羥丙基甲基纖維素作土壤改良劑對土壤溶質運移的影響

吳軍虎，任 敏

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羥丙基甲基纖維素作土壤改良劑對土壤溶質運移的影響

吳軍虎，任 敏

（西安理工大學西北旱區生態水利國家重點實驗室，西安 710048）

羥丙基甲基纖維素（hydroxypropyl methyl cellulose，HPMC）是一種潛在的土壤改良劑，加入土壤中后具有明顯的減滲效果，對緩解黃土高原水土養分的流失具有重要意義。該文通過在土壤中施加不同含量的HPMC，研究HPMC對土壤溶質遷移特性的影響。結果表明：1）HPMC質量分數在0～0.5 g/kg范圍內，飽和導水率隨HPMC添加量增大而逐漸減小，0.5 g/kg組相比未添加HPMC的空白組降低37.3%；土壤中保守性溶質的運移速度顯著降低；隨HPMC添加量增加，溶質的初始和完全穿透時間明顯推遲，穿透總歷時延長；2）CDE方程和兩區模型均能較好地模擬在土壤中添加不同含量HPMC時溶質的運移狀況，2種模型的擬合曲線也均能與實測曲線較好吻合，但兩區模型的模擬精度更高。3）基于兩區模型的參數擬合結果，隨HPMC添加量的增加，平均孔隙水流速越小，水動力彌散系數、彌散度和質量交換系數均增加，而土壤可動水體的含水量比率逐漸減少。

溶質；模型；土壤；羥丙基甲基纖維素；飽和導水率；穿透曲線；對流彌散方程

0 引 言

羥丙基甲基纖維素（hydroxypropyl methyl cellulose，HPMC）是各類纖維素中用途最廣、性能最優的品種之一，屬于非離子型纖維素混合醚中的一種。HPMC安全無毒，具有廣泛的耐酶性和黏結性，由于羥基和羥丙基的親水性，HPMC具有良好的持水性能[1-2]。王昕昕等[3]發現HPMC的持水性能對于降低面團中可凍結水含量和提高酵母細胞在凍藏過程中的存活率效果顯著。劉海燕等[4-5]研究表明，添加適量的HPMC能有效提高面包的焙烤品質，改善其質構特性，增加彈性和內聚性能，顯著降低面包的硬度和咀嚼性，并有較好的抗老化效果。在食品包裝材料上添加改性纖維HPMC使得大豆分離蛋白復合膜的實際應用價值增加，具有良好的開發利用前景[6]。

HPMC來源豐富可再生，環境友好，且生物可降解，與離子型纖維素醚相比，HPMC不與重金屬發生反應，且具有酸堿穩定性。在農業生產中，由于其良好的水溶、分散、增稠、保水和成膜性能，HPMC作為水溶性高分子材料形成的包衣薄膜無色無味、堅韌、透明度好，廣泛地用作藥物包衣和緩釋制劑的控速聚合物材料，在縮短成膜時間、降低脫落率和提高均勻度方面有較為明顯的效果[7]。王海燕[8]研究發現，HPMC包衣后能延緩種子萌發，有利于提高種子耐儲存性，且在土壤中HPMC可被微生物有效降解，環境相容性好，是良好的種衣成膜劑材料。

近年來，水土流失和大量的不合理耕種現象造成了大量的養分流失和水體污染，深入研究土壤溶質的遷移機制，保持水土及減緩養分在土壤中的無效流失具有深遠的意義，且數學模型在深入研究溶質在多孔介質中的遷移中發揮了重要的作用[9-10]，其中傳統對流-彌散模型和兩區模型的應用最為廣泛。已有研究表明，HPMC等凝膠狀保水劑對土壤水分的保持具有明顯的改善效果[11]，但對土壤養分運動及溶質遷移影響內在機理方面的研究相對較少。基于HPMC的黏結性、持水性、pH穩定性和生物可降解等各項優良性能，若將HPMC應用于土壤養分流失及重金屬吸附過程的研究，并借助數學模型分析其變化規律和內在機理，可為提高土壤保水保肥性能，改善水土養分流失現狀提供思路和方法。因此，本文研究HPMC對溶質遷移的影響，旨在為治理水土流失提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試土樣

試驗用土采樣時間為2017年9月，采樣地點為中科院長武農業生態試驗站（35°12￠N、107°40￠E）空閑農田耕作表層0～20 cm的土壤，用英國馬爾文公司生產的Mastersizer 2000激光粒度分析儀對供試土壤做顆粒分析，待測土壤黏粒（<0.002 mm）質量分數為6.83%，粉粒（0.002～<0.02 mm）為93.08%，砂粒（0.02～<2 mm）為0.09%。依據國際制土壤質地分類標準，供試土壤屬于粉砂質壤土。利用環刀法測容重，測得供試土壤容重為1.31 g/cm3。土壤的飽和含水率為42%，利用van Genuchten模型擬合土壤水分特征曲線參數的方法得到殘余含水率為1.2%。將供試土壤碾碎，除去其中的碎石，枯草及根系殘留物等雜質，風干后過2 mm篩備用。

1.1.2 HPMC理化特性

HPMC是一種半合成的纖維素醚聚合物，可溶于一定濃度的酒精、丙醇、二氯乙烷溶液，性質較為穩定，膠體溶液具有一定黏彈性。HPMC常溫下為固體顆粒或纖維狀白色粉末，不相容于強氧化劑，固體易燃。HPMC的表觀密度（也叫視密度，指自然條件下單位體積的干質量）通常為0.5 g/cm3左右，相對密度為1.3，在180～200 ℃范圍內易變色，在280～300 ℃范圍內易炭化，22 ℃條件下濃度為2%的水溶液HPMC黏度在5～2×105mPa·s范圍內，表面張力為0.042～0.056N/m。HPMC的甲氧基值和羥丙基值分別為19%～30%和4%～12%。HPMC生產工藝不同性質略有差異，本試驗選用山東瑞泰公司生產的HPMC。

1.2 試驗方法

試驗于2018年4月在西安理工大學土壤物理實驗室進行。不同HPMC含量的入滲試驗[12]顯示：HPMC在土壤中施加量為0.1～1.0 g/kg時入滲狀態可形成較為鮮明的對比，但當施加量>0.5 g/kg時，入滲速度較為緩慢，土柱達到飽和所需時間過長，因此本試驗設計HPMC的添加比例為0（CK）、0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 g/kg，共6個處理。為控制HPMC黏度不變，HPMC選用中等黏度水平：100 Pa·s。

試驗前先將HPMC與備用土樣按照既定比例均勻混合，采用高50 cm、直徑5 cm的圓柱形有機玻璃土柱作為試驗裝置，土柱底部平鋪1層纖維質定性濾紙，以防裝土時土壤顆粒損失造成的裝土不均。將不同HPMC施加量的土樣按照每層5 cm分層裝入土柱內，裝4層累計高度為20 cm，容重為1.31 g/cm3，每層裝完之后，表土刮毛，以使土壤層間充分結合，整體裝填更加均勻。試驗供水系統為高40 cm、直徑5 cm的馬氏瓶，控制水頭高度為4.5 cm。

待充分入滲土壤飽和后，馬氏瓶持續定水頭供水，接土柱下方的出流液，每120 min用量筒計量1次出流液的體積，，用以計算土壤飽和導水率K。然后停止向土柱供水，并立即吸去土柱表層積水；供水裝置換為裝有0.2 mol/L CaCl2溶液的馬氏瓶，水頭高度仍保持為4.5 cm，同時用10 mL量筒在土柱下端接出流液，每滿10 mL接1次，用鉻酸鉀-硝酸銀法[13]測定氯離子濃度，直至出流液中Cl－濃度接近馬氏瓶中Cl－的濃度，且一段時間相對穩定；采集完出流液后，迅速取土柱每層（每5 cm為1層）中心位置的土樣約5 g，以1∶5的質量比將土樣和純水混合，用震蕩器中等轉速震蕩30 min，取濾液并測定其Cl-濃度。

本試驗用鉻酸鉀-硝酸銀法測定氯離子濃度，具體步驟為：將待測液放入150 mL錐形瓶中，滴加5%鉻酸鉀指示劑8滴，用0.01 mol/L硝酸銀標準溶液滴定，在滴定過程中不斷搖動錐形瓶，直至出現磚紅色沉淀且不再消失為止，記錄消耗標準溶液的體積。試驗結束后于2018年6月對數據進行了分析。

1.3 基本理論及指標計算

1.3.1 飽和導水率公式

土壤飽和導水率K是指單位水勢梯度下通過飽和土壤的水通量，與土壤的孔隙結構狀況、容重及土壤質地密切相關，是反映土壤水分運動及影響溶質遷移的重要指標。定水頭法測定飽和導水率可用公式（1）計算[14]。

K=/AtH（1）

式中K為飽和導水率，cm/h；為出流量，mL；為土柱長度，cm；為土柱橫截面積，cm2；t為滲透時間，min；為滲流路徑始末斷面的總水頭差，數值上等于水頭高度加土柱長度，cm。

1.3.2 溶質遷移模型

本試驗將Cl-作為示蹤離子，主要研究飽和土壤的一維溶質穿透，由于試驗結果表明，溶液的最終穿透濃度與初始濃度基本一致，且不同含量HPMC的土柱剖面處Cl-濃度無明顯差異，證明HPMC對Cl-在土壤剖面濃度分布的影響不夠明顯。因此選用一維飽和穩定流條件下保守性溶質運移的對流彌散模型（convection-dispersion equation，CDE）和穩定水流條件下兩區模型（two-region model，TRM）。其中，一維飽和穩定流條件下保守性溶質運移的對流彌散模型數學表達式如公式（2）所示[15-16]：

式中為水動力彌散系數，cm2/h；為平均孔隙流速，cm/h；為延遲因子，由于Cl－在土壤中基本上不發生反應，也不被帶有負電荷的土壤顆粒所吸附，所以在本試驗中可以認為=1；為土體中的溶質濃度，mol/L；0為運移溶液的初始濃度，mol/L；為溶質穿透時間變量，h；為垂直方向的坐標，cm，假定≥0。

穩定水流條件下兩區模型如式（3）所示[16-17]：

式中為土壤體積含水率，cm3/cm3；和分別為可動區和不可動區的體積含水率，cm3/cm3；C和C為可動區和不可動區的溶質濃度，g/mL；v為可動區的平均孔隙流速，cm/h；為兩區之間的質量交換系數，h-1。

對于如下初始條件和連續輸入的邊界條件可表示為

式中為模擬土樣垂直方向的長度，cm。為單位時間溶質穿過單位橫截面積的溶質的摩爾質量，10-3mol×cm-2×h-1。

1.3.3 一維條件下的彌散度

一維條件下彌散系數和彌散度具有如下關系[18]：

式中0為分子擴散系數，cm2/h；為曲折度，%；0表示離子擴散系數，為彌散度，cm；為經驗參數，在飽和情況下近似為1。實際中離子的擴散作用遠小于彌散作用，可以忽略不計[19-20]，故彌散度可表示為

（10）

1.3.4 其他公式

式中C為相對濃度，無量綱；液為出流液濃度，mol/L；0為溶液初始濃度，mol/L；為孔隙體積數，無量綱；液為出流液體積，mL；孔為土柱被溶液所充滿的體積，mL[16]。

1.4 統計分析

本文應用CXTFIT2.1軟件對施加不同含量HPMC的6組溶質穿透曲線進行CDE和兩區模型的模擬分析，通過對試驗數據的擬合得到模型參數、、、及決定系數2和殘差平方和殘差平方和（sum of squared residuals，SSQ），其中=θ/θ，為可動水體含量比率[16]。應用軟件WPS 2017處理試驗數據，Origin 2017繪圖，SPSS19.0進行方差分析和經驗參數擬合。

2 結果與分析

2.1 HPMC含量對飽和導水率的影響

添加不同HPMC比例的土壤K變化如圖1所示，HPMC質量分數在0～0.5 g/kg范圍內，K隨HPMC含量的增大而逐漸減小，0.5 g/kg組相比未添加HPMC時K降低37.3%（<0.05）。這是由于HPMC遇水可溶脹成介于固液之間的一種三維網絡狀凝膠結構，一定程度上填充了土壤孔隙[21]。高杰[22]研究發現隨著HPMC添加量的增加，面團內部孔隙的數量和大小均呈現降低的趨勢。王艷茹[23]研究發現摻質量分數為0.02%的HPMC可以明顯減小發泡水泥保溫板的孔徑，且表面張力增大。該種結構的形成使土壤水分運動通道變得更加曲折復雜，相同時間內土壤出流液減少，且HPMC含量越高，凝膠網絡結構越密集，飽和導水率越小。

圖1 添加不同比例羥丙基甲基纖維素HPMC后土壤飽和導水率Ks變化

2.2 HPMC含量對溶質穿透曲線特征的影響

土壤溶質穿透曲線（breakthrough curve，BTCs）用以反映流液溶質相對濃度C和孔隙體積數關系[24]，是研究土壤溶質運移機制的一個重要途徑[25]。圖2為添加不同比例的HPMC后土壤的溶質穿透曲線圖，由圖可知：相同的水力梯度下，添加不同含量HPMC土柱的溶質穿透曲線形態與CK組類似，均為S型的平滑曲線。不同處理條件下，S型穿透曲線有逐漸變化的趨勢，即隨HPMC含量增加，相對濃度隨出流液的增加而逐漸升高的趨勢放緩，拖尾特征均明顯，完全穿透（即相對濃度為1）時的孔隙體積數有所增加，故HPMC的添加對土壤溶質運移過程具有一定的延緩效應。這是由于示蹤離子Cl-為保守性溶質離子，與HPMC不發生反應，HPMC與土壤水結合形成的三維互穿凝膠網絡一定程度上填充了土壤孔隙[26]，使飽和土壤的孔隙結構更為復雜，溶質穿透路徑的彎曲度增加，由此隨著HPMC含量在土壤中的增加，溶質的費克（Fick）運移減弱[27]，機械彌散作用增強，完全穿透土柱的孔隙體積數增加。大小不均的土壤孔隙導致了不均衡的水流流速，從而在土壤剖面形成不均衡的溶質鋒，因此HPMC含量的增加造成溶質穿透曲線拖尾延長的現象。

圖2 不同比例HPMC土壤的Cl-穿透曲線

2.3 HPMC含量對穿透時間的影響

初始穿透時間、完全穿透時間、穿透總歷時均為溶質穿透的重要特征參數，由土壤的孔隙水流速和水動力彌散系數共同決定。表1為添加不同比例HPMC的Cl-穿透時間表，由表1可得：HPMC添加量在0～0.5 g/kg范圍內，1、2均與HPMC含量成正比，HPMC添加量越多，初始穿透時間和完全穿透時間越晚，進一步觀察可得：0～0.2 g/kg，1、2的增幅較大，0.2～0.5 g/kg時，1、2的增幅放緩。在HPMC質量分數為0.1～0.4 g/kg范圍內，總隨HPMC含量遞增而逐漸增大，HPMC為0.5 g/kg時的總與0.4 g/kg時的總相比略有減小，HPMC為0.4 g/kg時的溶質穿透的總歷時時間最長。由此說明HPMC含量的增加可在一定程度上使初始穿透時間、完全穿透時間和穿透總歷時延長，間接表明HPMC的施加對土壤平均孔隙流速有一定的影響。

表1 不同比例HPMC的Cl-穿透時間

2.4 CDE方程和兩區模型擬合對比與分析

為進一步研究施加HPMC土壤的Cl－遷移特征，并對比分析不同溶質遷移數學模型[28]的適用性，本文對CDE方程和兩區模型進行了主要參數的擬合。由表2可知，CDE方程和兩區模型對、和的擬合值隨HPMC含量的變化趨于一致，CDE方程擬合6組試驗參數的決定系數2高于0.98，SSQ最小值為0.009，而兩區模型擬合6組試驗參數的2均大于0.999 3，SSQ均小于0.002。這表明CDE方程和兩區模型均能較好地擬合不同HPMC添加量下溶質的運移狀況，都具有較高的擬合精度，但兩區模型相比CDE方程精度更高。進一步觀察可得，CDE方程擬合的平均孔隙水流速、水動力彌散系數和彌散系數均不同程度地偏大，原因是傳統的CDE模型只考慮溶質的對流彌散作用，而不考慮溶質在土壤不可動區內的溶質擴散[9]，而對流彌散和擴散均能引起土壤溶質的分散，兩者共同構成水動力彌散作用。

表2 對流彌散方程和兩區模型參數擬合結果

劉艷麗等[29]的Cl-穿透試驗的供試土樣黏粒質量分數為5.53%，粉粒為19.32%，砂粒為75.15%，土壤類型為砂質壤土，水頭高度為7 cm，試驗的、和的擬合值分別為13.64 cm/h、0.264 cm2/h和0.019。而本試驗的供試土樣為擾動土，黏粒和粉粒總的質量分數高達91%，砂粒僅占0.09%，屬粉砂質壤土，水頭高度為4.5 cm。由于土粒中的粉粒及黏粒所占比例越大，土壤的滲透性越低，擾動土因結構受到破壞，滲透系數與原狀土相比越小[30]；水頭高度越低，滲透速度越慢；HPMC的添加可以降低入在土壤中的入滲率[12]，因此在本試驗條件下擬合出的、和值較小。呂金榜等[31]對離子遷移過程的研究數據也可進行相同的類比分析。

為了更直觀地對比實測、CDE方程和兩區模型模擬的溶質穿透曲線之間的區別和聯系，將HPMC質量分數為0～0.5 g/kg時的3種溶質穿透曲線繪于圖3。觀察圖3可知，CDE方程和兩區模型擬合曲線均能與實測曲線較好吻合，但CDE方程擬合的各組曲線與實測曲線均有不同程度的疏離現象，尤其是HPMC質量分數為0～0.2 g/kg時曲線的疏離現象更為明顯；用t表示平均穿透時間（大小為1和2的平均值），在1～tm范圍內，CDE擬合曲線均高于實測曲線，t～2范圍內，CDE擬合曲線先低于后略高于實測曲線；而兩區模型的擬合結果與實測曲線吻合程度較高，無明顯疏離現象，在早期穿透和臨近完全穿透時也均達到了較高的擬合水平。這表明添加HPMC的土壤中的溶質運移方式既包括可動區的對流彌散形式，又不可忽略土壤水相對不運動的不可動區域中的溶質擴散形式，溶質必須在土壤的可動和不可動2個區域均達到平衡時才算穿透完成。以上分析進一步表明，與CDE方程相比，兩區模型可以更好地模擬添加不同含量HPMC時土壤溶質的運移規律，擬合結果可信度較高。

2.5 兩區模型參數變化特征及分析

將HPMC質量分數與兩區模型擬合的參數和進行相關性分析，結果如表3所示，HPMC含量與?和的相關性達到顯著性水平。將HPMC質量分數用表示，假設與和間的函數關系如式（13）所示，、1、2、3、4均為經驗參數。

式中為HPMC質量分數，g/kg；為平均孔隙流速，cm/h；為水動力彌散系數，cm2/h；為可動區含水量比率；為質量交換系數，h-1。

采用多元回歸分析法將表2中0、0.1、0.2、0.4和0.5 g/kg 5組與對應的兩區模型的和值進行擬合，并將擬合所得各經驗參數代入式（13），可得經驗公式如式（14）所示。擬合模型2為0.969（<0.05），精度較高，可以較好地反映HPMC濃度與兩區模型各參數間的關系。

表3 HPMC含量與兩區模型各參數Pearson相關性分析

注：*在0.05級別（雙尾），相關性顯著。

Note:*, the correlation is significant at the level of 0.05 (two-tailed).

為驗證式（14）的準確性，用HPMC質量分數為0.3 g/kg試驗組的、、和參數代入式（14），得的估算值為0.31，與實際值的相對誤差僅為3%。可見，式（14）用于估算HPMC添加量簡便可行。

結合表2兩區模型參數擬合結果，對其相應參數的變化特征分析如下：

1）平均孔隙水流速

指土壤的有效水流通量，即單位時間內流過單位過流斷面的液體體積[32]。由表1可得：在HPMC質量分數為0～0.5 g/kg的范圍內，平均孔隙水流速由兩區模型所得擬合值在0.904 cm/h范圍內，且值均隨HPMC添加量增加而減小。這可能是由于HPMC與土壤水結合形成三維凝膠網絡導致土壤孔徑減小，水流通道變窄的緣故。

2）水動力彌散系數

水動力彌散引起的溶質通量被稱為水動力彌散系數。兩區模型擬合不同HPMC含量下的隨HPMC添加量增加而增大。由于水動力彌散作用的大小是由含水率和孔隙水流速共同決定的[32-34]，而HPMC的添加降低了土壤的平均孔隙水流速，增加了水流通道彎曲度，因此Cl-在穿透過程中的機械彌散作用增強，水動力彌散系數有隨HPMC含量的增加而顯著增加的趨勢。

3）彌散度

用以表征溶質在孔隙介質中的彌散能力，其大小與孔隙介質的平均粒徑和均勻度間密不可分，數量上等于和的比值，越大，孔隙介質的溶質擴散能力就越強。由表1和表2可知：隨HPMC添加量增加而增加，這表明HPMC的添加量越大，土壤溶質的彌散度越大，溶質在土壤中充分擴散的能力就越強。

4）可動區含水量比率

可動區含水量比率表示均衡條件下，可動區域中溶質所占土體總濃度的百分比[35]。值越接近于1說明溶質在運移過程中受到的物理非平衡機制的影響越小，即可認為是物理平衡過程[36]。通過兩區模型的模擬結果可得：隨HPMC含量的增加，由0.946 減少至0.925 。的減少表明不可動區水體的含水率增加，溶質穿透物理過程更加趨于平衡。

5）質量交換系數

是表征可動區和不可動區域之間溶質交換程度的參數[24]。由表1和表2可得，供試土壤隨HPMC添加量增加而增加，隨著HPMC添加量由0增加到0.5 g/kg，值由1.43增加到5.63。由此可見HPMC的添加促進了可動區和不可動區域之間溶質交換程度，促進了Cl-向水分幾乎無法流動的土壤微孔和死孔的擴散，證明了HPMC有促進溶質離子在土壤中充分存儲和擴散的潛力。

3 結 論

通過添加HPMC土壤的CaCl2溶質穿透試驗，運用CDE方程和兩區模型進行模擬及對比分析，結果表明：

1）HPMC質量分數在0～0.5 g/kg范圍內，飽和導水率隨HPMC添加量增大而逐漸減小，相比不添加HPMC組最多降低37.3%；土壤中保守性溶質的運移速度顯著降低；隨HPMC含量增加，溶質的初始和完全穿透時間明顯推遲，穿透總歷時延長；2）CDE方程和兩區模型均能較好地模擬在土壤中添加不同含量HPMC時溶質的運移狀況，但CDE方程各擬合曲線與實測曲線間略有疏離，兩區模型的擬合精度更高，效果更好；3）基于兩區模型的參數擬合結果，隨HPMC添加量增加，平均孔隙水流速越小，水動力彌散系數、彌散度和質量交換系數均呈增加趨勢，土壤可動水體的含水量比率逐漸減少。

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Effect of hydroxypropyl methyl cellulose as soil modifier on solute migration in soil

Wu Junhu, Ren Min

(710048,)

Hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC) is a kind of soil modifier. Effect of HPMC addition on solute migration characteristics of soil was studied in this study. The test soil was silty loam. HPMC was added into soils based on different contents of 0, 0.1, 0.2, 0.3, 0.4 and 0.5 g/kg. The column-shaped plexiglass soil column with a height of 50 cm and a diameter of 5 cm was prepared. The soil loading height was 20 cm and the bulk density was 1.31 g/cm3. Water was supplied in a Markov bottle. After the soil column was fully infiltrated, water was supplied continuously at the fixed water head of 4.5 cm. The effluent was collected to calculate the saturated water conductivity of the soil. Then, water supply stopped and the surface water of column was removed. The water was replaced with 0.2 mol/LCaCl2solution for the solute migration experiment. Tubes (10 mL) were used to collect the fluid at the lower end of the soil column once every 10 mL. The concentration of chlorine ions was determined by potassium chromate-silver nitrate method until the concentration of Cl-in effluent almost equaled to that in markov bottle. At the end of the experiment, the saturated water conductivity, penetration curve characteristics and penetration time of soil under different HPMC additions were compared and analyzed. The main parameters of the convection-dispersion equation (CDE) and the two-region model (TRM) were fitted by the software CXTIFIT2.1. The migration characteristics of soil solute were further studied by analyzing the change of parameters. The results showed that: 1) When the HPMC content was within the range of 0-0.5 g/kg, and the saturated conductivity decreased with the increase of HPMC content. 2) Applying a certain amount of HPMC in the soil could significantly reduce the migration velocity of solute. With the increase of HPMC content, the relative concentration of solute decreased with the same pore volume. 3) Increasing HPMC addition content could delay the initial penetration time and complete penetration time, and thus the total penetration time. 4) Both the CDE and TRM models could well simulate the migration of solute in soils with different contents of HPMC. The fitting curves of both models could be in good agreement with the measured curves, but the simulation accuracy of the TRM model was higher. 5) Based on the parameter fitting results of the TRM, with the increase of HPMC, the mean pore water velocity was smaller, and the hydrodynamic dispersion coefficient, dispersion degree and mass exchange coefficient were increased. Since HPMC had good water holding capacity, the application of HPMC also increased the water content ratio of immovable water in soil. Therefore, HPMC has great potential in adjusting soil pore structure and slowing soil nutrient loss. This study provides new ideas and methods for improving soil and water nutrient loss.

solute; models; soils;hydroxypropyl methyl cellulose; saturated hydraulic conductivity; breakthrough curve; convection-dispersion equation

2018-08-03

2019-01-24

國家自然科學基金重點項目（51239009）；西北旱區生態水利工程國家重點實驗室科研課題項目（2016ZZKT-9）；陜西省教育廳重點實驗室科研計劃項目（17JS096）

吳軍虎，博士，副教授，主要從事農業水土工程與水文水資源研究。Email：wujunhu@126.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.05.017

S153.5

A

1002-6819(2019)-05-0141-07

吳軍虎，任 敏[J]. 羥丙基甲基纖維素作土壤改良劑對土壤溶質運移的影響，2019，35(5)：141－147. doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.05.017 http://www.tcsae.org

Wu Junhu, Ren Min. Effect of hydroxypropyl methyl cellulose as soil modifier on solute migration in soil[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(5): 141－147. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.05.017 http://www.tcsae.org