Поровое пространство почвы содержит жидкую и газовую фазы почвы , т. е. все, кроме твердой фазы , содержащей в основном минералы различных размеров, а также органические соединения .
Чтобы лучше понять пористость , не использовался ряд уравнений , выражающих количественные взаимодействия между тремя фазами почвы.
Макропоры или трещины играют важную роль в скорости инфильтрации во многих почвах, а также в предпочтительном характере потока, гидравлической проводимости и эвапотранспирации. Трещины также очень влияют на газообмен, влияя на дыхание в почвах. Таким образом, моделирование трещин помогает понять, как работают эти процессы и какое влияние на эти процессы могут оказать изменения в растрескивании почвы, такие как уплотнение.
Поровое пространство почвы может содержать среду обитания растений ( ризосферу ) и микроорганизмов .
Объемная плотность почвы во многом зависит от минерального состава почвы и степени ее уплотнения . Плотность кварца составляет около 2,65 г/см 3 , но объемная плотность почвы может быть меньше половины этой плотности.
Большинство почв имеют объемную плотность от 1,0 до 1,6 г/см 3 , но органическая почва и некоторые рыхлые глины могут иметь объемную плотность значительно ниже 1 г/см 3 .
Пробы керна отбираются путем вбивания металлического керна в землю на желаемую глубину и желаемый горизонт почвы . Затем образцы сушат в печи и взвешивают.
Объемная плотность = (масса сухой почвы)/объем.
Объемная плотность почвы обратно пропорциональна пористости той же почвы. Чем больше порового пространства в почве, тем ниже значение объемной плотности.
или
Пористость — это мера общего порового пространства в почве. Это измеряется в объёме или процентах . Степень пористости почвы зависит от минералов , входящих в ее состав, и степени сортировки , происходящей в структуре почвы . Например, песчаная почва будет иметь большую пористость, чем илистый песок, поскольку ил заполняет промежутки между частицами песка.
Гидравлическая проводимость (K) — это свойство почвы, которое описывает легкость, с которой вода может проходить через поровое пространство. Это зависит от проницаемости материала (пор, уплотнений) и от степени насыщения. Насыщенная гидравлическая проводимость K sat описывает движение воды через насыщенную среду. Там, где гидравлическую проводимость можно измерить в любом состоянии. Его можно оценить с помощью многочисленных видов оборудования. Для расчета гидравлической проводимости используется закон Дарси . Манипулирование законом зависит от насыщенности почвы и используемого инструмента.
Инфильтрация – это процесс, при котором вода с поверхности земли попадает в почву. Вода поступает в почву через поры под действием сил гравитации и капиллярного действия . Крупнейшие трещины и поры представляют собой отличный резервуар для первоначального слива воды. Это обеспечивает быстрое проникновение . Порам меньшего размера требуется больше времени для заполнения, и они зависят от капиллярных сил, а также силы тяжести. Поры меньшего размера имеют более медленную инфильтрацию по мере того, как почва становится более насыщенной .
Пора – это не просто пустота в твердой структуре почвы. Различные категории размеров пор имеют разные характеристики и придают почвам разные свойства в зависимости от количества и частоты каждого типа. Широко используемая классификация размера пор принадлежит Брюэру (1964): [1] [2] [3]
Поры слишком велики, чтобы иметь значительную капиллярную силу. Если не препятствовать этому, вода будет вытекать из этих пор, и они обычно заполнены воздухом на полную мощность . Макропоры могут быть вызваны растрескиванием, разделением стоп и агрегатов , а также корнями растений и зоологическими исследованиями. [3] Размер >75 мкм. [4]
Крупнейшие поры заполнены водой на полную мощность . Также известны как накопительные поры из-за способности хранить воду, полезную для растений. У них не слишком большие капиллярные силы, поэтому вода не ограничивает растения . Свойства мезопор тщательно изучаются почвоведами из-за их влияния на сельское хозяйство и орошение . [3] Размер 30–75 мкм. [4]
Это «поры, которые достаточно малы, чтобы вода в этих порах считалась неподвижной, но доступной для экстракции растений». [3] Поскольку движение воды в этих порах незначительное, движение растворенных веществ происходит в основном за счет процесса диффузии. Размер 5–30 мкм. [4]
Эти поры пригодны для обитания микроорганизмов. Их распределение определяется текстурой почвы и органическим веществом почвы , и уплотнение не оказывает на них большого влияния. [5] [3] Размер 0,1–5 мкм. [4]
Поры слишком малы для проникновения большинства микроорганизмов. Таким образом, органическое вещество в этих порах защищено от микробного разложения. Они наполнены водой, если только почва не очень сухая, но растениям доступно мало этой воды, и движение воды очень медленное. [5] [3] Размер <0,1 мкм. [4]
Базовое моделирование трещин проводилось в течение многих лет путем простых наблюдений и измерений размера, распределения, непрерывности и глубины трещин. Эти наблюдения проводились либо на поверхности, либо на профилях в карьерах. Ручное отслеживание и измерение структуры трещин на бумаге было одним из методов, использовавшихся до появления современных технологий. Другой полевой метод заключался в использовании веревки и полукруга проволоки. [6] Полукруг перемещался по чередующимся сторонам струнной линии. Трещины внутри полукруга измерялись по ширине, длине и глубине с помощью линейки. Распределение трещин рассчитывалось по принципу иглы Бюффона .
Этот метод основан на том факте, что размеры трещин имеют разный водный потенциал. При нулевом водном потенциале на поверхности почвы производится оценка насыщенной гидравлической проводимости , когда все поры заполнены водой. По мере того, как потенциал уменьшается, трещины большего размера осушаются. Измеряя гидравлическую проводимость в диапазоне отрицательных потенциалов, можно определить распределение пор по размерам. Хотя это не физическая модель трещин, она дает представление о размерах пор в почве.
Хорган и Янг (2000) создали компьютерную модель для двумерного прогнозирования образования поверхностных трещин. Он использовал тот факт, что, когда трещины оказываются на определенном расстоянии друг от друга, они имеют тенденцию притягиваться друг к другу. Трещины также имеют тенденцию поворачиваться в определенном диапазоне углов, и на каком-то этапе поверхностный агрегат достигает размера, при котором растрескивание больше не происходит. Они часто являются характеристиками почвы и поэтому могут быть измерены в полевых условиях и использованы в модели. Однако он не смог предсказать точки, в которых начинается растрескивание, и, хотя образование трещин в почве случайное, во многих отношениях растрескивание почвы часто не случайно, а следует линиям слабых мест. [7]
Отбирается большой образец керна. Затем его пропитывают аралдитом и флуоресцентной смолой . Затем керн очень постепенно (~ 1 мм за раз) разрезают с помощью шлифовального инструмента, и через каждый интервал поверхность образца керна получает цифровое изображение. Затем изображения загружаются в компьютер, где их можно проанализировать. Затем можно выполнить измерения глубины, непрерывности, площади поверхности и ряда других измерений трещин в почве.
Используя бесконечное удельное сопротивление воздуха, можно нанести на карту воздушные пространства внутри почвы. Специально разработанный измеритель удельного сопротивления улучшил контакт датчика с почвой и, следовательно, увеличил площадь показаний. [8] Эту технологию можно использовать для создания изображений, которые можно проанализировать на предмет различных свойств растрескивания.
