0.01，之所以会产生此种情况，主要是因为土壤容重会受到孔隙的严重影响，从本质层面充分反映气相比例、土壤紧实度，土壤的主要构成单元便是黏粒含量，其具有较大的表面积，因而拥有十分强劲的吸附能力，从而对土壤中的水流速造成十分严重的影响。与此同时，细小黏粒对孔隙具有填充作用，同时也会对土壤中的水流通造成严重影响，即具有阻挡作用，因此土壤入渗能力必定会受到黏粒含量、土壤容重的严重影响，该点同文献结论完全相同。本文在研究分析的过程中，把黏粒含量认定为一个十分重要的研究因素;单位膜孔面积累积入渗量在初始含水率的影响下会发生变化（P<0.05），该点同研究分析结论完全相同，土壤溶液、胶体颗粒上的吸附离子数量会首先受到土壤初始含水率的严重影响，从而进一步对土壤入渗特性造成影响，但是研究结果表明，无论是初始含水率为12%，还是为8%、16%，单位膜孔面积累积入渗量均不会发生较大变化（P>0.05），该现象表明土壤初始含水率并不会因土壤入渗能力的强弱而发生较大变化。当初始含水率处在一个很小的变化范围之内时，土壤含水率对土壤入渗能力所造成的影响完全可以忽略不计。Hawke、Liu等诸多知名专家与学者主张认为，当初始含水率出现增加时，那么入渗能力、饱和导水率均会明显减小;刘目兴、张俊等诸多专家与学者通过大量的研究分析发现，当初始含水率明显增加时，土壤非饱和能力、非饱和能力也会随之增强。膜孔面积累积入渗量并不会因压力水头的不同而发生较大变化（P>0.05），当压力水头分别为2cm、5cm、8cm时，单位膜孔面积累积入渗量并无较大差异，产生此种情况的主要原因是由于在膜孔渗入土壤的过程中，如果水深通过控制在2～8cm之间，入渗能力并不会因此受到较大影响，该点与文献研究分析结论完全相同。孙存喜针對马氏瓶自动供水泥沙沉降问题展开了探析，并借助双环入渗仪开展浑水入渗试验，但是时常忘记压力水头对入渗所造成的一系列影响，因而选用量筒法进行人工供水。

3 结论

（1）在土壤质地完全相同的条件下，有机质含量分别为低、中、高三种不同情况时，容重会显著增加，土壤对污染水体的累积入渗量、湿润深度等各方面均会因此产生重大变化，其中对高有机质含量土壤所造成的影响最显著;当容重增加时，低有机质含量土壤的湿润深度、累积入渗了量也会出现减小的情况，但是影响程度十分微弱，基本可以忽略不计;

（2）在高有机质含量之下，当容重增加时，水体对土壤稳定入渗率以乘幂形式降低，但是低有机质含量土壤则与此不同，其下降趋势平缓;

（3）对于高有机质含量土壤而言，容重变化对其会产生十分严重的影响，处在同一时间条件之下时，当容重显著增加时，水体对土壤的入渗率将会明显减小，但是对于低、中有机质含量土壤而言，当容重增加量一致时，入渗率变化范围更小;

（4）借助Philip模型、Green—Ampt模型展开模拟分析，结果表明，基于不同容重与有机质含量的土壤饱和导水率同实际测量值一致。

参考文献

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收稿日期：2019-03-21

作者简介：龙哲（1970-），男，苗族，大专，工程师，研究方向为环境治理和环境监测。