土壤当量孔隙科普中国-科学百科 2018-04-25 作者:张勇 |
由于土壤颗粒、土壤结构体极不规则、因此,土壤孔隙的形状也极不规则,它是立体的或三维空间的,很难用现代几何学方法计算出真实的容积和孔径,如同无法按土较真实的粒径来划分粒级一样难以确定其真实孔径。目前普遍采用的是以“当量孔径"代替土壤真实孔径的方法,如果把土壤孔隙看成毛细管,这些毛细管的孔径就是土壤孔隙的当量孔径。
简介
由于土壤颗粒、土壤结构体极不规则、因此,土壤孔隙的形状也极不规则,它是立体的或三维空间的,很难用现代几何学方法计算出真实的容积和孔径,如同无法按土较真实的粒径来划分粒级一样难以确定其真实孔径。目前普遍采用的是以“当量孔径"代替土壤真实孔径的方法,如果把土壤孔隙看成毛细管,这些毛细管的孔径就是土壤孔隙的当量孔径。1
测量方式
当量孔径的概念是指与一定的土壤水吸力相当的孔径,叫做当量孔径(equivalent pore diameter)。
将已知孔径的圆形毛细管插人水中、由于玻璃为亲水性物质,在毛细管内的水气界面上出现一个凹形弯月面。由于弯月面的弯月形状,与水平液面相比,液体的表面张力会产生一个向上的附加压强、使毛细管中的水面会上升到水面以上的某一高度,这种现象一般称为毛管作用。1
计算公式
根据毛管理论,该大气压提高附加压强的差值,为负值。与水的表面张力σ、毛细管半径r以及水与毛细管壁的接触角α有关,即:
当湿润矿质土壤颗粒与水和空气间的接触角忽略为零时,上式可写为:
水的表面张力在20℃时可以近似地取75 × 10-3N/m,如果Δp用Pa表示,100Pa相当于1 cm水柱高,因此上式用水柱高度表示压力。可简化为
式中甘为当量孔径,单位为mm;h为毛管水上升的高度(cm),实际上是土壤水分在毛管吸力作用下的土壤水分的能态,即水吸力S。
由公式可以看出,毛管内水分上升的高度与毛管的孔径有关。在一定范围内,毛管的孔径越小,上升的高度越大。每一当量孔径与一定的土壤水吸力相对应,例如。当土壤水吸力为1kpa时,当量孔径为0.3mm,也就是说,此时的土壤水分是保持在孔径小于0.3mm的孔隙中,而大于0.3mm的孔隙中则无水。1
本词条内容贡献者为:
张勇 - 副教授 - 西南大学资源环境学院
责任编辑:科普云
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