Анализ масштаба и представительного элементарного объёма (REV) для оценки пористости и связности пор в ненарушенной почве

Образцы почвы объёмом приблизительно 100 мл обычно используют для измерения свойств почвы, необходимых для параметризации континуальных моделей процессов переноса в почве. Необходимое предположение о том, что отобранный объём почвы соответствует представительному элементарному объёму (REV), проверялось лишь в отдельных исследованиях. Кроме того, немногочисленные исследования, выполненные к настоящему времени, были сосредоточены на интегральных свойствах, таких как пористость и объёмная плотность, и не рассматривали масштабную зависимость связности порового пространства, которая имеет фундаментальное значение для таких транспортных свойств, как проницаемость почвы. В настоящем исследовании мы изучали масштабную зависимость морфологических свойств порового пространства почвы в 25 ненарушенных почвенных колонках, отобранных на пяти различных глубинах (8, 23, 33, 53 и 73 см) на экспериментальном участке в южной Норвегии (Скутеруд). Анализ масштабной зависимости проводили для областей интереса размером 40 × 40 × 40 мм³, выделенных из бинаризованных рентгеновских изображений с разрешением 40 мкм. Основное внимание уделяли визуализированной пористости и трём показателям связности порового пространства: вероятности соединения, числу Эйлера–Пуанкаре и критическому диаметру пор. Поскольку связность поровой сети зависит от масштаба, а связность крупных пор оказывает очень сильное влияние на проницаемость почвы, анализ проводили для трёх контрастных минимальных диаметров пор — 80, 250 и 500 мкм. Мы обнаружили, что связность пор возрастала с увеличением масштаба, преимущественно вследствие присутствия пор диаметром менее 0,25 мм. Это подчёркивает важность разрешения изображений при анализе масштабной зависимости. Кроме того, мы наблюдали, что как среднее значение, так и стандартное отклонение критического диаметра пор увеличивались с масштабом, что может объяснять, почему среднее значение и стандартное отклонение насыщенной гидравлической проводимости часто также увеличиваются с масштабом. Для макропористости был выявлен диапазон представительного элементарного объёма (REV) приблизительно от 15 до 65 мм. Этот диапазон уменьшался с увеличением минимального диаметра пор. Предоставленная аннотация обрывается на полуслове.