我們中的大多數人都不把降雨當回事，也不關心它流去哪里了，除非它引發了洪水或滑坡。但是土壤科學家們已經花了幾十年的時間來研究水是如何流經或穿過土壤的。堪薩斯大學教授Daniel Hirmas和他的研究團隊正在開啟一個新領域的研究，進行土壤水文研究，這項研究能夠幫助土壤科學家更好地管理水資源。
為什么Hirmas要試圖預測水在土壤中的運動呢?
“有多方面的原因，需要我們準確地預測水流量。更好地管理水資源是其中一個，”Hirmas說。
農業生產中的水流會產生很多問題：在干旱地區，我們能正確地預測我們土壤含水層的補給率嗎?也許可以更有效地利用水資源來進行糧食生產，或者預測一個地區如何應對氣候變化。此外，我們還能更好地預測地表水徑流和土壤侵蝕、沉積以及地表水水庫的淤積。最后，我們可以預測植物的營養物質如何在土壤環境中傳輸。
土壤是由沙子、淤泥和粘土顆粒組成的。而且土壤中也含有有機物質，如分解的凋落物、土壤微生物、其它有機物和根系。其它組成部分是空氣和水。
Hirmas一直在研究水在土壤中運動的難易程度，稱為傳導率。這通常發生在較大的空間里，土壤大孔隙中，這樣的空間能夠幫助水通過土壤。
“土壤結構會影響水在土壤中流動的難易程度。這就是所謂的‘水力傳導率’”，Hirmas說。“傳導率是土壤的一個特性。它會影響水是否能快速地在土壤中流動。飽和導水率是指土壤中的水分飽和時，土壤的導水率。在這種情況下，所有的土壤孔隙都充滿了水。”
由于復雜的幾何形狀和科學性質，土壤孔隙大小對導水率特別重要。簡單地說，與孔隙小的土壤相比，土壤孔隙大兩倍的土地，在同一時間量里，它的水流量要高出16倍。
土壤科學家將這種水運動方式稱為優先流。Hirmas解釋說：“在這種情況下，優先流意味著很大一部分水將流過數量較少的大孔隙。也就是說，大孔隙優先運送了大部分的水。”
Hirmas一直使用一種叫做多線激光三角掃描儀(MLT)的特殊工具。這個掃描儀最初是為了工程目的而開發的。Hirmas調整了它的使用方式，用于土壤孔隙和優先流研究 。
為了確定MLT掃描儀是否可以用來預測優先流，Hirmas設計了一項研究。研究團隊對飽水土壤取樣，并讓藍色染料流過樣品。開發了這樣一個易于識別的、可視化的模式。變藍的土壤區域代表它具有較大的孔隙。這些孔隙讓染色水經過，這就是優先流模式。接下來，他們把相同的土壤再次樣品，使用MLT掃描。激光掃描模式與染色模式的研究結果高度一致。
MLT掃描技術為土壤水文領域的研究人員提供了一個有力工具。“相比于飽水土壤，當土壤干燥時，MLT掃描技術在檢測和土壤大孔隙測繪方面表現的更好，” Hirmas說。利用數學工具來解釋兩種狀態土壤之間的差異，Hirmas可以預測水運動。
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