Mục lục bài họcĐang ở d04-b3
Soil Texture, Permeability, Infiltration and Groundwater
Texture decides almost everything
Soil texture is the proportion of sand ($0{,}05$–$2$ mm), silt ($0{,}002$–$0{,}05$ mm) and clay (under $0{,}002$ mm). The three fractions always sum to $100\%$, so two values give the third. Because particle size sets pore size, texture controls two properties that pull in opposite directions:
- Permeability — how fast water moves through. Large pores between sand grains drain fast; clay pores are tiny, so water moves slowly.
- Water-holding capacity — how much water is retained against gravity. Clay holds the most, sand the least.
The best agricultural soil is loam, roughly $40\%$ sand, $40\%$ silt, $20\%$ clay: enough clay to hold water and nutrients, enough sand to drain and to let roots breathe. Clay soils hold plenty of water but much of it is bound so tightly that plants cannot extract it, so plant-available water peaks in loams, not in clays.
Where the water goes
Rain that reaches the ground either infiltrates, runs off, or evaporates. Water that infiltrates past the root zone percolates down to the water table, the top of the saturated zone. A permeable saturated layer that yields useful water is an aquifer; a confined aquifer sits under an impermeable layer and is recharged only where that layer reaches the surface. A watershed is all the land draining into one river. When infiltration is reduced by compaction or paving, the same rainfall produces more runoff, more flooding and less recharge.
Kết cấu quyết định gần như mọi thứ
Kết cấu đất là tỉ lệ ba cấp hạt: cát ($0{,}05$–$2$ mm), thịt ($0{,}002$–$0{,}05$ mm) và sét (dưới $0{,}002$ mm). Ba phần luôn cộng đúng $100\%$, nên biết hai là suy ra cái thứ ba. Vì cỡ hạt quyết định cỡ lỗ rỗng, kết cấu chi phối hai tính chất kéo ngược chiều nhau:
- Độ thấm — nước đi qua nhanh chậm ra sao. Lỗ lớn giữa các hạt cát thoát nước rất nhanh; lỗ trong sét nhỏ li ti nên nước đi rất chậm.
- Khả năng giữ nước — giữ lại được bao nhiêu nước chống lại trọng lực. Sét giữ nhiều nhất, cát giữ ít nhất.
Đất nông nghiệp tốt nhất là đất thịt pha, khoảng $40\%$ cát, $40\%$ thịt, $20\%$ sét: đủ sét để giữ nước và giữ dinh dưỡng, đủ cát để thoát nước và cho rễ thở. Đất sét giữ rất nhiều nước nhưng phần lớn bị hút chặt tới mức cây không rút ra được, nên lượng nước cây dùng được đạt đỉnh ở đất thịt pha chứ không phải ở đất sét.
Nước đi đâu
Nước mưa xuống mặt đất thì hoặc thấm, hoặc chảy tràn, hoặc bốc hơi. Phần thấm qua khỏi tầng rễ sẽ ngấm sâu xuống tới mực nước ngầm — mặt trên của đới bão hoà. Tầng bão hoà đủ thấm để cho nước dùng được gọi là tầng chứa nước; tầng chứa nước có áp nằm dưới một lớp không thấm và chỉ được bổ cập ở nơi lớp đó lộ ra mặt đất. Lưu vực sông là toàn bộ phần đất đổ nước về cùng một dòng sông. Khi đất bị nén chặt hoặc bị bê tông hoá, cùng một trận mưa sẽ cho nhiều dòng chảy tràn hơn, ngập nhiều hơn và bổ cập ít đi.
(a) Một vòng đo thấm có tiết diện $78{,}5$ cm$^2$. Đổ $785$ mL nước, toàn bộ thấm hết trong $5$ phút. Tính tốc độ thấm theo cm/giờ.
(b) Tầng rễ dày $30$ cm. Độ ẩm ở sức chứa đồng ruộng là $25\%$ thể tích, ở điểm héo là $10\%$ thể tích. Tính lượng nước cây dùng được, theo mm.
(a) Bước 1 — đổi thể tích ra bề dày. $785$ mL $=785$ cm$^3$. Chia cho tiết diện:
$$d=\frac{785}{78{,}5}=10\ \text{cm}$$
Bước 2 — chia cho thời gian.
$$\text{tốc độ}=\frac{10\text{ cm}}{5\text{ phút}}=2\ \text{cm/phút}=120\ \text{cm/giờ}$$
Con số này rất cao, đặc trưng cho đất cát; đất sét nén chặt thường dưới $1$ cm/giờ.
(b) Bước 1 — lấy hiệu hai độ ẩm. Nước cây dùng được nằm giữa sức chứa đồng ruộng và điểm héo:
$$25\%-10\%=15\%$$
Bước 2 — nhân với bề dày tầng rễ.
$$0{,}15\times 30\text{ cm}=4{,}5\text{ cm}=45\ \text{mm}$$
Nghĩa là sau một lần tưới đầy, tầng rễ chứa $45$ mm nước cây rút được. Nếu cây thoát $5$ mm mỗi ngày thì ruộng cầm cự được $9$ ngày trước khi phải tưới lại.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Unit 4 — Earth Systems and Resources gồm 14 câu trắc nghiệm và 4 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.