不同孔隙度土壤气体扩散系数测定.pdf

第31卷第15期
农业工程学报
ol.31No.15
2015年8月
I ransactions of the Chincse Socicty of Agricultural Engincering
Aug.2015
不同孔隙度土壤气体扩散系数测定
苏志慧,吴兵,龚元石
(中国农业大学资源与坏境学院上壤与水科学系,北京100193)
摘要:上壤气体疒散系数是研究土壤气体传输过程的一个重要参数,它随上壤质地、容重和孔隙的改变而変化,难以
估算,为准确测定和研究其特征,依据气体扩散原理设计并研制了土壤气体扩散系数测定装置。以石英砂和砂质壤土为
试验材料,利用该装研究了气体扩散系数与不同含水量和容重下的充气孔隙度间的关系。结果表明:砂质壤土原状土
和装填土的气体扩散系数差別很小;土壤相对扩散系数随土壊总孔隙度减小而变小,且粒径较小的土壤具有相对较小的
气体扩散系数:原状和装填砂质壊土的相对扩散系数与充气孔隙度之间的关系均可以用幂函数方程米拟合,方程中的参
数与十壤质地密切相关,原状土非活性孔隙度为0。 Buckinohaur模型的预测值与实测结果基本?致(均方根误差=0.008
但 Millington and Quirk模型(均方根误左-0032)和SWLR模型(均方根误=0023)的预測结果偏差较大。
关键词:土;孔隙度;模型;气体扩散系数;充气孔隙度;测定装置
doi:10.11975 I- Issn.1002-6819.2015.15.015
中图分类号:S1526
文献标志码:
文章编号:1002-6819(2015)-15-0108-06
苏志慧,吴兵,龚元石.不同孔隙度土壤气体扩散系数测定[J].农业工程学报,2015,31(15):108-113.
doi:10.11975 l. issn.10026819.2015.15.015htp:/Www. icac.org
Su Zhihui, Wu Bing, Gong Yuanshi. Determination of gas diffusion coefficient in soils with different porosities J]. Transactions of
the Chincse Socicty of Agricultural Enginccring(Transaclions of the CSAE), 2015, 31(15): 108-113.(in Chincse with English
abslracl)doi:10.11975/1-.issn.10026819.2015.15.015hitp://www.lcsac.or
壤充气孔隙度c的平方星正比: Penman[则在试验中发现
当在0~0.7cm/em范围内,D√D。与c之间存在很好的
土壤空气交换主要是通过土壤中相互连接的究气孔线性关系; Millington和 Quirk!提出了考虑土壊总孔隙度
隙进行的,其主要的气体交换机制足气体扩散运动"2?
的气体扩散系数估算模型: Roch等?基于已有模型,提
土壤中的气体扩散的快慢程度用土壤气体扩散系数(の)出了1个针对多种土壤质地类型的经验公式: Moldrup等?
米表征。D。不仅对于描述上壞结构及上壤孔隙特征等具攻进了模型,将水分特征曲线和弯曲系数考虑在内;
有重要意义,而月也是估算上:壤气体(如:CO2和N2O) Moldrup等明基 J. Millington和Quik建的模型,考虑了
产生量或地表释放通量的必要参数い?
山」水分进入而使孔隙弯曲度增加的减小项: Moldrup等2
D.的获取只有2个途径:实測或通过模型佔算。实在扩散系数模型中加入了多孔介质介质复尔性因子Cm,考
测方法最早追溯到1960年, Currie在室内用单气室法测虑了不同的土壤结构,并保留了水分引起的线性减小项,
定了氢气向空气扩散的の.值,方法筒单川应用较广泛。建立了SWTR模型( structure-dependent water-induced linear
同时,也有其他研究者在室内利用双气室法测定D值?, reduction model)。综上,已有的基于充气孔隙度(a)的
此方法可以研究分层或有水分梯度的介质,但缺点是测线性或幂函数经验、半经验模型较多,但不同模型可能近
定土柱装卸困难。室外测定过程相对复杂,特别是含水用性存在差异,若不用实测数据率定,直接应用这些模型
量和温度等条件不容易控制?。近年来,随着技术的进来佔算其他扩散系数,进而确定上に壤气体如CO2产生量或
步,气氧内或土样中示踪气体的测定方法也得到不断的改地表释放通量,可能会导致较大的误差?。
进,如气体扩散测定由?期的化学方法或称重法21,改进
虽然已有原理方法可供选择,相关技术也比较成熟,但
为气相色谱测定或用浓度传感器实时测定4?,使气体扩是国内现缺乏筒单、可靠的产品设备,所以本文提出的测定
散测定过程更加简使,结果更加准确。
装置为相关基础研究提供直接测定的可能。因此,本研究基
ハ也可以通过模型进行估算。 uckingham"2提出の于上壤气体传输原理,设计并研制了1套上壤气体扩散系数
与该气体在自由大气中的扩故系数D的比值(の)/のの)和土测定装置,并应用石英砂和砂质壊土开展了室内试验,对测
定结果进行了验证,并将己有的经验模型估算结果与实测值
收稿日期:2015-04-06後订日期:2015-07-10
进行比较,评价这些模型估算石英砂和砂质壤土中气体扩散
基金项目:农业部农业科研杰出人オ及创新田队(2012):长江学者和创新系数的能力,以期为土壊气体扩散系数的估算提供参考。
团队发展计划(IR1UO412
作者简介:苏志慧,女,山东人,博士生,主要从事土壤气体扩散相关研究
土壤气体扩散系数测定装置
北京中国农业大学资源与环境学院,100193:Cmail:zhihuisusu(126.com
※通信作者:龚元石,男,江苏人,教授,博士生导师,主要从事土接物理方
1.1设计原理
问研究北京中国农业大学资源与不境学院,100193Email:yonyys(@cau.edu.cn
Curie在文献8]详细介绍了气体扩散原理并提出了