土壌の間隙空間

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土壌の細孔空間が含まれ、液体気体の相土壌、すなわち、すべてが、固相主に様々なサイズの鉱物並びに含有有機化合物

空隙率をよりよく理解するために、一連の方程式を使用して、土壌の3つの相の間の定量的な相互作用を表現しました

マクロポアまたは破砕は、多くの土壌の浸透率、優先的な流れパターン、水力伝導率、蒸発散量に大きな役割を果たします。亀裂はガス交換にも非常に影響を及ぼし、土壌内の呼吸に影響を与えます。したがって、亀裂のモデリングは、これらのプロセスがどのように機能するか、および締固めなどの土壌亀裂の変化がこれらのプロセスにどのような影響を与える可能性があるかを理解するのに役立ちます。

土壌の間隙には、植物(根圏)や微生物の生息地が含まれている可能性があります

背景

かさ密度

かさ密度は、土を構成する鉱物と締固めの程度に大きく依存します。石英の密度は約2.65g / cm 3ですが、土壌のかさ密度はその密度の半分未満である可能性があります。

ほとんどの土壌は1.0および1.6グラム/ cmの嵩密度を有する3が、有機質土壌といくつかの脆弱性粘土は、よくが1g / cm未満のバルク密度有していてもよい3

コアサンプルは、金属コアを希望の深さと土壌層位で地球に打ち込むことによって採取されます。次に、サンプルをオーブンで乾燥させ、秤量します。

かさ密度=(オーブン乾燥土の質量)/体積

土壌の嵩密度は反比例気孔率同じ土壌。土壌の間隙が多いほど、かさ密度の値は低くなります。

気孔率

また

気孔率は、土壌の総間隙率の尺度です。これは、体積またはパーセントとして測定されます。土壌の多孔性の量は、土壌を構成する鉱物土壌構造内で発生する選別の量によって異なります。たとえば、砂質土はシルト質砂よりも多孔性が大きくなります。これは、シルトが砂粒子間の隙間を埋めるためです。

間隙空間関係

透水係数

水力伝導率(K)は、水が細孔空間を移動しやすいことを表す土壌の特性です。それは、材料透過性(細孔、圧縮)と飽和度に依存します。飽和水力伝導率Ksat、飽和媒体を通過する水の動きを表します。透水係数が任意の状態で測定できる場合。さまざまな機器で見積もることができます。水力伝導率の計算にダルシーの法則が使用されます。法則の操作は、使用する土壌の飽和度と機器によって異なります。

浸透

浸透は、地表の水が土壌に入るプロセスです。水は重力毛細管現象によって細孔を通って土壌に入ります。最大の亀裂と細孔は、最初の水を流すための優れた貯蔵所を提供します。これにより、迅速な浸透が可能になります細孔が小さいほど、充填に時間がかかり、重力だけでなく毛細管力にも依存します。土壌が飽和状態になるにつれて、細孔が小さいほど浸透が遅くなります({dn | date = 2020年2月)。

細孔タイプ

細孔は、土壌の固体構造の単なる空隙ではありません。さまざまな細孔サイズのカテゴリにはさまざまな特性があり、各タイプの数と頻度に応じて土壌にさまざまな属性を与えます。広く使用されている細孔径の分類は、Brewer(1964)の分類です。[1] [2] [3]

マクロポア

大きすぎて毛細管力が大きくない細孔。妨げられない限り、水はこれらの細孔から排出され、それらは一般に圃場容水量で空気で満たされますマクロポアは、ひび割れ、足と骨材の分裂、植物の根、動物の探索によって引き起こされる可能性があります[3]サイズ>75μm。[4]

メソポア

水で満たされた最大の毛穴フィールド容量植物に役立つ水を貯蔵する能力があるため、貯蔵孔としても知られています。それらは、水が植物に制限されるようにならないように、あまりにも大きな毛細管力を持っていませんメソポアの特性は、農業灌漑に影響を与えるため、土壌学者によって高度に研究されています。[3]サイズ30〜75μm。[4]

マイクロポア

これらは、「これらの細孔内の水は動かないと見なされるが、植物の抽出には利用できるほど十分に小さい細孔」です。[3]これらの細孔内の水の動きはほとんどないため、溶質の動きは主に拡散のプロセスによるものです。サイズ5〜30μm。[4]

ウルトラミクロポア

これらの細孔は、微生物の生息に適しています。それらの分布は、土性土壌有機物によって決定され、締固めの影響をあまり受けません[5] [3]サイズ0.1–5μm。[4]

Cryptopore

ほとんどの微生物が浸透するには小さすぎる細孔。したがって、これらの細孔内の有機物は微生物の分解から保護されます。土壌が非常に乾燥していない限り、それらは水で満たされていますが、この水のほとんどは植物に利用できず、水の動きは非常に遅いです。[5] [3]サイズ<0.1μm。[4]

モデリング方法

基本的な亀裂モデリングは、亀裂のサイズ、分布、連続性、深さの簡単な観察と測定によって長年にわたって行われてきました。これらの観測は、表面観測であるか、ピット内のプロファイルで行われました。紙の亀裂パターンの手作業による追跡と測定は​​、現代の技術が進歩する前に使用されていた1つの方法でした。別のフィールド方法は、ストリングとワイヤーの半円を使用することでした。[6]半円はストリングラインの交互の辺に沿って移動しました。半円内の亀裂は、定規を使用して幅、長さ、深さを測定しました。亀裂分布は、ビュフォンの針の原理を使用して計算されました

ディスク透過率計

この方法は、亀裂のサイズにはさまざまな水ポテンシャルがあるという事実に依存しています。土壌表面の水ポテンシャルがゼロの場合、飽和透水係数の推定値が生成され、すべての細孔が水で満たされます。電位が徐々に低下するにつれて、より大きな亀裂が排出されます。負の電位の範囲で水力伝導率を測定することにより、細孔径分布を決定することができます。これは亀裂の物理モデルではありませんが、土壌内の細孔のサイズを示しています。

ホーガンとヤングモデル

Horgan and Young(2000)は、表面亀裂形成の2次元予測を作成するためのコンピューターモデルを作成しました。亀裂が互いに一定の距離内に入ると、それらは互いに引き付けられる傾向があるという事実を利用しました。亀裂はまた、特定の範囲の角度内で回転する傾向があり、ある段階で、表面の骨材は、それ以上亀裂が発生しないサイズになります。これらは多くの場合土壌の特徴であるため、現場で測定してモデルで使用できます。しかし、亀裂が始まるポイントを予測することはできず、亀裂パターンの形成はランダムですが、多くの点で、土壌の亀裂はランダムではなく、弱点の線をたどります。[7]

アラルダイト含浸イメージング

大きなコアサンプルが収集されます。次に、これにアラルダイトと蛍光樹脂を含浸させます。次に、研磨器具を使用してコアを非常にゆっくりと(1回あたり約1 mm)カットバックし、すべての間隔でコアサンプルの表面をデジタル画像化します。次に、画像はコンピュータに読み込まれ、そこで分析されます。次に、深さ、連続性、表面積、およびその他の多くの測定を、土壌内の亀裂に対して行うことができます。

電気抵抗イメージング

空気の無限抵抗率使用して、土壌内の空間をマッピングできます。特別に設計された抵抗率計は、メーターと土壌の接触を改善し、したがって測定値の面積を改善しました。[8] この技術を使用して、さまざまな亀裂特性を分析できる画像を作成できます。

も参照してください

参考文献

  1. ^ ブリューワー、ロイ(1964)。土壌の布地および鉱物分析ニューヨーク州ハンティントン:RE Krieger(1980年発行)。ISBN 978-0882753140
  2. ^ チェスワース、ワード(2008)。土壌学百科事典オランダ、ドルトレヒト:スプリンガー。NS。694. ISBN 978-1402039942取り出さ年7月2 2016
  3. ^ a b c d e f 土壌科学用語集用語委員会(2008)。土壌科学用語集2008ウィスコンシン州マディソン:アメリカ土壌科学協会。ISBN 978-0-89118-851-3
  4. ^ a b c d e Brewer、Roy(1964)。「[表の抜粋]」(PDF)土壌の布地および鉱物分析ニューヨーク:John Wiley&Sons 2020年7月28日取得
  5. ^ a b マルコムE.サムナー(1999年8月31日)。土壌学ハンドブックCRCプレス。NS。A-232。ISBN 978-0-8493-3136-7
  6. ^ Ringrose-Voase、AJ; サニダッド、WB(1996)。「土壌の表面亀裂の発達を測定する方法:低地イネ後の亀裂発達への応用」。ジオダーマ71(3–4):245–261。Bibcode1996Geode..71..245R土井10.1016 / 0016-7061(96)00008-0
  7. ^ ホーガン、GW;ヤング、IM(2000)。 「土壌における二次元亀裂成長の幾何学のための経験的確率モデル」。ジオダーマ96(4):263–276。CiteSeerX 10.1.1.34.6589土井10.1016 / S0016-7061(00)00015-X 
  8. ^ Samouëlian、A; いとこ、私; リチャード、G; Tabbagh、A; Bruand、A。(2003)「センチメートルスケールで土壌亀裂を検出するための電気抵抗イメージング」ソイルサイエンスソサエティオブアメリカジャーナル67(5):1319–1326。Bibcode2003SSASJ..67.1319S土井10.2136 /sssaj2003.13192010年6月15日にオリジナルからアーカイブされまし

さらに読む

  • フォス、HD; (1990)土壌学の基礎。(ワイリー:ニューヨーク)
  • ハープステッド、ミシガン州; (2001)土壌学が簡素化されました。(アイオワ州立大学プレス:エイムズ)
  • ヒレル、D。; (2004)環境土壌物理学入門。(シドニー:Elsevier / Academic Press:アムステルダム;)
  • コーンケ、H。; (1995)土壌学が簡素化されました。(Waveland Press:Prospect Heights、Illinois
  • Leeper GW(1993)土壌学:序論。メルボルン大学出版ビクトリア州カールトン。)