摘要：為了深入分析與了解不同有機(jī)質(zhì)含量、不同容重的土壤對(duì)污染水體土壤入滲特性所造成的一系列影響，本文開(kāi)展了土壤入滲試驗(yàn)，分析結(jié)論顯示：對(duì)于質(zhì)地相同、但有機(jī)質(zhì)含量不同的土壤，容重對(duì)土壤入滲特性所造成的影響存在較大差異，高有機(jī)質(zhì)含量土壤受到的影響最為嚴(yán)重;對(duì)于高有機(jī)質(zhì)含量土壤而言，當(dāng)容重明顯增大時(shí)，土壤濕潤(rùn)深度、累積入滲量均出現(xiàn)明顯降低，穩(wěn)定入滲率以乘冪的形式降低;而低有機(jī)質(zhì)含量土壤，雖然入滲率、累積入滲量等參數(shù)會(huì)隨容重顯著增加而有所減小，但其減小量十分微小，其穩(wěn)定入滲率呈平緩線性降低。

關(guān)鍵詞：土壤有機(jī)質(zhì);容重;土壤水分入滲特性

中圖分類(lèi)號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(zhì)量的一個(gè)重要物理參數(shù)，與土壤的各方面參數(shù)，如入滲特性、透氣性能、溶質(zhì)遷移特性等，均存在十分密切的關(guān)聯(lián)。溫以華以相關(guān)理論為重要指導(dǎo)，通過(guò)多次室內(nèi)試驗(yàn)分析與理論論證得出，在質(zhì)地完全相同、容重不同的條件之下，當(dāng)容重顯著降低時(shí)，水動(dòng)力彌散系數(shù)也會(huì)隨之減小。時(shí)新玲等諸多知名專(zhuān)家與學(xué)者通過(guò)試驗(yàn)分析的方式針對(duì)容重對(duì)土壤的影響展開(kāi)了相關(guān)分析，結(jié)果表明，非水相流體在土壤中的入滲特性會(huì)隨著土壤容重的變化而發(fā)生改變。在過(guò)去，關(guān)于環(huán)境監(jiān)測(cè)、土壤物理方面的研究均少對(duì)土壤容重變化方面進(jìn)行性考慮，導(dǎo)致污染水體對(duì)土壤的入滲率判斷上往往產(chǎn)生比較大的誤差?；诖艘?，本文借助室內(nèi)、室外和模擬試驗(yàn)等方式從不同層面、不同維度研究分析了土壤不同容重對(duì)一維垂直積水入滲特征量所產(chǎn)生的一系列影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

圖1 膜孔灌自由入滲裝置

（1.土箱;2.土面;3.濕潤(rùn)鋒;4.馬氏瓶;5.供水管;6.膜孔裝置;7.1/4膜孔）

為了從更深層次、更廣層面對(duì)多因素共同作用下水質(zhì)污染下，對(duì)土壤自由入滲特性進(jìn)行研究分析，本文借助點(diǎn)源人工入滲裝置開(kāi)展了相關(guān)試驗(yàn)。利用厚度為10mm的有機(jī)玻璃，按照長(zhǎng)寬高尺寸為24cm、20cm、30cm的尺寸，加工一個(gè)箱子，同時(shí)把1/4膜孔面積水室當(dāng)做點(diǎn)源，放置在土箱任意一角，從而可以對(duì)濕潤(rùn)鋒運(yùn)運(yùn)移進(jìn)行清晰觀察。另外，利用5cm厚的有機(jī)玻璃制作入滲點(diǎn)源水室，根據(jù)馬氏瓶對(duì)水室水頭進(jìn)行合理調(diào)整。在試驗(yàn)過(guò)程中，主要借助馬氏瓶實(shí)現(xiàn)自動(dòng)供水的要求，其中馬氏瓶對(duì)高、內(nèi)徑分別為90cm、9cm，實(shí)驗(yàn)裝置如下圖1所示。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)過(guò)程中所運(yùn)用到的土均是來(lái)源于田間地表，然后進(jìn)行風(fēng)干化處理，再利用2mm大小的篩子進(jìn)行過(guò)濾，按照試驗(yàn)需求，制備符合要求的土壤初始含水率。借助激光粒度分析儀對(duì)土壤顆粒進(jìn)行全面、仔細(xì)檢測(cè)，并根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)對(duì)土壤顆粒進(jìn)行分類(lèi)，即分為壤黏土、粉黏土、黏壤土等。開(kāi)展試驗(yàn)的過(guò)程中，必須要確保1/4膜孔處于土箱的垂直角位置;遵循先密后疏的基本原則，借助馬氏瓶讀取累積入滲兩量。因試驗(yàn)中所選用的風(fēng)干土的土壤顏色比較暗淡，因而濕潤(rùn)過(guò)后，其顏色會(huì)發(fā)生變化，即漸漸加深。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

主要考量和分析水體通過(guò)膜孔的滲入特性等五方面影響因素，分別為入滲時(shí)間、黏粒含量、壓力水頭、初始含水率、土壤容重。對(duì)于前4個(gè)，取3個(gè)水平，按照正交試驗(yàn)要求，設(shè)計(jì)9組試驗(yàn)進(jìn)行分析處理，此外再設(shè)計(jì)3組處理對(duì)試驗(yàn)進(jìn)行再次驗(yàn)證，一共進(jìn)行12組試驗(yàn)。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)樣土分別來(lái)源于三種有機(jī)質(zhì)，即粉黏土、壤黏土、黏壤土。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

借助Excel2003、SPSS17.0分析軟件，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合性處理，同時(shí)對(duì)基于不同因素、不同處理水平下的不同測(cè)定指標(biāo)展開(kāi)全面、深入的方差分析。通過(guò)最小顯著性差異法（LSD）圍繞差異顯著性，對(duì)不同水平、不同因素進(jìn)行對(duì)比分析;通過(guò)多遠(yuǎn)線性回歸法從不同層面、不同維度對(duì)含有不同因素的模型進(jìn)行綜合性回歸分析，并借助Z-Score標(biāo)準(zhǔn)化方法，對(duì)有關(guān)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、多元化處理分析，進(jìn)而從根源上徹底解決不同組數(shù)據(jù)量綱、數(shù)量級(jí)而產(chǎn)生的一系列問(wèn)題。

2 結(jié)果與分析

圖2 不同試驗(yàn)處理的單位膜孔面積累積入滲量曲線

通過(guò)對(duì)圖2進(jìn)行仔細(xì)觀察與分析可知，隨著入滲時(shí)間的推移，單位模孔面積累計(jì)入滲量也會(huì)漸漸增加。當(dāng)處于同一入滲時(shí)間下，不同組別試驗(yàn)的單位?？酌娣e累計(jì)入滲量存在顯著差異，由此可見(jiàn)，不同因素對(duì)單位膜孔面積累積入滲量所產(chǎn)生的影響程度各不相同。為了可以從更深層次、更廣范圍了解不同因素對(duì)單位膜孔面積累積入滲量所造成的影響，圍繞其開(kāi)展了多因素、多元化的方差分析。對(duì)單位膜孔面積累積入滲量造成影響因素包括多種，其中入滲時(shí)間、黏粒含量、土壤容重是影響最最大的三個(gè)，即P<0.01，之所以會(huì)產(chǎn)生此種情況，主要是因?yàn)橥寥廊葜貢?huì)受到孔隙的嚴(yán)重影響，從本質(zhì)層面充分反映氣相比例、土壤緊實(shí)度，土壤的主要構(gòu)成單元便是黏粒含量，其具有較大的表面積，因而擁有十分強(qiáng)勁的吸附能力，從而對(duì)土壤中的水流速造成十分嚴(yán)重的影響。與此同時(shí)，細(xì)小黏粒對(duì)孔隙具有填充作用，同時(shí)也會(huì)對(duì)土壤中的水流通造成嚴(yán)重影響，即具有阻擋作用，因此土壤入滲能力必定會(huì)受到黏粒含量、土壤容重的嚴(yán)重影響，該點(diǎn)同文獻(xiàn)結(jié)論完全相同。本文在研究分析的過(guò)程中，把黏粒含量認(rèn)定為一個(gè)十分重要的研究因素;單位膜孔面積累積入滲量在初始含水率的影響下會(huì)發(fā)生變化（P<0.05），該點(diǎn)同研究分析結(jié)論完全相同，土壤溶液、膠體顆粒上的吸附離子數(shù)量會(huì)首先受到土壤初始含水率的嚴(yán)重影響，從而進(jìn)一步對(duì)土壤入滲特性造成影響，但是研究結(jié)果表明，無(wú)論是初始含水率為12%，還是為8%、16%，單位膜孔面積累積入滲量均不會(huì)發(fā)生較大變化（P>0.05），該現(xiàn)象表明土壤初始含水率并不會(huì)因土壤入滲能力的強(qiáng)弱而發(fā)生較大變化。當(dāng)初始含水率處在一個(gè)很小的變化范圍之內(nèi)時(shí)，土壤含水率對(duì)土壤入滲能力所造成的影響完全可以忽略不計(jì)。Hawke、Liu等諸多知名專(zhuān)家與學(xué)者主張認(rèn)為，當(dāng)初始含水率出現(xiàn)增加時(shí)，那么入滲能力、飽和導(dǎo)水率均會(huì)明顯減小;劉目興、張俊等諸多專(zhuān)家與學(xué)者通過(guò)大量的研究分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)初始含水率明顯增加時(shí)，土壤非飽和能力、非飽和能力也會(huì)隨之增強(qiáng)。膜孔面積累積入滲量并不會(huì)因壓力水頭的不同而發(fā)生較大變化（P>0.05），當(dāng)壓力水頭分別為2cm、5cm、8cm時(shí)，單位膜孔面積累積入滲量并無(wú)較大差異，產(chǎn)生此種情況的主要原因是由于在膜孔滲入土壤的過(guò)程中，如果水深通過(guò)控制在2～8cm之間，入滲能力并不會(huì)因此受到較大影響，該點(diǎn)與文獻(xiàn)研究分析結(jié)論完全相同。孫存喜針對(duì)馬氏瓶自動(dòng)供水泥沙沉降問(wèn)題展開(kāi)了探析，并借助雙環(huán)入滲儀開(kāi)展渾水入滲試驗(yàn)，但是時(shí)常忘記壓力水頭對(duì)入滲所造成的一系列影響，因而選用量筒法進(jìn)行人工供水。

3 結(jié)論

（1）在土壤質(zhì)地完全相同的條件下，有機(jī)質(zhì)含量分別為低、中、高三種不同情況時(shí)，容重會(huì)顯著增加，土壤對(duì)污染水體的累積入滲量、濕潤(rùn)深度等各方面均會(huì)因此產(chǎn)生重大變化，其中對(duì)高有機(jī)質(zhì)含量土壤所造成的影響最顯著;當(dāng)容重增加時(shí)，低有機(jī)質(zhì)含量土壤的濕潤(rùn)深度、累積入滲了量也會(huì)出現(xiàn)減小的情況，但是影響程度十分微弱，基本可以忽略不計(jì);

（2）在高有機(jī)質(zhì)含量之下，當(dāng)容重增加時(shí)，水體對(duì)土壤穩(wěn)定入滲率以乘冪形式降低，但是低有機(jī)質(zhì)含量土壤則與此不同，其下降趨勢(shì)平緩;

（3）對(duì)于高有機(jī)質(zhì)含量土壤而言，容重變化對(duì)其會(huì)產(chǎn)生十分嚴(yán)重的影響，處在同一時(shí)間條件之下時(shí)，當(dāng)容重顯著增加時(shí)，水體對(duì)土壤的入滲率將會(huì)明顯減小，但是對(duì)于低、中有機(jī)質(zhì)含量土壤而言，當(dāng)容重增加量一致時(shí)，入滲率變化范圍更小;

（4）借助Philip模型、Green—Ampt模型展開(kāi)模擬分析，結(jié)果表明，基于不同容重與有機(jī)質(zhì)含量的土壤飽和導(dǎo)水率同實(shí)際測(cè)量值一致。

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收稿日期：2019-03-21

作者簡(jiǎn)介：龍哲（1970-），男，苗族，大專(zhuān)，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境治理和環(huán)境監(jiān)測(cè)。