單軸壓縮對孔隙尺寸分佈的影響 以bi-modal土壤為例 Soil & Tillage Research 86 (2006) 27-37 The influence of uniaxial compression upon pore size distribution in bi-modal soils 單軸壓縮對孔隙尺寸分佈的影響 以bi-modal土壤為例 Soil & Tillage Research 86 (2006) 27-37 碩士班一年級 陳品岡 79842017

大綱 前言 簡介 材料與方法 結果與討論

前言 在孔隙系統中，孔隙尺寸分佈、形狀和配置是基礎土壤特性中，影響土壤水力學的主要功能。 其作用在傳輸水、氣體、溶解於不溶解的化學成分。 此篇研究的目標在於用單軸壓縮試驗改變土壤孔隙系統，並且縮小範圍只用於有bi-modal性質的土壤，運用在對數正態模式圖(log-normal modal)上。

簡介 bi-modal 雙峰模式 一連串的數字排列，此排列有兩個常常密集產生的值。 在本研究內選用的土壤，在土壤孔徑分佈圖上呈現的是兩個峰值的曲線。 延伸：mono-modal 單峰 tri-modal 三峰 (通常無結構的孔隙分佈會呈現mono-modal)

Martix pore 基質孔隙 Structural pore 結構孔隙 指在團粒內或土塊內的孔隙，其主要特性為影響土壤的水靜力學與流體力學。 本研究裡假設基質孔隙不包含較”粗”孔隙，因為粗孔隙會造成團粒結構不穩定。 Structural pore 結構孔隙 指在團粒與團粒或土塊間產生的孔隙，主要受到團粒大小、外型或該土壤的化育影響，一小部分的結構孔隙是未成熟土壤微生物(pedo-edaphon)所造成的。

分析土壤孔隙方法 直接法： 將未擾動的土壤切成細薄片，用顯微鏡觀察其結構(Pagliai and Vignozzi, 2002)。 間接法有兩種： 應用土壤水分特性曲線的排水曲線做進一步的分析。 應用水銀孔隙度法。 間接理論都須假設土壤中的孔隙是類似毛細管構造。 運用拉普拉斯方程式計算土壤基質勢能

材料與方法 土樣：希臘 氣候：地中海型氣候 特性：有bi-modal特性之土壤 樣本大小為 100cm³ 室內濕度 50%

(Othmer et al. (1991) and Zeiliguer (1992)) and = 土壤水分含量 = 飽和水分含量 = 殘餘土壤水分含量 = 平均壓力頭 = 壓力頭 S 為相對飽和度 i = 1 代表 matrix pores = 2 代表 structural pores. (Othmer et al. (1991) and Zeiliguer (1992)) and 實驗值

土壤名稱 土壤特性 預壓 (kpa) Loamy sand Entisol 壤質砂土 (新成土) 結構發育不良 團粒穩定度低。 不超過 100kpa Sandy loam Entisol 砂質壤土 (新成土) 大約 100kpa Sandy clay loam Alfisol 砂質黏壤土 (淋溶土) 團粒穩定度高 無耕作15年 大約 200kpa Sandy loam Alfisol 砂質壤土 (淋溶土) 冬小麥耕作後取用 Clay loam Vertisol 黏質壤土 (變性土)

壓力頭–pF指數–孔隙半徑對照表 單位水柱高度 h (cm) 水柱高度對數 (pF) 土壤水分吸力氣壓 (bar) 毛細管半徑 r (μm) 1 10 100 330 1,000 10,000 15,849 2 2.54 3 4 4.2 0.001 0.01 0.1 0.33 1.0 15 1470/1 1470/10 1470/100 1470/330 1470/1,000 1470/10,000 1470/15,849 ( 水溫 20°C )

結果與討論 1.土壤水分特性曲線 相對飽和度S(h) 與壓力頭(h) 將實驗數據做成水分特性曲線，運用曲線擬合，將水分特性曲線與其導數置放在同一圖中，比較新成土與淋溶土兩者再壓縮後產生的差異。 新成土(Entisol)結構發展與團粒穩定度差， 淋溶土(Alfisol)有穩定度高的土壤團粒。 由圖1與圖2.3比較

經過單軸壓縮後的新成土出現了tri-modal的現象，且其壓縮前後的曲線差異大。 圖1. 土壤水分特性曲線 S(h) 與其導數曲線 dS/d(ln h) 對照壓縮0kPa 與 300kPa。 此土壤團粒穩定度差。 圖2. 土壤水分特性曲線 S(h) 與其導數曲線 dS/d(ln h) 對照壓縮0kPa 與 300kPa。 此土壤結構發展良好且團粒穩定度高。 經過單軸壓縮後的新成土出現了tri-modal的現象，且其壓縮前後的曲線差異大。 淋溶土壓縮前後則並無太大變化出現了，顯示了結構發展與團粒穩定度對於壓縮產生的影響。 圖3. 比圖2的黏粒成份少一些，但其水分特性曲線與壓縮後的曲線與圖2差異極小。

1.土壤水分特性曲線結果分析 對於結構發展良好與團粒穩定物高的土壤來說，單軸壓縮試驗對其的影響甚小。 換句話說，對結構發展差與團粒穩定度差的土壤來說，單軸壓縮試驗對其影響是明顯且清楚的。

2.分離基質形態與結構形態的孔隙。 總孔隙度壓縮 前與壓縮後的 基質孔隙與結 相對質 構孔隙的排水 壓力頭分界線 約2.5μm 136 215

Entisol 的團粒穩定度低，故再壓縮的表現奇特。

對於結構發育不良的土壤，經過單軸壓縮後，孔徑分佈會產生很大的改變。

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