Profil gleby i wprowadzanie wody: jak woda przepływa przez horizonty O/A/B/C/R

Horizony: gleba nie jest jednym materiałem

Wyciągnij pionową ścianę z nienaruszonego gruntu i zobaczysz warstwy, a nie jednolite bloki. O horizon (warstwa organiczna) to loza opadów; A horizon (topsoil) mieszany jest materiałem organicznym ze grzybami mineralnymi i przechowuje większość korzeni i biologii; B horizon (subsoil) to miejsce, w którym kwas żelazny, glina i rozpuszczone minerały akumulują się podczas przepływu wody i jej sublimacji; C horizon to odsolony rodzicówki; R to niesolona skała podłoża. Każda warstwa ma swoje własne struktury teksturalne, gęstości masowej i struktur porenowych, dlatego woda nie przepływa przez profil glebowy z jednolitym prędkością — przepływa przez stos różnych rur.

Front wilgotności i równanie Richarda

Poniżej poziomu gęstości wilgotności ujemnej (field capacity), woda w glebie jest niezeszyciona: zapełnia tylko część przestrzeni porowatych, przeciwdziałając mocy ciężkości przez adhersencję capillary. Fizyka opisana jest równaniem Richarda, nieliniową równością rozprzestrzeniania się dla zawartości wilgotności volumetric water content (θ):

∂θ/∂t = ∂/∂z [ K(θ) · ( ∂ψ(θ)/∂z + 1 ) ] θ = zawartość wilgotności volumetric water content K(θ) = niezeszyciona przepustowość hydraulic conductivity (wysoką sięga szybko z θ) ψ(θ) = adhersenckie napięcie matrycy (potencjał capillary, ujemny, rośnie ku 0 przy θ→zeszycenie) z = głębokość (pozytywna w dół) K(θ) może się różnić o cztery lub pięć rzędy wielkości między suchej a zeszyceniem gleby, co jest powodem tak ostrożnej postawy frontu: przed frontem, gleba suchej przepuszcza praktycznie nic, więc woda zgromadzona jest za prawie pionową granicą wilgotności i ta granica naprzód postępuje prawie jako jednolite płaszczyzny. Gleby sztajnowate mają duże, dobrze połączone przestrzenie porowate, więc K jest wysokie i front jest szybki i rozpraszony; gleby gladowe mają małe przestrzenie porowate i wysokie adhersenckie napięcie, więc K jest niskie i front jest wolny i ostrzyżony.

∂θ/∂t = ∂/∂z [ K(θ) · ( ∂ψ(θ)/∂z + 1 ) ]

θ  = volumetric water content
K(θ) = unsaturated hydraulic conductivity (rises steeply with θ)
ψ(θ) = matric suction (capillary potential, negative, rises toward 0 as θ→saturation)
z  = depth (positive downward)

Green-Ampt: skróty inżynierskie

Rozwiązanie równania Richarda numerycznie jest drogowskazem, dlatego hydrologowie często korzystają z modelu Green-Ampt, który idealizuje front wilgotności jako przeskok: gleba ponoć całkowicie wodna powyżej głębokości L(t), a gleba suche niżej. Zasada zachowania mas i prawo Darcego dają to prostą równanie różniczkowe opisujące, jak szybko descender przesuwa się, a integrowanie tego równania daje akumulowaną infiltrację jako funkcję czasu, naprężenia matrycznego na froncie i różnicy między wilgotnością zatopioną/początkową. Model ten powtarza dwie charakterystyczne zachowania infiltracji: wysoki początkowy stopień, gdy cała kolumna gleby oferuje małą oporowość, a następnie spadający ku konkretnemu przepustowościowi hydraulicznemu Ksat wraz z rozszerzeniem długości kolumny wilgotnej i zdominowaniem grawitacji jako jedynego pozostającego motywatora.

Dlaczego składniki węglowodanowe uleczają

Zsolwane składniki węglowodanowe — głównie azotat, ponieważ nosi ładunek ujemny, który nie atrakcyjnuje większości koloidów gleby — poruszają się podobnie do moluwikian, proces nazywany adwentcją. Szybka i głęboka fronta wilgotności po deszczach intensywnych lub nadmiernym nawadnianiu może przepłynąć azotat poza zasięg korzeni przed tym, jak rośliny zdążą go wziąć do użycia, co jest zarówno stratą nawozu, jak i ściekowymi ścieżkami kontaminacji. Fosforyt i amoniak zachowują się inaczej: przylęgają do gliny i materiału organicznego (adsorpcja), dlatego uleczają się mucha i zamiast to, aby zanikać, akumulują się w warstwie B, co dokładnie jest powodem, dla którego warstwy B opisuje się jako zasięg profilu odsolwiania.

Zmiany w strukturze w praktyce

Struktura ustawia ogólną kształt krzywej. Piasek ma duże krople, duży porowatność, niski suchość i wysoki Ksat, co sprawia, że woda wpływa szybko i odpływa również szybko, dając niską zdolność do przechowywania wody i wysoką ryzyko leczenia. Gliny ma małe krople i porowatność, bardzo wysoki suchość i niski Ksat, co sprawia, że wpływanie jest wolne, a zatonanie i odpływ są powszechnymi zjawismi, ale po wypychaniu profil przechowuje wodę i substancje mineralne znacznie dłużej. Płyniec leży między tymi dwoma typami i jest ceniony rolnictwem właśnie na to równowagę — wpływa szybko dość, aby uniknąć odpływu, ale przechowuje wystarczającą ilość wody i substancji mineralnych między deszczami, aby wspierać wzrost korzeni.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Soil Profile i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.