土壤渗水实验装置图

❶ 在做三种土壤渗水性的实验中需改变的条件是什么不变的条件有什么什么什么什么

没有需要改变的条件，不用改变的条件有：加入的水量、土壤的量、开始倒水的时间、倒水的速度、实验环境等。
实验步骤：1、取三个同样大小的透明塑料瓶，去掉底部，用纱布蒙住瓶口，扎好，倒立在支架上，在瓶口下面放一只同样大小的烧杯。2、向三个瓶中分别装进同样多的沙质土、黏质土和壤土，并同时倒入同样多的水。3、对三只烧杯收集到的从瓶中渗出的水，进行比较。

❷ 图1是某位同学做得有关“探究土壤湿度对鼠妇分布的影响”的实验装置图．实验过程是：将20只鼠妇放入此装

（1）将10次统计的湿土和干土中得鼠妇个数所占总数的百分比按照观察次数依次找出对应点如图，然后分别用曲线在图2的坐标图上连线即可．
（2）从曲线上反映出鼠妇在实验数据显示鼠妇大都集中在湿土的一侧，而干燥的土壤中鼠妇很少，故土壤的湿度会影响鼠妇的生活．
（3）在实验装置中设置干土的目的是起到对照的作用．
故答案为：（1）如图所示：a曲线代表湿土中鼠妇的个数占总数的百分比；b曲线代表湿土中鼠妇的个数占总数的百分比．
（2）适于生活在潮湿的土壤里．
（3）对照

❸ 渗水试验

渗水试验是一种在野外现场测定包气带土（岩）层垂向渗透性的简易方法。在研究大气降水、灌水、渠水、暂时性表流对地下水的补给量时，常需进行此种试验。

试验方法主要有试坑法、单环法和双环法，其中，前两种方法多用于粗粒岩石和砂性土，后一种方法主要用于粘性土和其他松散岩层。

（1）试坑法：其方法是在试验层中开挖一个截面积不大（0.3～0.5m²）的方形或圆形试坑，不断将水注入坑中，并使坑底的水层厚度保持一定（一般为10cm 厚，图5-11），当单位时间注入水量（即包气带岩层的渗透流量）保持稳定时，则可根据达西渗透定律计算出包气带土层的渗透系数（K），即：

图5-11 试坑渗水试验示意图

图5-12 双环法试坑渗入试验装置图

1—内环；2—外环；3—自动补充水瓶；4—水量标尺（单位为m）

由于水体下渗时常常不能完全排出岩层中的空气，对渗水试验结果有一定影响。

❹ 水文因素（水、土相互作用模拟实验）

土地是岩溶生态系统的重要组成部分，它提供植物生长所需的水分、营养元素等物质条件和环境，土地质量对岩溶生态系统有显著的制约作用。岩溶地区的土地资源相对非岩溶地区来讲，具有数量少和分布不集中的特点。再加上岩溶区山高坡陡，水土流失严重，以及旱涝灾害频繁，使得岩溶区的土地资源更显珍贵。合理利用有限的土地资源已成为保护岩溶生态环境、实现可持续发展当务之急。为了解决岩溶区普遍存在的干旱缺水问题，各地都在研究开发岩溶地下水或者其他类型的水资源，利用岩溶地下水解决农田灌溉虽能满足作物需水量，但岩溶水是Ca、Mg-型水，且地下水水温在当地年平均气温上下变化，这种水对土壤有什么影响还不清楚。外源水也是岩溶区比较常见的一种水资源，这种水固形物低，pH值低，使用它灌溉会对土壤有何影响?要先回答这些问题，才能更好地、合理地利用岩溶水和外源水资源。为了探讨这个问题我们设计了以下模拟实验。

3.2.3.1 材料和方法

（1）实验材料

土壤：石灰土采自桂林岩溶试验场，成土母岩为泥盆系融县组灰岩。红壤取自云南省石林风景区，成土母岩是峨眉山玄武岩。土壤化学成分见表3-6。

表3-6 实验用土壤主要化学成分（w_B/%）

人工降水：岩溶水取自桂林朝阳乡雍家村峰丛洼地中的表层岩溶泉。外源水取自桂林附近尧山上的天赐泉。两种水水化学分析结果见表3-7。

表3-7 实验用水的主要离子成分及相关指标（ng·L^-1 ）

石灰岩：采用桂林英山融县组石灰岩，石灰岩粉碎成1～2cm的颗粒，并清洗备用。

（2）实验装置

用直径为20.5cm的PVC管截取成35cm和65cm高的圆桶，在桶的一端用15cm宽的塑料板将其分成等体积的两个半圆，再将此端焊接在一块塑料板上，并确保接缝处紧密而不漏水，同时在塑料板上焊接两个水龙头，用来释放土壤溶液（图3-21）。

（3）实验方法

在两个水龙头处放上透水石，在圆桶底部挡板的一侧放10cm厚的石灰岩颗粒，然后分别填上20cm和50cm的石灰土或红壤（没有放岩石的一侧土壤厚度为30cm和60cm）。实验设置了6种处理：

A——20cm红壤浇灌岩溶水；

B——20cm红壤浇灌外源水；

C——20cm石灰土浇灌岩溶水；

D——20cm石灰土浇灌外源水；

E——50cm红壤浇灌外源水；

F——50cm石灰土浇灌岩溶水。

第一天各土柱浇灌相同体积的水，第二天收集水样、分析，由于实验过程中的意外，实验处理B部分数据未能获得。实验在室内进行，时间为2002年7月17日至9月28日，实验期间室内气温30～22℃。

图3-21 实验装置示意图

（4）分析方法

Ca²⁺、浓度使用德国产的 Calcium Test和Alkalinity Test测试盒现场测量；

pH值、水温、电导率用德国产的Mutiline P-3；

气温用水银温度计；土壤溶液体积用量筒。

3.2.3.2 结果与分析

（1）Ca²⁺动态

Ⅰ.外源水加速土柱Ca²⁺的淋出量和速率

各种处理Ca²⁺淋洗的强度变化具有类似的现象，第一次淋洗出Ca²⁺的量都远远高于以后的浓度，这是因为土壤在失去水分后土壤溶液中的溶质并没有随水一起散失，而是吸附在土壤胶体表面上，加入水后，溶质重新扩散到水中，再加上在干燥的土壤上加水，许多水分子被土壤颗粒吸附后变成不流动的水膜，流出来的水量比较小，就这样造成第一次淋洗Ca²⁺浓度特别高的情况。在随后的一次或几次淋洗中Ca²⁺的淋出量都有较大幅度的降低，说明以前残留的Ca²⁺吸附力弱，容易解吸到水中。此后，Ca²⁺浓度又逐渐升高，基本上在实验的第15d达到峰顶位置。Ca²⁺浓度峰值的出现与土壤在实验前受到扰动有关。扰动土壤使胶粒外表面发生变化，原来被胶体牢固吸附的非活性补偿离子层可能变成扩散离子层，导致扩散离子的增加，从而在淋洗开始阶段形成一个高峰。

随后Ca²⁺的浓度变化分为两种情况（图3-22），一种是不断下降型，比如B、D、E、F土柱；一种是稳定型，比如A、C土柱。出现这种现象的原因是采用不同的灌溉用水。用外源水灌溉的B、D、E土柱都属不断下降型，用岩溶水灌溉的A、C土柱都是稳定型。F土柱属下降型的原因是它体积大，扩散层吸附的离子数量多，释放过程比20cm土柱要长，岩溶水的影响退居次要地位。各土柱淋出的Ca²⁺浓度在开始阶段区别明显，高低顺序为F＞E＞C＞D＞A＞B，然后差别渐渐变小。体现体积大的土壤离子交换量大。计算各土柱Ca²⁺的改变量发现（表3-8），在灌溉用水体积和淋出溶液体积基本相同的情况下，岩溶水灌溉的土柱（A、C、F）Ca²⁺改变量比外源水灌溉的土柱（D、E）小得多。E、F土柱由于土壤厚度大，Ca²⁺的改变量比A、C、D土柱要大。从此可以得到以下结论：外源水比岩溶水更有利于土壤盐基离子的淋失。可以预测，如果土壤得到外源水不停地淋洗，土壤的盐基饱和度会下降；而岩溶水可以补充盐基离子，对离子的淋洗具有一定的缓和作用。

表3-8 各土柱灌溉引起的Ca²⁺改变量

图3-22 各土柱Ca²⁺淋失动态

Ⅱ.外源水对土下碳酸盐岩的溶蚀能力更强

同一土柱淋出溶液的Ca²⁺、浓度差比较复杂，并非体现了土壤水的溶蚀能力。比如A土柱，有垫层和无垫层情况Ca²⁺浓度变化规律是一致的。在高峰阶段Ca²⁺浓度有垫层的比没有垫层的高，然后出现相反的现象，最后还是有垫层的较高。两边的变化规律相同，有垫层的一边在开始阶段浓度大于无垫层一边，后来两边的浓度趋于相同。C土柱在Ca²⁺浓度曲线高峰阶段两边几乎相等（图3-23），高峰过后，二者的差距逐渐拉开，有垫层的一边大于无垫层一边。浓度的变化与 Ca²⁺相似，不同的是在高峰阶段有垫层的一边反而小于无垫层一边。有垫层的一半，由于碎石之间的空隙比较大，降水更快地下渗到垫层中，垫层中的温度平均比无垫层的高0.3℃，有垫层一边的淋出液pH值平均为7.35，无垫层的一边pH值为7.74。这些因素的差别都会引起离子交换量的不同，所以Ca²⁺浓度的差异并不仅仅是溶蚀作用引起的。但在各土柱淋溶的最后阶段，有垫层的一边都大于无垫层的，这反映溶蚀作用是存在的。A、C、D、E、F土柱两边淋出Ca²⁺的差别列入表3-9，差别最大的是F土柱，其次为D土柱，最小的是A土柱，C土柱差别小于D土柱，说明外源水经过与土壤的相互作用后，溶蚀能力还是大于岩溶水。

图3-23 A、C土柱有、无垫层的两边Ca²⁺、浓度变化比较

表3-9 各土柱溶蚀量

由于在开放的状态下，CO₂-H₂O-CaCO₃三相不平衡系统与空气中的CO₂之间要达到新的平衡，所以岩溶水Ca²⁺、在实验过程中不断的变化（图3-24，图3-25）。刚取的岩溶水Ca²⁺、浓度最高，以后迅速的降低。但岩溶水的这种变化并没有影响到淋洗出溶液的变化，这是因为土壤对Ca²⁺、具有调蓄的能力，当岩溶水Ca²⁺、较高时，土壤就会吸收一部分离子，当Ca²⁺、离子浓度较低时，土壤释放离子。土壤的这种调蓄能力可能与土壤稳定的CO₂ 浓度有关，因为当CO₂ 浓度保持稳定时，在水分条件不变的情况下CO₂ -H₂ O-CaCO₃ 三相不平衡系统会对外界的影响做出反应，从而保持在一种平衡状态。

图3-24 A土柱土壤淋溶液和降水Ca²⁺浓度变化对比

图3-25 岩溶水淋溶红壤时土壤溶液浓度变化

（2）动态

Ⅰ.不同水质对土柱淋出的影响

石灰土和酸性土淋洗出浓度变化具有不同的规律（图3-26）。石灰土不论是用外源水还是用岩溶水淋洗，在开始阶段有一个高峰出现，在外源水灌溉条件下，高峰后浓度呈不断下降的态势（D土柱），在岩溶水灌溉条件下，峰值过后浓度下降到某一数值后开始保持稳定。例如，C土柱浓度稳定在3mmol/L左右，F土柱保持在4 mmol/L左右。酸性土也不论是外源水灌溉还是岩溶水灌溉，浓度在开始经历了一个上升阶段后开始保持稳定。例如A、E土柱浓度保持在3.5 mmol/L左右。石灰土淋出的溶液浓度有一个峰，这与Ca²⁺类似，不同的是酸性土淋出的Ca²⁺也有一个峰，原因可能是石灰土和酸性土对 Ca²⁺等阳离子的吸附方式相同，对等阴离子的吸附方式不同。计算各土柱的变化量发现（表3-10），A土柱对是吸收的，其他土柱排放，排放量较大的是用外源水灌溉的D、E土柱，较小的是岩溶水灌溉的C、F土柱，说明外源水对的淋洗能力比岩溶水强。同样是岩溶水灌溉的A、C土柱对的吸收情况相反。

表3-10 各土柱的变化量

Ⅱ.碳酸盐岩下垫层对土柱淋出的影响

同一土柱有、无碳酸盐岩垫层的两种情况淋出的差异的规律是：酸性土不论是哪种水灌溉，两种情况淋出的浓度都是逐渐增大后保持稳定，在浓度增大阶段，有碳酸盐岩垫层的浓度比无碳酸盐岩垫层的大，可能是因为在这个阶段的浓度低，溶液具有继续溶蚀的能力。在稳定阶段，已经升高到在现有CO₂分压下溶液不再具有溶蚀能力的程度，所以两者基本相同。石灰土在高峰阶段有碳酸盐岩垫层的浓度比无碳酸盐岩垫层的低，高峰过后，有碳酸盐岩垫层的浓度比无碳酸盐岩垫层的高，这是因为，在高峰阶段，的主要来源是土壤，有垫层的一半的土壤比无垫层的少，并且浓度太高，溶液基本无溶蚀能力，导致浓度较低，高峰后，浓度降低，开始对垫层产生溶蚀，因此导致有垫层的浓度较高。

图3-26 各土柱淋洗溶液浓度变化规律

（3）电导率动态

电导率的变化与Ca²⁺相似（图3-27），说明Ca²⁺在淋出溶液中占主要地位。所有的曲线都是第一次淋出溶液电导率非常高，然后都出现一个高峰，对于无垫层的情况，峰值最大的是F土柱，最小的是A土柱。高峰过后曲线保持稳定或下降。A、C土柱灌溉的是岩溶水，Ca²⁺和可以从水中得到补充，因此电导率保持稳定，F土柱虽然灌溉的也是岩溶水，但是由于淋洗出的离子浓度大，即使有补充也不能保持平衡，D、E土柱用外源水灌溉，土壤吸附的离子不断被淋失。

图3-27 各土柱淋洗溶液电导率变化规律

（4）pH值的变化

各土柱淋出液的pH值相差不大，基本上在7.6～8.0之间波动，显示土壤溶液偏碱性（图3-28）。浇灌的岩溶水pH值平均为7.72、外源水的pH值为6～7。试验结果显示，岩溶水浇灌不会引起土壤酸碱性的显著变化，而外源水浇灌，土壤淋出液的pH值升高，电导率增大，土壤盐基离子淋失，增加土壤酸性，但短时间内，土壤pH值变化不大。

图3-28 各土柱淋洗溶液pH值变化规律

3.2.3.3 几点认识

（1）外源水对土柱的淋洗作用更强

外源水对石灰土和红壤具有强烈的淋溶作用，淋溶前后外源水的物质成分与性质发生了很大的变化。石灰土和红壤淋溶作用发生后外源水Ca²⁺浓度由3.09mg/L平均分别升高到71.4 mg/L、61.9 mg/L，浓度由6.24 mg/L平均升高至201.2 mg/L、127.9 mg/L，电导率由14μs/cm平均升高至374.2μs/cm、301.9μs/cm，外源水对石灰土的淋洗强度大于红壤，因为不论是Ca²⁺、还是电导率，石灰土淋溶溶液都大于红壤。这说明石灰土吸附的 Ca²⁺、比红壤多，且容易发生离子交换吸附。石灰土、红壤 Ca²⁺、淋溶曲线具有相似的变化规律，说明离子交换吸附的机理相同。石灰土和红壤的淋溶溶液pH值由6.67升高至7.70和7.74，说明H⁺与其他阳离子发生交换，降低了土壤的盐基饱和度。

（2）岩溶水淋洗下土壤性质的变化

在Ca²⁺浓度出现高峰的阶段，石灰土淋溶溶液Ca²⁺浓度大于红壤淋溶溶液，在高峰过后至实验结束前，红壤淋溶溶液Ca²⁺浓度大于石灰土，在实验结束时，二者趋向相同。但最终石灰土淋出Ca²⁺比红壤稍微大一点，浓度和电导率变化具有与Ca²⁺类似的现象，这说明对岩溶水来讲，石灰土和红壤离子交换机理是不一样的。最终红壤对是吸附的，对Ca²⁺是解吸的，石灰土的Ca²⁺、在岩溶水淋溶下是流失的，这说明红壤本身也吸附大量的Ca²⁺，吸附的量较少。

（3）岩、土界面离子交换

岩、土界面环境与土壤环境有区别。一个土柱用一块板分隔成两半，一边是岩、土相接触的环境，一边是纯粹的土壤环境。两种环境在空隙体积、温度、pH值上不同，这种差别会导致离子交换的不同。如果单纯地将土柱两边淋出Ca²⁺的量差当作是溶蚀作用引起的，那么，外源水对石灰土下垫层的溶蚀能力强于岩溶水。

（4）土壤厚度对离子交换的影响

土壤厚度增加会引起离子交换量的增加。使用同样体积的岩溶水淋溶C、F土柱，结果F土柱Ca²⁺的变化量是C土柱的8倍，的变化量是C土柱的4.4倍。