碳酸鈣含量對(duì)砂型土壤水分特征曲線的影響研究

李國(guó)翔 劉 冀,2 董曉華,2 唐慧雅 譚雪松

(1.三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院,湖北宜昌 443002;2.武漢大學(xué)水資源安全保障湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心,武漢430072;3.宜昌晟泰水電實(shí)業(yè)有限責(zé)任公司,湖北 遠(yuǎn)安 444200)

近年來(lái),巖溶地區(qū)土地石漠化問題越來(lái)越嚴(yán)重,受到普遍關(guān)注.因此,研究巖溶地區(qū)影響土壤持水能力的因素,探索其影響機(jī)理,并根據(jù)研究結(jié)果采取合理措施提高土壤持水能力具有重要意義.土壤水分特征曲線[1](soil water characteristic curve,SWCC)是用來(lái)表征非飽和土壤的基質(zhì)吸力與含水率的關(guān)系曲線,可以用來(lái)反映土壤的持水能力[2].研究某一因素對(duì)土壤水分特征曲線的變化影響,可以很直觀、準(zhǔn)確的獲得該因素對(duì)土壤持水能力的影響規(guī)律.

國(guó)內(nèi)外關(guān)于巖溶地區(qū)土壤持水能力的研究有很多.例如胡陽(yáng)[3]等通過(guò)野外取樣和室內(nèi)物理實(shí)驗(yàn),研究了廣西巖溶山區(qū)荒地、林地、草地、灌叢4種不同植被覆蓋下的土壤水分特征曲線,結(jié)果表明影響研究區(qū)土壤水分特征曲線的主導(dǎo)因素是非毛管孔隙度.蘇楊[4]等描述了土壤持水能力與土壤結(jié)構(gòu)、容重、土壤總孔隙度等土壤因素的相關(guān)性,并總結(jié)了3種土壤持水能力的分析方法,其中水分特征曲線法,表征相關(guān)性更為直接.Khattab[5]研究了用石灰處理過(guò)的三種不同狀態(tài)的膨脹土的土壤水分特征曲線,分析得出土壤持水能力受土壤壓實(shí)密度和有機(jī)質(zhì)含量的影響.

大部分關(guān)于影響巖溶地區(qū)土壤持水能力因素的研究,都是從宏觀角度去觀測(cè)分析的,比如土地利用變化、植株生物作用等對(duì)其影響,很少有從土壤的微觀結(jié)構(gòu)角度去研究該問題的.而土壤的持水能力實(shí)際上受土壤結(jié)構(gòu)、土壤粘粒、土壤總孔隙度等因素的顯著影響.因此,本文使用離心機(jī)和掃描電子顯微鏡(SEM)測(cè)量了不同碳酸鈣含量的土壤的SWCC曲線和微觀結(jié)構(gòu),從宏觀和微觀兩個(gè)角度分別分析了碳酸鈣對(duì)巖溶土壤持水能力的影響機(jī)理.

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本研究所用的儀器有:高速冷凍離心機(jī)、掃描電子顯微鏡(SEM)、電子天平、環(huán)刀、土壤滲析儀、游標(biāo)卡尺及烘干箱.試驗(yàn)所用離心機(jī)為GL-22M高速冷凍離心機(jī),其溫度控制范圍為-20～40℃,精度為±1℃;最高轉(zhuǎn)速為10 000 rpm;最大容量為100 m L×4.試驗(yàn)所用土壤為采自三峽大學(xué)校園的砂型土壤,土壤中不含碳酸鈣,采樣點(diǎn)為非巖溶地區(qū),可用于空白對(duì)照.取樣時(shí)選取多個(gè)取樣點(diǎn),按照隨機(jī)、等量和多點(diǎn)混合的原則進(jìn)行采樣,去除取樣點(diǎn)處的表層雜物挖取深度為0～30 cm間的土壤,取樣后將多個(gè)不同取樣點(diǎn)的樣品充分混合帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干,并使用密度計(jì)法分析土壤的粒徑級(jí)配,大塊土體碾碎后過(guò)2 mm篩備用.試驗(yàn)所用碳酸鈣粉末,其碳酸鈣含量為99.9%.平均粒徑為1～3μm.本試驗(yàn)通過(guò)混合碳酸鈣與砂型土壤來(lái)模擬巖溶地區(qū)的含鈣土壤,混合土壤試樣的基本物理性質(zhì)見表2.所用土壤和碳酸鈣粉末粒徑分析見表1.

表1 樣品粒徑級(jí)配

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 土壤水分特征曲線測(cè)定

離心機(jī)樣品盒體積為100 m L,盒中環(huán)刀高度為5.3 cm,裝樣時(shí)控制樣品在環(huán)刀中的高度為4 cm,測(cè)定出試樣總質(zhì)量為110 g.由于目前我國(guó)土壤的碳酸鈣含量大約在0～50%之間[6],碳酸鈣含量隨土層深度的增加而增加,其中淺層土壤的碳酸鈣含量為0～10%,中部土壤的碳酸鈣含量為10%～30%,深層土壤的碳酸鈣含量為30%以上,按照不同土層碳酸鈣含量的分界點(diǎn),試驗(yàn)之前將碳酸鈣粉末按10%、30%、50%3種不同質(zhì)量百分比含量與砂型土壤充分均勻混合.每種含量的混合試樣均設(shè)置兩組,兩組所測(cè)得的數(shù)據(jù)取平均值.將填裝好的樣品放入薄純水層中進(jìn)行飽和處理3 d,飽和水層厚5 mm.待樣品達(dá)到充分飽和狀態(tài)之后,取出環(huán)刀擦干外部的水分并稱重、記錄.此外設(shè)置一個(gè)空白對(duì)照組,不摻和碳酸鈣的110 g純砂型土壤,也在同樣的條件下飽和3 d并稱重、記錄.

試樣培養(yǎng)完成后,使用高速冷凍離心機(jī),設(shè)置25℃(常溫),并從小到大設(shè)置11個(gè)不同轉(zhuǎn)速,分別為500、1 000、1 500、2 000、3 000、4 000、5 000、6 000、7 000、8 000、9 000 rpm.根據(jù)尚熳廷[7]的研究,離心時(shí)間設(shè)置為100 min,每次旋轉(zhuǎn)完后從離心機(jī)中將環(huán)刀取出,用濾紙吸干環(huán)刀表面的水分后稱重,并用游標(biāo)卡尺多點(diǎn)多次測(cè)量試樣表面至環(huán)刀口的高度,取平均值,記錄離心后樣品的體積.由于離心機(jī)內(nèi)外存在溫差,因此每次離心之前需將試樣放入離心槽內(nèi)平穩(wěn)溫度20 min.待離心試驗(yàn)在11個(gè)轉(zhuǎn)速下完全結(jié)束后對(duì)試樣進(jìn)行烘干稱重、記錄.根據(jù)所測(cè)試樣質(zhì)量變化數(shù)據(jù)、離心機(jī)的轉(zhuǎn)速和試樣表面至環(huán)刀口的高度可計(jì)算出不同轉(zhuǎn)速下所對(duì)應(yīng)的試樣的吸力、質(zhì)量含水率和離心半徑,畫出每組試樣的土壤水分特征曲線.

1.2.2 容重、飽和導(dǎo)水率及田間持水量測(cè)定

不同碳酸鈣含量的土壤干容重(γ,g/cm3)用環(huán)刀烘干法[8]測(cè)量.將0%、10%、30%、50%4種不同碳酸鈣質(zhì)量百分比含量的土壤分別裝入到4個(gè)體積相同的環(huán)刀中,編號(hào)并放入烘干箱中烘干至恒重,烘干后稱量并計(jì)算出混合試樣的干質(zhì)量,再除以環(huán)刀體積即可得混合試樣的干容重γ.混合試樣的孔隙度(P,%)利用公式(1)換算得到.

其中體積質(zhì)量D取2.65 g/cm3.

混合試樣的飽和導(dǎo)水率(Ks,cm/s)用土壤滲析儀測(cè)定.土壤滲析儀使用定水頭入滲原理測(cè)定Ks,首先將4種不同碳酸鈣含量的混合試樣按其測(cè)定的容重分別裝入到4個(gè)規(guī)格相同的入滲筒中,試樣均裝入到入滲筒0刻度線處,以確保裝入試樣體積相同;然后將入滲筒放入純水中飽和試樣12 h以上,連接滲析儀的供水馬氏瓶,測(cè)定飽和試樣在單位水勢(shì)梯度作用下,單位時(shí)間t通過(guò)垂直于水流方向的單位面積試樣的水流通量Q;最后根據(jù)達(dá)西定律可計(jì)算出飽和導(dǎo)水率Ks,計(jì)算公式為:

其中,L為試樣在入滲筒中的厚度,均為11.5 cm;h為定水頭高度(cm);S為入滲筒截面面積,均為19.635 cm2.

混合試樣的田間持水量(FC,%)用環(huán)刀飽和法[9]測(cè)定.在測(cè)定試樣容重后,將裝滿試樣土壤的環(huán)刀放入5 mm深的純水中12 h,取出用濾紙包好環(huán)刀底面放在干沙上8小時(shí)后稱重并記錄,根據(jù)公式(3)可求得FC:

其中,m為試樣最大吸水后總質(zhì)量(g);V為環(huán)刀體積,99.94 cm3.

1.2.3 掃描電鏡觀測(cè)

使用掃描電鏡觀察土壤試樣,以便確定試樣的宏觀水分特性曲線與其微觀形態(tài)之間的關(guān)系.試驗(yàn)過(guò)程為,先將導(dǎo)電膠或雙面膠紙粘結(jié)在掃描電鏡的樣品座上,再取干燥的試樣少量,將其均勻地撒在導(dǎo)電膠或雙面膠紙上面,用洗耳球吹去未粘住的試樣,然后鍍上一層導(dǎo)電膜,最后用掃描電鏡觀察其微觀形態(tài).

1.3 土壤吸力的計(jì)算方法

把重力場(chǎng)的樣品放到離心力場(chǎng)中,是用離心機(jī)法測(cè)定土壤水分特征曲線的原理.在重力場(chǎng)中,H高度的水體受到重力加速度g作用.在離心場(chǎng)中,g的作用由離心加速度rω2代替(r為運(yùn)轉(zhuǎn)半徑,ω為角速度).在計(jì)算土壤吸力時(shí),需把離心場(chǎng)的勢(shì)能換算成重力場(chǎng)內(nèi)的毛管水勢(shì)ρg H,并以水頭高度H表示土壤吸力[10],見公式(4).

對(duì)公式(4)進(jìn)一步整理得:

式中,ρ為水的密度,ρ=1.0 g/cm3;n為轉(zhuǎn)速(r/min);r0為轉(zhuǎn)子中心到離心盒底的距離,r0=89.5 mm;h為中心土樣的高度.

公式(5)計(jì)算時(shí)沒有考慮離心過(guò)程中中心土樣高度h的變化,會(huì)使計(jì)算的土壤吸力值偏小.為獲得更準(zhǔn)確的SWCC曲線,就必須考慮離心過(guò)程中中心土樣高度h的變化對(duì)吸力的影響.l0為離心盒(去蓋后)高度,l0=5.3 cm;h'為離心盒(去蓋后)頂端到土樣表面的距離.將其代入式(4)可得修正公式(6):

1.4 VG模型參數(shù)測(cè)量與擬合方法

VG(Van Genuchten)模型在1980年被初次提出,由于其不僅能夠表征整個(gè)壓力水頭范圍內(nèi)的水分特征數(shù)據(jù),而且該公式能適用于大多數(shù)土壤質(zhì)地類型,因此在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用,其具體表達(dá)形式為公式(7):

式中,θ為質(zhì)量含水率(g/g);θs為飽和質(zhì)量含水率(g/g),飽和含水率θs是土壤吸力等于0時(shí)的含水率,即土壤水分特征曲線與橫坐標(biāo)的交點(diǎn)值,θs的數(shù)值可以通過(guò)測(cè)量得到,見表2;θr為殘余質(zhì)量含水率(g/g),殘余含水率θr是水分特征曲線導(dǎo)數(shù)等于0時(shí)的土壤含水率,即dθ/d h=0時(shí)的土壤含水率,θr的數(shù)值可以通過(guò)測(cè)量得到,見表2.h為水的負(fù)壓或土壤吸力(cm);?、n、m為表示土壤水分特征曲線形狀的參數(shù),其中?是土壤進(jìn)氣吸力的相關(guān)參數(shù),一般認(rèn)為?=1/hd,hd為土壤進(jìn)氣吸力[11].

VG模型雖然只是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?但其中的4個(gè)參數(shù)都具有較強(qiáng)的物理意義.其中的飽和質(zhì)量含水率θs可用物理實(shí)驗(yàn)測(cè)量,本文所用的方法為,首先烘干試樣至恒重,稱量并記錄其質(zhì)量m1,然后使試樣充分飽和至恒重,稱量并記錄其質(zhì)量m2,(m2-m1)/m1即為試樣的飽和質(zhì)量含水率.殘余質(zhì)量含水率θr一般取凋萎點(diǎn)處的含水率,即用凋萎系數(shù)作為試樣的殘余含水率.本文用Dahiya等推薦的壓力膜儀法[12]測(cè)定θr的值,在施加1.5 MPa壓強(qiáng)下對(duì)應(yīng)的含水率即為凋萎含水率.θs和θr的值也可以使用公式(7)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合得到.VG模型中的?、n、m為表示土壤水分特征曲線形狀的參數(shù),沒有辦法實(shí)測(cè),只能通過(guò)對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的曲線擬合得到.

VG模型是一個(gè)非線性函數(shù),本文使用Matlab的具有最小二乘意義的非線性擬合函數(shù)lsqcurvefit進(jìn)行曲線擬合.曲線擬合函數(shù)首先調(diào)用VG模型的目標(biāo)函數(shù),然后設(shè)置4個(gè)參數(shù)的初始值及初始值的上下邊界值,最后將土壤吸力和質(zhì)量含水率的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為輸入,輸出4個(gè)參數(shù)的模擬值及擬合曲線.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同碳酸鈣含量對(duì)土水特征曲線的影響

使用離心機(jī)測(cè)得的含不同碳酸鈣含量的土壤水分特征曲線如圖1所示.從圖1可見,隨著土壤中碳酸鈣含量的增加,水分特征曲線顯著向左移動(dòng),即土壤含水率下降,持水能力降低.說(shuō)明碳酸鈣含量的增加顯著降低土壤的持水能力.

圖1 試樣水分特征曲線實(shí)測(cè)與模擬情況

在試驗(yàn)測(cè)定的土壤含水率和基質(zhì)吸力數(shù)據(jù)點(diǎn)的基礎(chǔ)上,使用VG模型對(duì)SWCC曲線進(jìn)行擬合,結(jié)果如圖1所示.擬合所得的各參數(shù)值見表2.

表2 試樣物理性質(zhì)及VG模型參數(shù)擬合情況

從圖1擬合的結(jié)果看,實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與擬合曲線吻合度較高,實(shí)測(cè)和計(jì)算質(zhì)量含水率的殘差平方和范數(shù)也較小,均小于0.000 1,誤差值很小,說(shuō)明試驗(yàn)結(jié)果可信度高.由表2可見,由VG模型確定的參數(shù)θs和θr與實(shí)測(cè)值也都較吻合.本文根據(jù)VG模型擬合的θr取值范圍為0.043～0.056 4,而實(shí)測(cè)該土樣的殘余含水率為0.038～0.051,兩者比較接近.由VG模型擬合的θs取值范圍為0.291 8～0.411 9,而實(shí)測(cè)試樣的飽和含水率為0.30～0.40,兩者也比較接近.說(shuō)明VG模型也適用于巖溶地區(qū)土壤水分特征曲線的擬合,隨著土壤中碳酸鈣含量的增加,土壤飽和含水率的實(shí)測(cè)值和擬合值都降低,殘余含水率的實(shí)測(cè)值和擬合值都增加.由VG模型擬合的?值取值范圍為0.022 4～0.811 2,參數(shù)?是土壤進(jìn)氣吸力的相關(guān)參數(shù),?值隨土壤中碳酸鈣含量的增加而減小,表明土壤進(jìn)氣吸力在增大,也即試樣的通氣性增加,而持水能力減小.形狀參數(shù)n的大小決定著土壤水分特征曲線的坡度,坡度也即曲線的變化速率.由表2可見,n值取值范圍為1.193 2～1.653 9,隨著土壤中碳酸鈣含量的增加,n值在增大,表明試樣水分特征曲線的坡度在增加,碳酸鈣含量對(duì)土壤水分特征曲線的影響更顯著.

2.2 碳酸鈣含量對(duì)試樣田間持水量及飽和導(dǎo)水率的影響

通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)測(cè)定的混合試樣的容重、孔隙度、飽和導(dǎo)水率以及田間持水量見表3.每種碳酸鈣含量的試樣設(shè)置3組,對(duì)每種混合試樣重復(fù)3次測(cè)定上述4個(gè)基本物理量,每個(gè)物理量的3組數(shù)據(jù)最后取平均值.

表3 混合試樣4個(gè)基本物理量的測(cè)定情況

為了分析試樣容重與試樣田間持水量和飽和導(dǎo)水率之間的關(guān)系,根據(jù)表3繪出混合試樣飽和導(dǎo)水率和田間持水量隨試樣容重變化的曲線圖,如圖2所示.

圖2 混合試樣飽和導(dǎo)水率和田間持水量隨容重變化曲線

從表3可見,隨著土壤中碳酸鈣含量的增加,土樣的容重在逐漸增大,孔隙度、田間持水量、飽和導(dǎo)水率逐漸減小.飽和導(dǎo)水率的大小與土樣的質(zhì)地、容重、孔隙分布以及有機(jī)質(zhì)含量等因素有關(guān),它是表征土壤入滲能力的重要參數(shù),是反映土壤涵養(yǎng)水分和抗侵蝕能力的重要指標(biāo)[13].當(dāng)土壤碳酸鈣含量增大后,容重變大,土壤變得密實(shí),孔隙變小,孔隙度減少.而水分在通過(guò)土壤孔隙時(shí)除了受到重力作用向下運(yùn)動(dòng)外,還同時(shí)受到土壤顆粒間的毛管吸力的阻礙作用.土壤顆粒之間接觸越緊密,土壤孔隙就越小,這時(shí)土壤顆粒間的毛管吸力也就越大,所以水分在碳酸鈣含量大的土壤中下滲速率變慢.由表3可見,隨著土壤中碳酸鈣含量的增加,土樣飽和導(dǎo)水率逐漸減小,水分在土體內(nèi)運(yùn)動(dòng)變得困難,土樣的持水能力逐漸變?nèi)?

田間持水量是指在田間自然狀況下土壤所保持的最大持水量,是體現(xiàn)土壤保持水分能力的一種基本性質(zhì)[14].由表3可見,隨著土壤中碳酸鈣含量的增加,土樣的田間持水量逐漸減小,這說(shuō)明土樣保持水分的能力在減弱.從圖2可見,土樣容重對(duì)土樣飽和導(dǎo)水率和田間持水量的影響很大,隨著土樣容重的增大,土樣飽和導(dǎo)水率和田間持水量都在減小,即持水能力減弱,這與前面碳酸鈣對(duì)土壤水分特征曲線的影響結(jié)果一致.

2.3 混合試樣微觀結(jié)構(gòu)觀測(cè)

土壤微觀結(jié)構(gòu)決定了其宏觀性狀,為了進(jìn)一步揭示碳酸鈣的存在對(duì)土壤水分特征曲線影響的微觀機(jī)理,本文使用掃描電子顯微鏡觀察了純碳酸鈣粉末、純土壤、以及不同混合比例的試樣的微觀結(jié)構(gòu).

在800倍掃描電子顯微鏡視場(chǎng)中,試驗(yàn)所用純碳酸鈣粉末呈表面光滑且不規(guī)則的晶體結(jié)構(gòu),晶粒之間存在較大的孔隙(如圖3所示);而純砂型土壤,則呈現(xiàn)板結(jié)狀態(tài),并且土壤孔隙相對(duì)碳酸鈣晶體較小(如圖4所示),土粒之間密集的聚集在一起.將純碳酸鈣粉末與純土壤按不同質(zhì)量百分比混合在一起培養(yǎng)數(shù)天后,在電子顯微鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)兩種物質(zhì)的混合改變了土壤原有的板結(jié)狀態(tài).隨著碳酸鈣含量的增加,土壤中出現(xiàn)的碎小顆粒逐漸增多,且形狀極不規(guī)則,大小不一(如圖5～7所示).這些碎小顆粒的出現(xiàn),使得原土壤的大孔隙明顯變大變多.土壤中碎小顆粒的表面并不是光滑的,而是呈粗糙褶皺狀,這是碳酸鈣粉末與土壤顆粒發(fā)生機(jī)械結(jié)合的結(jié)果[15].

圖3 純碳酸鈣粉末掃描電鏡照片(800×)

圖4 純砂型土壤掃描 電鏡照片(800×)

圖5 含10%碳酸鈣混合試樣掃描電鏡照片(800×)

圖6 含30%碳酸鈣混合試樣 掃描電鏡照片(800×)

圖7 含50%碳酸鈣混合試樣掃描電鏡照片(800×)

圖8 含10%碳酸鈣自然界巖溶土掃描電鏡照(800×)

土壤的持水能力是許多因素綜合作用的結(jié)果.在石灰性土壤中,碳酸鈣含量是影響土壤持水性及孔性的一個(gè)重要的因素[16].具體來(lái)說(shuō),在純砂型土壤中添加碳酸鈣后,由于鈣離子與土壤膠體都具有較強(qiáng)的吸附能力,鈣離子呈陽(yáng)性,土壤顆粒呈陰性.碳酸鈣將土壤中粉粒與粘粒等膠結(jié)在一起,與土粒聚集形成穩(wěn)定的團(tuán)粒結(jié)構(gòu),使土壤的小孔隙減少,大孔隙增多,總孔隙度降低,這是團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的一大特點(diǎn)[17].土壤通過(guò)小孔隙的毛管引力保持水分,大孔隙則有利于土壤通氣.

在掃描電子顯微鏡視場(chǎng)中,隨著土壤中碳酸鈣含量的增加,混合土樣中的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)增多,則土壤的小孔隙逐漸減少,大孔隙逐漸增多,導(dǎo)致土壤持水能力減弱,通氣能力增強(qiáng).含10%碳酸鈣的土樣,其團(tuán)粒結(jié)構(gòu)較少,持水能力相對(duì)較強(qiáng),將其與自然界中約10%碳酸鈣含量的巖溶土(如圖8所示)對(duì)比,在800倍掃描電子顯微鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)土樣中都含有很多碎小顆粒,結(jié)構(gòu)大致相同,最大的差異在于混合土樣的碎小顆粒表面呈褶皺狀,而自然界中巖溶土樣的碎小顆粒表面呈蜂窩狀.后者表面呈蜂窩狀是碳酸鹽巖溶蝕風(fēng)化的結(jié)果.這說(shuō)明土壤中碳酸鈣的來(lái)源,不僅僅是母巖或礦物風(fēng)化、風(fēng)塵攜入等物理鈣積過(guò)程[18],還有土-巖界面發(fā)生巖溶反應(yīng),碳酸鹽巖不斷溶蝕淀積在土壤中的化學(xué)鈣積過(guò)程.在本研究中,向砂型土壤里摻加碳酸鈣沒有考慮復(fù)雜的化學(xué)溶蝕淀積過(guò)程,所以實(shí)驗(yàn)結(jié)果只能初步說(shuō)明物理鈣積過(guò)程對(duì)土壤水分特征曲線的影響.

3 結(jié) 論

本研究使用離心機(jī)和掃描電子顯微鏡(SEM)測(cè)量了不同碳酸鈣含量的土壤的SWCC曲線和微觀結(jié)構(gòu),并對(duì)VG模型中的參數(shù)進(jìn)行了擬合,還通過(guò)物理實(shí)驗(yàn)測(cè)定了不同碳酸鈣含量的土壤的容重、孔隙度、田間持水量以及飽和導(dǎo)水率4個(gè)物理量,從宏觀和微觀兩個(gè)角度分別分析了碳酸鈣對(duì)巖溶土壤持水能力的影響效果.試驗(yàn)結(jié)果表明碳酸鈣對(duì)土壤水分特征曲線、容重、孔隙度、田間持水量以及飽和導(dǎo)水率都有很顯著的影響,進(jìn)而影響著土壤的持水性能.

具體而言,隨著土壤中碳酸鈣含量的增加,土樣的容重在逐漸增大,孔隙度、田間持水量、飽和導(dǎo)水率逐漸減小,并且在相同土壤吸力下,土壤含水率也在下降,持水能力降低.在高倍掃描電子顯微鏡下觀察,發(fā)現(xiàn)隨著土壤中碳酸鈣含量的增加,混合土樣中的團(tuán)粒結(jié)構(gòu)增多,土樣的小孔隙逐漸減少,大孔隙逐漸增多.

VG模型作為土壤水分特征曲線的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?能廣泛適用于大多數(shù)土壤情況.本文對(duì)試驗(yàn)土樣水分特征曲線采用VG模型進(jìn)行擬合,發(fā)現(xiàn)其擬合結(jié)果較好,說(shuō)明VG模型也適用于巖溶地區(qū)土壤水分特征曲線的擬合.由于本研究沒有考慮碳酸鈣復(fù)雜的溶蝕淀積過(guò)程,試驗(yàn)結(jié)果只用于說(shuō)明物理鈣積過(guò)程對(duì)土壤水分特征曲線的影響,而土壤中碳酸鈣的成因是多種方式共同產(chǎn)生的結(jié)果,所以在本文研究的基礎(chǔ)上,還需進(jìn)一步研究碳酸鈣在土壤顆粒上的化學(xué)沉淀過(guò)程對(duì)土壤水分特征曲線的影響.

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