Поліп та інфільтрація ґрунту: Як вода рухається через горизонти

Горизонти: ґрунт – не єдина речовина

Розкопайте вертикальну стіну в неупорядкованому ґрунті і побачите шари, а не однорідний блок. Горизонт O - це вільне органічне листя; горизонт A (верхній ґрунт) змішує цю органічну речовину з мінеральними частинками та утримує більшість коренів і біології; горизонт B (підпір) – це місце, де накопичуються глина, оксиди заліза та розчинені мінерали, коли вода проходить через нього і випаровується; горизонт C - це зруйнований батьківський камінь. R є незруйнованим скельним шаром. Кожен горизонт має свою текстуру, щільність і структуру пор, тому вода не проходить крізь профіль ґрунту з однаковою швидкістю — вона проходить через стовп різних труб.

Поверхневий фронт та рівняння Річардса

Нижче межі вологості, вода в ґрунті є нерозбавленою: вона заповнює лише частину порівняльного простору, утримуючись від гравітації капілярним притяганням. Фізика визначається рівнянням Річардса, нелінійним дифузійним рівнянням для об'ємного вмісту води θ:

∂θ/∂t = ∂/∂z [ K(θ) · ( ∂ψ(θ)/∂z + 1 ) ] θ = об’ємний вміст води K(θ) = нерозбавлена гідравлічна проникність (різко зростає з θ) ψ(θ) = капілярний потенціал натягу (від'ємний, зростає до 0 при θ→ насиченість) z = глибина (позитивна вниз) K(θ) може змінюватися в чотири чи п’ять порядків величини між сухим і насиченим ґрунтом, що пояснює різкість переднього краю інфільтрації: сухий ґрунт попереду фронту майже нічого не проводить, тому вода накопичується за майже вертикальною межею змочування, і ця межа рухається майже як окремий лист. Піщані ґрунти мають великі, добре з’єднані пори, тому K високий і фронт швидкий та розмитий; глинисті ґрунти мають малі пори та високе натягнення, тому K низький і фронт повільний і гострий.

∂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)

Симуляція радіоактивного розпаду

Розв’язування рівняння Річардса чисельно є дорогим, тому гідрологічні інженери часто використовують модель Грін-Ампта, яка ідеалізує наступаючий вологий фронт як крок: повністю насичена ґрунт вище глибини L(t), не торкається сухого ґрунту нижче. Масова баланс та закон Дарсі дають просте диференціальне рівняння для того, як швидко спускається фронт, а інтегрування його дає кумулятивне інфільтрування як функцію часу, матричну втягненість на передньому краї та різницю між насиченим і початковим вологоміром. Це відтворює дві характерні поведінки інфільтрації: високий початковий рівень, коли весь ґрунтовий стовп пропонує мало опору, що поступово зменшується до провідності гідравлічного опору Ksat, коли довгий змочений стовп стає єдиним рушієм гравітації.

Чому поживні речовини вимиваються

Розчинені поживні речовини — нітрати передусім, оскільки вони несуть негативний заряд, який більшість ґрунтових сульфатів не притягує — рухаються приблизно з тією ж швидкістю, що й молекули води навколо них, процес, який називається адвекцією. Швидкий, глибокий прошарок змочування після сильного дощу чи надмірного зрошення може перенести нітрати за межі кореневої зони ще до того, як рослина матиме шанс їх засвоєння, що є втратою добрива та шляхом забруднення ґрунтових вод.

Фосфати та амоній поводяться інакше: вони зв’язуються з глиною та органічною речовиною (адсорбція), тому вимиваються набагато повільніше і накопичуються в горизонті B, що й пояснює те, чому горизонт B описується як зона ілювіації профілю.

Які зміни тексту власти характеризують

Текстура визначає загальну форму кривої. Пісок має великі зерна, великі пори, низький рівень притягування та високу коефіцієнтність проникнення води (Ksat), тому вода швидко проникає та швидко дренується, що призводить до низької здатності утримувати воду та високого ризику вимивання. Глина має маленькі зерна та пори, дуже високий рівень притягування та низьку коефіцієнтність проникнення води (Ksat), тому проникнення відбувається повільно, часто спостерігаються застої під поверхнею та відведення води, але після зволоження профіль утримує воду та поживні речовини набагато довше. Суміш ґрунтів (лоам) знаходиться між цими двома і є агрономічно цінною саме завдяки цьому балансу – швидко просочується, щоб запобігти відведенню води, але при цьому утримує достатньо води та поживних речовин між дощами для підтримки росту коренів.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Soil Profile і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.