土壌水分特性との関連による森林土壌のガス拡散係数の解析

森林土壤气体扩散系数与土壤水分特征的关系分析

• 批准号: 10760094
• 负责人: 小杉 賢一朗
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10760094/
• 关键词: 土壌ガス拡散係数; 森林土壌; 土壌水分特性曲線; 透水係数; 土壌間隙構造

本年度の研究では、まず森林土壌の水分特性を指標化する目的で,雨水貯留量指標Sを提示した。Sは,土層の下端に定常地下水面があり,土層内の水分移動が無い状態から一定強度の雨を継続してかけた場合に土層内に貯留される水分量という,明確で平易な物理的意味を持つ。Sの妥当性を検討するために,団粒状構造およびカベ状の森林土壌の典型的な水分特性を用いて,鉛直浸透過程の数値シミュレーションを行った。その結果,より大きなSを持つ団粒状土壌が,降雨中により多くの雨水を土層内に貯留し降雨終了後に徐々に流出させることが示され,Sの有用性が確かめられた。次に、土壌の不飽和透水係数を表現するためのより一般化されたモデルの開発を行った。これまで、土壌の孔隙構造を解析することによって、不飽和透水係数を表すモデルが幾つか提示されたいたが、全ての土壌に適用可能なものではなかった。本年度の研究では、土壌孔隙の連結特性を表現する新たなパラメータを1つ加えることで、モデルの適合性が大きく向上することを示した。以上の結果により得られた土壌水分特性の評価手法を用いて、土壌のガス拡散係数と水分特性の関連を解析した。風化花崗岩を母材とし、団粒化の発達具合の異なる森林土壌について計測されたガス拡散係数と気相率の関係は、両対数グラフ上で概ね直線となり、Currieの示した式の適用が可能であることが示された。また、土壌水分特性曲線(圧力水頭と含水率の関係)が森林土壌化の違いにより大きく変化する一方で、ガス拡散係数と気相率の関係はそれほど大きな違いを示さないことがわかった。さらに発泡煉石を用いた土壌改良の結果、一定気相率に対するガス拡散係数の値が増加するが、圧力水頭とガス拡散係数の関係に大きな変化は生じないことがわかった。

在今年的研究中，我们首先介绍了雨水保留指数，以索引森林土壤的水分特征。 S具有清晰而简单的物理含义：当从土壤层的底部连续使用恒雨强度时，土壤层中存储的水分量，土壤层内没有水分转移。为了研究s的有效性，使用围墙森林土壤的团聚结构和典型的水分特性进行了垂直穿透过程的数值模拟。结果表明，降雨结束后，较大S的聚集土壤会在降雨期间积累更多的雨水，并在降雨完成后逐渐排水，这证实了S的有用性。接下来，开发了更概括的模型来代表土壤的不饱和水生皮系数。到目前为止，已经提出了几种模型来通过分析土壤的孔结构来代表不饱和的水生皮系数，但它们并不适用于所有土壤。今年的研究表明，添加一个表达土壤孔连接性能的新参数可显着提高模型兼容性。使用上述方法评估土壤水分特征，我们分析了气体扩散系数与土壤的水分特性之间的关系。使用风化的花岗岩作为基础材料通常在对数图上的森林土壤中测量的气体扩散系数和气体相位速率之间的关系，表明可以应用Currie所示的方程。此外，发现尽管土壤水分特性曲线（压力头和水分含量之间的关系）由于森林污染的差异而显着变化，但气体扩散系数与气体相比之间的关系并没有显示太大差异。此外，由于使用泡沫砖改善了土壤的结果，气体扩散系数对于恒定气相比率增加，但发现压力头与气体扩散系数之间的关系没有显着变化。

项目成果

小杉賢一朗: "森林土壌の雨水貯留能を評価するための新たな指標の検討"日本林学会誌. 81・3. 226-235 (1999)

小杉健一郎：“评估森林土壤雨水储存能力的新指标的研究”日本林业学会杂志81・3（1999）。

K.Kosugi: "General Model for Unsaturated Hydraulic Conductivity for Soils with Lognormal Pore-Size Distribution"So:l Science Society of America Journal. 63・2. 270-277 (1999)

K. Kosugi：“具有对数正态孔径分布的土壤的不饱和水力传导率的一般模型”So：l 美国科学学会杂志 63・2（1999 年）。