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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 土壤潤(rùn)濕性能對(duì)滯后效應(yīng)的影響研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 生命科學(xué)
- 大類(lèi)：
- 自然科學(xué)類(lèi)學(xué)術(shù)論文
- 簡(jiǎn)介：
- 不同種類(lèi)的天然土壤潤(rùn)濕性能有很大差別，土壤潤(rùn)濕性對(duì)污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化，以及土壤對(duì)污染物的吸附會(huì)產(chǎn)生明顯影響。本論文主要以石英砂為介質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行改性，模擬不同潤(rùn)濕性能的天然土壤，并避免了土壤類(lèi)型的差異導(dǎo)致的粒徑差異對(duì)土壤水分特征曲線(xiàn)產(chǎn)生的影響，從而分析土壤潤(rùn)濕性對(duì)于土壤滯后效應(yīng)產(chǎn)生的影響，以及土壤潤(rùn)濕性能對(duì)污染物的遷移轉(zhuǎn)化可能帶來(lái)的影響。
- 詳細(xì)介紹：
- 土壤斥水性（Water-repellence）是指水分不能或者很難濕潤(rùn)土壤顆粒表面的物理現(xiàn)象。具有斥水性的土壤稱(chēng)為斥水土壤（water-repellent soil）。世界各地都發(fā)現(xiàn)斥水土壤，這種土壤不能或很難被水濕潤(rùn)，以致種子不能發(fā)芽造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn),植被不能生長(zhǎng)造成風(fēng)蝕水蝕引起土地退化。因而，對(duì)于多孔介質(zhì)的潤(rùn)濕性的研究非常有必要。近年來(lái)，關(guān)于土壤潤(rùn)濕性對(duì)溶質(zhì)運(yùn)移的影響已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。Ritsema and Dekker等的研究顯示，斥水性土壤會(huì)導(dǎo)致土壤水分運(yùn)動(dòng)優(yōu)先流的形成[1、2]；O'Carroll等報(bào)道了潤(rùn)濕性對(duì)土壤中有機(jī)污染物遷移的影響[3]。此外，多孔介質(zhì)潤(rùn)濕性能對(duì)于溶質(zhì)吸附的影響在采油、污染土壤修復(fù)等相關(guān)文獻(xiàn)資料都進(jìn)行了大量的研究探討。 土壤水分特征曲線(xiàn)是進(jìn)行相關(guān)數(shù)學(xué)模擬的一個(gè)重要因素，在進(jìn)行土壤水分和溶質(zhì)運(yùn)移機(jī)制與過(guò)程研究時(shí)必不可少，但是對(duì)同種土壤，在恒溫條件下測(cè)得的水分特征曲線(xiàn)并不是單一的曲線(xiàn)，或者說(shuō)吸力和含水量的關(guān)系不是單值單數(shù)，在土壤的吸濕過(guò)程中和脫濕過(guò)程中測(cè)得的土壤水分特征曲線(xiàn)不同，這種現(xiàn)象稱(chēng)為土壤水特征曲線(xiàn)的滯后現(xiàn)象[4]。本文主要通過(guò)硅烷化方法制備了一種改性石英砂，并測(cè)定了普通石英砂和改性石英砂的土壤水分特征曲線(xiàn)，分析土壤潤(rùn)濕性對(duì)土壤水分特征曲線(xiàn)特別是滯后現(xiàn)象的影響。
作品專(zhuān)業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 本論文主要以石英砂為介質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行改性，模擬不同潤(rùn)濕性能的天然土壤，并避免了土壤類(lèi)型的差異導(dǎo)致的粒徑差異對(duì)土壤水分特征曲線(xiàn)產(chǎn)生的影響，從而分析土壤潤(rùn)濕性對(duì)于土壤滯后效應(yīng)產(chǎn)生的影響，以及土壤潤(rùn)濕性能對(duì)污染物的遷移轉(zhuǎn)化可能帶來(lái)的影響。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 世界各地都發(fā)現(xiàn)斥水土壤，這種土壤常造成農(nóng)業(yè)減產(chǎn)，引起土地退化。但是，關(guān)于土壤潤(rùn)濕性能對(duì)土壤中溶質(zhì)的遷移、吸附的研究還很少見(jiàn)，特別是土壤潤(rùn)濕性能對(duì)土壤水分特征曲線(xiàn)產(chǎn)生的影響還未見(jiàn)報(bào)道。我們?cè)O(shè)計(jì)采用改性石英砂模擬天然土壤，既考慮到潤(rùn)濕性的差異，又避免了粒徑和土壤容重的影響，可以充分反應(yīng)土壤潤(rùn)濕性對(duì)于土壤水分特征曲線(xiàn)，特別是滯后效應(yīng)產(chǎn)生的影響。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 為研究土壤污染提供有關(guān)參數(shù)，對(duì)研究污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化有重要意義。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 隨著人們對(duì)地下環(huán)境質(zhì)量的日益關(guān)注，監(jiān)測(cè)和管理化學(xué)物質(zhì)在非飽和土壤中的運(yùn)移行為已成為多個(gè)學(xué)科的研究熱點(diǎn)。數(shù)值模型是這個(gè)領(lǐng)域中廣泛采用的研究手段。這些模型通常需要大量的輸入?yún)?shù)，土壤水分特征曲線(xiàn)就是其中最為重要的參數(shù)之一。測(cè)定土壤水分特征曲線(xiàn)的方法大體上分為兩類(lèi)：經(jīng)驗(yàn)法和間接法。本文以石英砂為介質(zhì)，對(duì)其進(jìn)行改性，模擬不同潤(rùn)濕性能的天然土壤，同時(shí)避免土壤類(lèi)型的差異導(dǎo)致的粒徑差異對(duì)土壤水分特征曲線(xiàn)產(chǎn)生的影響，從而分析土壤潤(rùn)濕性對(duì)于土壤水分特征曲線(xiàn)產(chǎn)生的影響。
獲獎(jiǎng)情況
- 無(wú)
鑒定結(jié)果
- 申報(bào)情況真實(shí)
參考文獻(xiàn)
- 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 錢(qián)天偉，飽和-非飽和土壤污染物運(yùn)移[M]，中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2007 5 沈冬梅，肖舉強(qiáng)，陳曉娟，高度法和壓力法測(cè)定粉末接觸角的比較，硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2007年第1期 6 程金茹, 郭擇德等. 非飽和土壤特性參數(shù)獲取方法， 水文地質(zhì)工程地質(zhì), 1996, 23( 2)
同類(lèi)課題研究水平概述
- “人口、糧食、資源、環(huán)境”已成為全球性問(wèn)題之一, 土壤作為這些問(wèn)題的中樞環(huán)節(jié)而倍受重視?，F(xiàn)階段, 土壤中水分和溶質(zhì)運(yùn)移已成為土壤學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。多年來(lái), 許多專(zhuān)家一直致力于土壤中水分和溶質(zhì)運(yùn)移理論及模型的研究。水分特征曲線(xiàn)作為這些模擬的基礎(chǔ)參數(shù),也同樣越來(lái)越受到關(guān)注。 盡管目前人們已經(jīng)發(fā)展了多種室內(nèi)和田間實(shí)驗(yàn)手段來(lái)測(cè)定水分特征曲線(xiàn)，但絕大多數(shù)方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果常存在明顯的不確定性，土壤在水平向和垂向的空間變異性也限制了直接測(cè)定方法在實(shí)際工作中的應(yīng)用。因此，在更為便捷和精確的實(shí)驗(yàn)技術(shù)出現(xiàn)之前，需要尋求替代直接實(shí)驗(yàn)的其它方法來(lái)預(yù)測(cè)這一重要的土壤水力性質(zhì)。多研究表明，在低壓力水頭時(shí)(0～100kPa)，水分的持留主要依賴(lài)于土壤結(jié)構(gòu)和孔徑分布，受到容重和孔隙度等的強(qiáng)烈影響。而在高壓力水頭范圍（大于100kPa）， 土壤水的保持主要是由于吸附作用，因此影響土壤比表面積的性質(zhì)如質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量以及粘土礦物等成為主要的影響因素。土壤潤(rùn)濕性由于各地斥水性土壤的報(bào)道不斷出現(xiàn)越來(lái)越受到廣泛關(guān)注,斥水性土壤和一般的親水性土壤不同,其土壤水分運(yùn)動(dòng)更易形成優(yōu)先流,如果斥水性土壤受到污染,污染物會(huì)很容易擴(kuò)散到地下水中。目前關(guān)于潤(rùn)濕性對(duì)土壤水分特征曲線(xiàn)的影響還未見(jiàn)報(bào)道。 目前解析形式的水分特征曲線(xiàn)經(jīng)驗(yàn)公式已得到廣泛的應(yīng)用。這是因?yàn)檫@種形式的函數(shù)可根據(jù)有限的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)估計(jì)完整的水分特征曲線(xiàn)，便于在各種計(jì)算機(jī)模型中采用，而且許多間接方法也是根據(jù)這些經(jīng)驗(yàn)公式的參數(shù)與土壤基本性質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系建立起來(lái)的。更為重要的是，它可以結(jié)合統(tǒng)計(jì)的孔徑分布模型來(lái)預(yù)測(cè)非飽和水力傳導(dǎo)率。按照其數(shù)學(xué)形式，描述水分特征曲線(xiàn)的經(jīng)驗(yàn)公式可以分成4類(lèi)，即指數(shù)型、冪函數(shù)型、多項(xiàng)式型和誤差函數(shù)型。其中較多采用的是冪函數(shù)形式的經(jīng)驗(yàn)公式。為了更好地描述接近飽和時(shí)的水分特征曲線(xiàn), 人們又提出了幾種光滑函數(shù)。雖然它們能夠更精確地描述整個(gè)水分特征曲線(xiàn), 但大多數(shù)方法由于數(shù)學(xué)形式過(guò)于復(fù)雜等原因, 難以在實(shí)際問(wèn)題中得到廣泛應(yīng)用。而van Genuchten提出的經(jīng)驗(yàn)公式不僅能夠表征整個(gè)壓力水頭范圍內(nèi)的水分特征數(shù)據(jù), 還可方便地利用統(tǒng)計(jì)孔徑分布模型來(lái)估計(jì)水力傳導(dǎo)率, 因此在土壤水研究中比較流行。 除上述常用的公式外,文獻(xiàn)中還提出了大量的水分特征曲線(xiàn)經(jīng)驗(yàn)方程。但對(duì)這些經(jīng)驗(yàn)公式的系統(tǒng)評(píng)價(jià)目前尚不多見(jiàn)。
