厘米级黏土块构成土壤层在低湿度条件下的宏观非饱和导水率研究

《Soil and Tillage Research》：Macroscopic unsaturated hydraulic conductivity in a soil layer composed of clods with the diameter in the centimeter range at low soil moisture content

　　本文聚焦黏质稻田中由厘米级块状结构（SLC）构成的土壤层，通过稳态蒸发法测定其宏观非饱和导水率（mkliq）。研究发现，在相同基质势下，块状结构平均直径（MCD）在1.7–4.1?cm范围内对mkliq影响微弱（差异小于一个数量级），为优化播种深度、预测土壤水分剖面提供了关键参数支持，对旱作种子萌发保护具有实际意义。

　　

章节亮点

理论

本研究将SLC的宏观非饱和导水率（^mk_liq）定义为基于原状取样的柱状土体子层中的参数（图2）。各子层中的块状结构通过人工或铲具精细分离，其顶部与底部深度通过激光位移传感器多点测量，并以无表面粗糙度的平均深度作为暂定值。

土壤取样与性质

从日本新潟县黏质稻田（北纬37.116°，东经138.274°）的种床中采集了4类原状SLC样本，其整体块状结构平均直径（MCD）介于1.7–4.1?cm。表1总结了土壤性质：土壤A取自曾种植大豆的黏质稻田，土壤B–D则来自连续旱作第三年的田块。所有土壤均为黏土质地，初始质量含水量（w）在0.25–0.30?g?g^?1之间，对应基质势（h）约?50?cmH₂O。

柱内蒸发速率与供水速率

图6展示了蒸发实验中蒸发速率（E）与供水速率（q_sup）的时序变化示例。与初始饱和样本中E逐渐下降、q_sup上升至稳态的模式不同，本研究中存在q_sup初始高于E而后缓慢下降的情况（图6a）。通过土壤水分特征曲线（公式7）将初始w转换为h后，发现所有土壤初始均处于非饱和状态，这解释了q_sup的异常波动。

结论

本研究定义了基于非破坏性取样的SLC宏观非饱和导水率（^mk_liq），并通过稳态蒸发法测定了MCD为1.7–4.1?cm的原状SLC在低湿度条件下的^mk_liq。结果表明，在相同吸力水平下，MCD与^mk_liq无明确关联，其数值差异维持在一个数量级内，证实厘米级块状结构尺寸对SLC的液态水迁移能力影响有限。