羥丙基甲基纖維素（hydroxypropyl methyl cellulose,HPMC）是一種潛在的土壤改良劑,加入土壤中后具有明顯的減滲效果,對(duì)緩解黃土高原水土養(yǎng)分的流失具有重要意義。該文通過(guò)在土壤中施加不同含量的HPMC,研究HPMC對(duì)土壤溶質(zhì)遷移特性的影響。結(jié)果表明:1)HPMC質(zhì)量分?jǐn)?shù)在0～0.5 g/kg范圍內(nèi),飽和導(dǎo)水率隨HPMC添加量增大而逐漸減小,0.5g/kg組相比未添加HPMC的空白組降低37.3%;土壤中保守性溶質(zhì)的運(yùn)移速度顯著降低;隨HPMC添加量增加,溶質(zhì)的初始和完全穿透時(shí)間明顯推遲,穿透總歷時(shí)延長(zhǎng);2)CDE方程和兩區(qū)模型均能較好地模擬在土壤中添加不同含量HPMC時(shí)溶質(zhì)的運(yùn)移狀況,2種模型的擬合曲線也均能與實(shí)測(cè)曲線較好吻合,但兩區(qū)模型的模擬精度更高。3)基于兩區(qū)模型的參數(shù)擬合結(jié)果,隨HPMC添加量的增加,平均孔隙水流速越小,水動(dòng)力彌散系數(shù)、彌散度和質(zhì)量交換系數(shù)均增加,而土壤可動(dòng)水體的含水量比率逐漸減少。 

【文章來(lái)源】：農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào). 2019,35(05)北大核心EICSCD

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添加不同比例羥丙基甲基纖維素HPMC后土壤飽和導(dǎo)水率Ks變化Fig.1ChangeofsaturatedconductivityKinsoilwithdifferent

浪?衷碩?ǖ辣淶酶?憂?鄹叢櫻??同時(shí)間內(nèi)土壤出流液減少，且HPMC含量越高，凝膠網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越密集，飽和導(dǎo)水率越校圖1添加不同比例羥丙基甲基纖維素HPMC后土壤飽和導(dǎo)水率Ks變化Fig.1ChangeofsaturatedconductivityKsinsoilwithdifferenthydroxypropylmethylcellulose(HPMC)contents2.2HPMC含量對(duì)溶質(zhì)穿透曲線特征的影響土壤溶質(zhì)穿透曲線（breakthroughcurve，BTCs）用以反映流液溶質(zhì)相對(duì)濃度Cr和孔隙體積數(shù)T關(guān)系[24]，是研究土壤溶質(zhì)運(yùn)移機(jī)制的一個(gè)重要途徑[25]。圖2為添加不同比例的HPMC后土壤的溶質(zhì)穿透曲線圖，由圖可知：相同的水力梯度下，添加不同含量HPMC土柱的溶質(zhì)穿透曲線形態(tài)與CK組類似，均為S型的平滑曲線。不同處理?xiàng)l件下，S型穿透曲線有逐漸變化的趨勢(shì)，即隨HPMC含量增加，相對(duì)濃度隨出流液的增加而逐漸升高的趨勢(shì)放緩，拖尾特征均明顯，完全穿透（即相對(duì)濃度為1）時(shí)的孔隙體積數(shù)有所增加，故HPMC的添加對(duì)土壤溶質(zhì)運(yùn)移過(guò)程具有一定的延緩效應(yīng)。這是由于示蹤離子Cl為保守性溶質(zhì)離子，與HPMC不發(fā)生反應(yīng)，HPMC與土壤水結(jié)合形成的三維互穿凝膠網(wǎng)絡(luò)一定程度上填充了土壤孔隙[26]，使飽和土壤的孔隙結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，溶質(zhì)穿透路徑的彎曲度增加，由此隨著HPMC含量在土壤中的增加，溶質(zhì)的費(fèi)克（Fick）運(yùn)移減弱[27]，機(jī)械彌散作用增強(qiáng)，完全穿透土柱的孔隙體積數(shù)增加。大小不均的土壤孔隙導(dǎo)致了不均衡的水流流速，從而在土壤剖面形成不均衡的溶質(zhì)鋒，因此HPMC含量的增加造成溶質(zhì)穿透曲線拖尾延長(zhǎng)的現(xiàn)象。圖2不同比例HPMC土壤的Cl穿透曲線Fig.2ClbreakthroughcurvesofsoilwithdifferentH

第5期吳軍虎等：羥丙基甲基纖維素作土壤改良劑對(duì)土壤溶質(zhì)運(yùn)移的影響145圖3基于對(duì)流彌散方程和兩區(qū)模型擬合的穿透曲線對(duì)比Fig.3Comparisonoffittedbreakthroughcurvesbyconvection-dispersionequation(CDE)andtwo-regionmodel(TRM)表3HPMC含量與兩區(qū)模型各參數(shù)Pearson相關(guān)性分析Table3PearsoncorrelationanalysisbetweenHPMCcontentandeachparameterofTRM參數(shù)ParameterPearson系數(shù)Pearsoncoefficient平均孔隙流速Averageporewatervelocityv0.788水動(dòng)力彌散系數(shù)HydrodynamicdispersioncoefficientD0.869*彌散度λDegreeofdispersion0.899*可動(dòng)區(qū)含水量比率Ratioofwatercontentinmovableareaβ0.825*質(zhì)量交換系數(shù)Massexchangecoefficientω0.884*注：*在0.05級(jí)別（雙尾），相關(guān)性顯著。Note:*,thecorrelationissignificantatthelevelof0.05(two-tailed).為驗(yàn)證式（14）的準(zhǔn)確性，用HPMC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3g/kg試驗(yàn)組的v、D、β和ω參數(shù)代入式（14），得A的估算值為0.31，與實(shí)際值的相對(duì)誤差僅為3%�？梢�(jiàn)，式（14）用于估算HPMC添加量簡(jiǎn)便可行。結(jié)合表2兩區(qū)模型參數(shù)擬合結(jié)果，對(duì)其相應(yīng)參數(shù)的變化特征分析如下：1）平均孔隙水流速vv指土壤的有效水流通量，即單位時(shí)間內(nèi)流過(guò)單位過(guò)流斷面的液體體積[32]。由表1可得：在HPMC質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0～0.5g/kg的范圍內(nèi)，平均孔隙水流速v由兩區(qū)模型所得擬合值在0.904cm/h范圍內(nèi)，且v值均隨HPMC添加量增加而減校這可能是由于HPMC與土壤水結(jié)合形成三維凝膠網(wǎng)絡(luò)導(dǎo)致土壤孔徑減小，水流通道變窄的緣故。2）水動(dòng)力彌散系數(shù)D水動(dòng)力彌散引起的溶質(zhì)通量被?

【參考文獻(xiàn)】：
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