冻融条件下土壤抗冲性的变化特征

为揭示冻融作用对风沙土抗冲性的影响,以季节性冻融区风沙土为研究对象,通过室内放水冲刷试验对冻融条件下土壤抗冲系数的变化特征进行了研究。结果表明:坡度、放水流量、土壤含水量、冻融循环次数和土层深度对土壤抗冲系数均具有显著影响(P0.05),土壤抗冲系数对各因素敏感程度大小为坡度放水流量土壤含水量土层深度冻融循环次数;土壤抗冲系数随坡度、放水流量、冻融循环次数增加而减小,随土壤含水量的增加先增大后减小,随土层深度的增加先减小后增大。     

冻融循环对黑土容重和孔隙度影响的试验研究

反复的冻融循环会通过改变土壤容重、孔隙度等物理性质而使其侵蚀加剧,该文探讨了土壤容重及孔隙度在冻融循环作用下的变化.试从机理上分析冻融作用对土壤抗蚀性的影响规律.以东北黑土为研究对象,考虑冻融温差和土壤含水率两个影响因素.通过室内冻融试验研究了黑土容重及孔隙度的变化规律.结果表明:随着冻融循环次数的增大,土壤的容重和孔隙度分别呈现缓慢减小及增大趋势,且变化幅度越来越小,最后达到基本稳定的状态;冻融温差越大,冻结温度越低,同一含水率土壤的容重变得更低,而孔隙度相对较高,并且两者的变化量最大;在同一冻融温差下,高含水率土壤经过冻融循环后较低含水率土壤容重更低,而孔隙度更高,且数值的变化量最大.     

冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响

冻融后坡面为水力侵蚀产沙提供了大量有效物质源,是河道泥沙的主要策源地。该研究利用室内模拟冻融和径流冲刷试验,设置不同冻融循环次数、坡度和流量梯度,分析冻融对土壤分离能力及侵蚀阻力的影响机制。结果表明,冻融条件下,坡度、流量和冻融循环次数均对土壤分离能力有显著影响(P0.05),贡献率分别为17.94%、19.96%和18.43%。冻融前后,土壤分离能力基本均随坡度和流量的增加而增大,冻融后的均值(5.28±2.48g/(cm~2·min))显著大于冻融前(2.39±1.71 g/(cm~2·min)),但冻融后的增幅明显小于冻融前。不同坡度和流量条件下,冻融1次后,土壤分离能力均显著增大(P0.05),但其随冻融循环次数增加的变化趋势差异较大,只有在坡度与流量同时较小(10°和≤18L/min)或较大(15°和≥18L/min)时,呈显著增大趋势。冻融循环1、5、10次后,土壤细沟可蚀性分别增大1.25、1.66和1.72倍,随冻融次数的增加逐渐趋于稳定;土壤临界剪切力冻融后显著降低,与冻融次数无明显关系。冻融后土壤平均容重、水稳性团聚体和抗剪强度分别降低了6.61%、24.77%和21.35%,土壤孔隙度和三相结构指数变化与之相反。冻融条件下,土壤细沟可蚀性与水稳性团聚体和抗剪强度呈显著负相关关系,而与孔隙度呈显著正相关关系。     

冻融条件下黑土大孔隙结构特征研究

冻融作用会改变土壤微观结构,孔隙特征的变化是其结构性改变的重要体现。研究冻融作用对开展黑土区侵蚀机理研究及合理利用黑土资源具有重要意义。本研究旨在对冻融条件下原状土样的三维结构进行分析,获取孔隙特征的定量指标,进而分析冻融循环对土壤大孔隙的影响,为进一步揭示黑土区季节性冻融对黑土结构的影响提供证据。通过室内冻融循环试验结合CT扫描技术研究黑土原状土体大孔隙在7种冻融循环次数以及两组含水率下的变化规律,探讨在冻融循环作用下原状土体大于1.25 mm的孔隙变化特征。结果表明:在15次冻融循环内,随着冻融循环次数的增多,土壤孔隙度不断增大,在7次冻融循环后增长尤为显著;孔隙数量随冻融循环次数的增多而减小;规则孔隙度(RP)持续减小,不规则孔隙度(IRP)呈减小趋势而加长孔隙度(EP)呈增大趋势;孔径随冻融循环次数的增多而增大,孔径大于3 mm的孔隙孔隙度不断增大;冻融作用使孔隙出现大量分支,冻融循环次数越多分支占比越大。在冻融温差一定时,冻融循环后高含水率土壤比低含水率土壤的上述孔隙特征变化更为显著。研究成果为阐明冻融侵蚀机理、合理评价及利用寒区农田提供理论依据。     

冻融作用对土壤微团聚体特征及分形维数的影响

为了研究冻融作用对土壤微团聚体特征和分形维数的影响,本试验以东北地区典型土壤-棕壤为研究对象,通过室内人工控温冻融培养,测定分析不同含水量条件下,不同冻融频次处理后土壤水稳性微团聚体组成、平均质量比表面积(MWSSA)、平均质量直径(MWD)和分形维数(D)等特征指标.结果表明:供试土壤经冻融循环处理后,不同粒级微团聚体含量的变化趋势不尽相同,除0.005 ～0.001 mm外,含水量对其他粒级微团聚体含量的影响均达到了显著或极显著影响,冻融次数对各级微团聚体含量均达到了显著或极显著影响;土壤平均质量比表面积随着冻融次数和土壤含水量的增加先减小后增加;土壤平均质量直径随冻融次数的增加先增加后减小,随土壤含水量的增加先减小后增加;分形维数随着冻融次数的增加先减小后增加,随土壤含水量的增加呈波动式变化.冻融处理使土壤微团聚体的稳定性先增强后减弱,适宜含水量可增加土壤微团聚体的稳定性.     

冻融影响下黑土耕层剖面速效氮动态变化

为了探明冻融过程对东北典型黑土耕层氮(N)生物有效性的影响,试验利用室内模拟方法,探究了不同冻结温度、土壤容重、含水量、冻融循环次数影响下耕层土壤剖面速效氮(AN)的时空分布规律。结果表明,经冻融循环后,土壤AN含量随土层深度增加呈现波动性下降;冻结温度越低,AN随土层深度增加下降的波动性越大,AN峰值、AN土柱平均值越低;冻结温度-15℃时整个土柱AN平均值比-10℃降低9.3%~44.6%;容重增高,AN含量降低,AN/TN值升高,土壤容重1.1 g/cm³时整个土柱AN平均值比容重1.0 g/cm³降低13.0%~18.6%,容重1.1 g/cm³整个土柱AN/TN平均值比容重1.0 g/cm³显著提升0.6~4.7倍;随着含水量的提高,低容重(1.0 g/cm³)表层(0—8 cm)AN越高,底层(20—30 cm)AN越低,而高容重(1.1 g/cm³)土柱表层(4—8 cm)AN越高,表层(0—4 cm)AN、底层(20—30 cm)AN越低;在各个变量中,pH大小与AN累积趋势呈负相关关系,含水量、TDS、电导率、冻结温度均与AN含量成正相关,是否冻融循环对AN垂直分布影响最大,其次是恒温及冻融循环次数(p<0.05)。研究结果可为黑土区冻融过程土壤N素管理、提升土壤肥力、减少N损失等问题提供理论依据和技术支撑。     

冻融循环和土壤性质对东北黑土抗剪强度的影响

为了揭示东北黑土区季节性冻融循环作用和土壤性质对土壤可蚀性的影响,采集黑龙江省宾县典型薄层黑土区(BX)和克山县典型厚层黑土区(KS)0—20cm的耕层土壤,通过室内冻融循环模拟和土壤直剪试验,分析了冻融作用和土壤性质对土壤抗剪强度的影响。结果表明:(1)经历1次冻融作用后BX和KS 2种供试土壤抗剪强度分别减小3.9%和9.2%,二者黏聚力分别减小15.2%和29.4%,内摩擦角分别减小1.4%和3.6%。经历7次冻融作用后,BX和KS2种供试土壤抗剪强度分别减小9.1%和15.1%,土壤黏聚力分别减小40.7%和74.5%,土壤容重分别减小6.7%和9.2%。受土壤有机质、水稳性团聚体、黏粒含量等的影响,KS土壤抗剪强度、黏聚力、内摩擦角和土壤容重的减小幅度皆大于BX供试土壤。(2)2种供试土壤抗剪强度皆随冻融循环次数的增加呈先逐渐减小后趋于稳定的变化趋势;第1次冻融循环对土壤抗剪强度破坏最大,经历1次冻融循环后2种土壤抗剪强度和黏聚力的减小量分别占7次冻融循环土壤抗剪强度和黏聚力总减小量的43.4%和61.0%,37.3%和39.4%。(3)土壤抗剪强度与土壤容重和团聚体平均重量直径(MWD)呈极显著的正相关,而与冻融循环次数呈极显著的负相关。     

冻融作用对典型黑土土壤风蚀的影响

东北黑土区农田晚春冻融作用通过改变土壤物理性质而对风蚀作用有重要影响。基于室内冻融模拟试验与风洞试验,分析了东北典型黑土区前期冻融作用对土壤风蚀的影响。试验处理包括3个土壤含水量(16.5%,24.8%,33.0%)、3个风速(9,12,15 m/s)、1次冻融循环。试验过程是先将装有不同含水量土壤的试验土槽进行冻融循环模拟,然后将冻融后的土壤在室温下自然风干(至其土壤含水量为6.0%～7.0%)后进行风洞试验。结果表明:前期土壤冻融作用显著增加了风蚀量和输沙量,试验条件下前期土壤冻融作用使风蚀强度增加23.5%～404.2%,使平均输沙率增加59.1%～305.3%,其增加幅度受土壤含水量和风速影响。同时有、无前期冻融作用处理下,风蚀强度和风蚀输沙率皆随风速的增加而显著增加,且风蚀强度随风速的变化遵循幂函数关系。在冻融作用下,不同土壤冻结含水量下土壤风蚀强度和输沙率的增幅排序皆为16.5%33.0%24.8%。风蚀输沙率随地表高度的增加呈指数递减,风蚀输沙主要集中在距地表40 cm的范围内,且冻融作用使风蚀输沙高度增加。     

冻融对青藏高原高寒草甸土壤碳氮磷有效性的影响

以青藏高原高寒草甸土壤为研究对象,通过室内模拟冻融循环过程,研究不同土壤含水量条件下冻融频次和冻结温度对土壤碳氮磷有效性的影响。结果表明:(1)土壤可溶性氮(DTN)、硝态氮(NO-3-N)和有效磷(PO3-4-P)含量随冻融频次增加呈下降趋势,但铵态氮(NH+4-N)和可溶性磷(DTP)含量呈现上升趋势;(2)在冻融频次相同情况下,高含水量土壤在-15℃/5℃冻融循环处理下的可溶性有机碳(DOC)、DTN和NH+4-N含量显著高于-5℃/5℃冻融循环处理下的含量;(3)含水量高的土壤在冻融处理后,DOC、DTN、NH+4-N、DTP和有效磷(PO3-4-P)的含量通常高于含水量低的土壤,但NO-3-N则相反。由此可见,冻融频次、冻结温度和土壤含水量都是影响高寒草甸土壤冻融效应的关键因子,在评价冻融作用对高寒草甸土壤碳氮磷有效性影响时,还应充分考虑这些因子间交互效应。     

冻融对东北黑土风干团聚体与水稳性团聚体组成及稳定性的影响

为保护我国黑土资源,实现可持续利用,研究冻融作用对黑土团聚体稳定性的影响及冻-融作用机制具有重要的理论价值和实际意义。本文以黑龙江省克山、嫩江农田表层(0～20 cm)黑土为材料,通过室内冻融交替模拟试验,分别测定初始含水率和循环次数对黑土风干团聚体与水稳性团聚体组成及稳定性的影响。研究结果表明:风干团聚体与水稳性团聚体中较大粒径组( 2 mm)团聚体随着冻融循环次数的增加呈逐渐减小的趋势,而较小颗粒粒径组(0.5 mm)团聚体则呈增加趋势。冻融过程中土壤初始含水量显著影响风干团聚体和水稳性团聚体的稳定性。随着初始含水量的增加,冻融显著降低黑土风干团聚体的平均重量直径(MWD)。土壤含水率为50%田间持水量时,冻融明显增加黑土水稳性团聚体的MWD。随着冻融循环次数的增加,风干团聚体小团聚体含量(WSA 0.25)、团聚体破坏率(PAD0.25、PAD1.0)和MWD均明显降低。本研究结果显示:冻融过程中适宜的土壤含水量有助于增加黑土水稳性团聚体的稳定性。这些发现有助于深入了解冻融过程对黑土侵蚀过程的影响与作用机制。     

冻融循环与沸石掺配对黑土物理性质的影响

冻融循环作用是东北黑土区发生土壤侵蚀的原因之一,施加土壤改良剂是减弱土壤侵蚀的有效方法。该研究以未经冻融循环作用和未经沸石掺配的黑土作为对照,将天然沸石与黑土按不同比例掺配,探究冻融循环作用和沸石掺配对黑土物理性质的影响,研究表明:1)冻融循环作用增大黑土容重、粘聚力、微孔占比、次大孔占比,减小土壤总孔隙度和内摩擦角,沸石掺配可以降低冻融循环作用对除内摩擦角以外土壤物理性质的影响;2)沸石掺配黑土增大黑土容重、粘聚力、内摩擦角、微孔占比,减小土壤总孔隙度,冻融循环作用对沸石掺配黑土的作用会产生负面影响,但是随着沸石掺配比例增大,冻融循环作用的影响减弱。     

冻融作用对棕壤团聚体及其重金属镉赋存形态的影响

以重金属Cd为单一污染源的棕壤作为供试土壤,设定-10,-20,-30℃三个温度作为冻结温度,10℃作为融化温度进行土壤冻融循环试验。通过测定冻融作用后土壤团聚体粒径组成、土壤质量平均直径、土壤团聚体粒径中Cd的质量负载率以及赋存形态,研究冻融作用对棕壤团聚体稳定性及Cd在不同团聚体粒径中分布与赋存形态的影响。结果表明:(1)土壤经过冻融作用后,2mm的团聚体比例显著增加(P0.05),增加范围为38.4%~54.6%,土壤质量平均直径显著增加(P0.05);(2)经过冻融作用后,重金属Cd主要富集在2mm的团聚体粒径中,所占比例为51.2%~57.2%;(3)冻融作用使土壤及不同粒径团聚体中交换态Cd和有机结合态Cd含量显著降低(P0.05),铁锰氧化物结合态Cd和残渣态Cd含量显著增加(P0.05)。     

黄土丘陵区冻融对土壤抗冲性及相关物理性质的影响

在股状水流侵蚀比较发育的黄土丘陵区,土壤可蚀性主要依赖于土壤抗冲能力。为了揭示季节性冻融对土壤抗冲性的影响,该文借助模拟冲刷试验,设置了裸地对照(CK)、黑麦草传统密度(LD)和加倍密度(HD)3种处理,测定并分析了冻融前后土壤物理性质及其抗冲性。结果表明,与冻融前相比,表层土壤容重、团聚体含量和根系密度在3个处理中均未发生显著变化(P<0.05),土壤黏聚力略有下降,而崩解速率在处理CK、LD和HD中分别增加了20.6%、18.8%和7.3%。冻融作用延后了3个处理的主要产沙时间,降低了土壤抗冲能力,增加了冲刷中途泥沙流失速率。与未冻融相比,冻融作用增加了处理CK和LD泥沙流失量为19.41%和6.70%,但对处理HD影响较小(P<0.05)。冻融和根系共同作用在LD和HD处理上分别减少土壤流失量为3.72%和49.39%。该研究期望对完善土壤侵蚀机理提供一定的参考价值。     

冻融条件下土壤水分和速效磷垂直迁移规律

中国东北地区土壤普遍受到的季节性冻融作用会影响土壤中速效磷和水分的垂直分配。通过室内模拟冻融环境,分析了冻融循环条件下黑土速效磷和土壤水分的垂直变化。结果表明:多次冻融循环作用使土壤速效磷随着土壤水分由下层向表层迁移,经30次冻融循环作用后土壤最大含水率和土壤最大速效磷含量均出现在3 cm层;土壤初始含水率越高,冻融作用后向土壤表层迁移的速效磷含量越大,但随着冻融循环次数增加,土壤各层速效磷含量都有所下降,1次冻融作用后,土壤速效磷的最高含量为50.63 mg/kg,30次后最高含量为43.81 mg/kg,减少了13.5%;利用多元回归分析分别得出了冻融循环后土壤含水率和速效磷与初始含水率、冻融循环次数和土层深度的关系函数,相关系数分别为0.892,0.578。上述研究成果为季节性冻融区非点源污染及土壤盐碱化防治奠定理论基础。     

生物质炭对旱作农田土壤持水特性的影响

为确定添加生物质炭对旱作农田土壤持水特性的影响,在隆中黄土高原典型旱作农田区设置相关定位试验,对不同生物质炭输入水平的土壤容重、土壤孔隙度、土壤水分常数及土壤水分特征曲线进行测定。结果表明,生物质炭的添加能够减小土壤容重,增加土壤孔隙度。随着生物质炭输入水平的增加,土壤容重的减小及土壤孔隙度的增加幅度加大。生物质炭达到50t/hm~2时土壤结构变化最为明显,0—5,5—10,10—30cm土层中土壤容重相比对照分别减小7.01%,9.91%,16.60%,土壤毛管孔隙度分别增加19.47%,21.02%,29.94%;并且生物质炭的施入可以增加土壤饱和含水量、土壤田间持水量、土壤有效水分含量。随着生物质炭输入水平的不断加大,各水分常数呈现出上升趋势,但当生物质炭输入水平达到40t/hm~2后涨幅空间开始减小。说明生物质炭的添加能够提高旱作农田的持水性能,但输入水平达到40t/hm~2后,土壤持水性能趋于稳定。     

冻融循环对黑土团聚体稳定性与微结构特征的影响

冻融循环作用下的土壤结构变化被认为是融雪期黑土坡面土壤侵蚀加剧的主要原因之一,土壤团聚体稳定性与团聚体微结构是影响土壤可蚀性的关键因子.基于控制条件土壤冻融模拟试验,采用湿筛法、扫描电子显微技术(SEM)和Image-Pro Plus(IPP)图像分析处理相结合的方法,分析了冻融循环过程中黑土团聚体微结构的动态变化特征...     

冻融作用对原状棕壤抗剪强度的影响

为揭示冻融循环作用对棕壤抗剪强度的影响,采集沈阳地区5 cm和25 cm 2个深度原状棕壤(分别为H 5和H 25)为研究对象,通过室内冻融循环模拟和土壤直剪试验,研究冻融循环次数和土壤含水率对土壤抗剪强度的影响。结果表明:(1)土样含水率越高,初次冻融作用的破坏效果越强,1次冻融循环后,含水率为25%的H 5和H 25土样黏聚力分别下降50.00%和25.87%;含水率35%的H 5和H 25土样黏聚力分别下降75.61%和50.77%。15次冻融循环后,含水率10%的H 5和H 25土样黏聚力分别增加74.36%和60.08%;含水率35%的H 5和H 25土样黏聚力分别增加14.63%和26.15%。但在2个不同含水率条件下,黏聚力的增大机制不同。(2)含水率为15%,20%,25%条件下,H 5和H 25土样内摩擦角在多次冻融循环中始终在一定范围内波动,说明这3个含水率下冻融作用对土壤内摩擦角影响具有不确定性。35%含水率的H 5和H 25土样内摩擦角受冻融作用的影响较小,分别在(18.57°±0.88°)和(12.86°±1.14°)变化。(3)平均抗剪强度主要受土壤含水率影响,随着含水率的增加呈指数函数减小。受黏粒含量影响,含水率低于25%时,H 25土样平均抗剪强度高于H 5土样;含水率高于25%时,H 25土样平均抗剪强度偏低。     

三峡库区碎石含量对紫色土容重和孔隙特征的影响

土壤容重和孔隙分布特征是土壤重要的基本物理性质,但有关含碎石土壤的物理性质以及碎石含量对土壤结构影响的研究尚不多见。三峡库区紫色土中存在大量的碎石,为了深刻了解和评价土壤中碎石对容重与大孔隙形成的可能作用,通过野外调查、典型土样采集和室内分析实验,探讨了三峡库区典型土地利用类型下土壤中的碎石体积含量以及不同粒径碎石的基本物理性质及其对土壤容重和孔隙特征的影响。结果表明:土壤中碎石的孔隙度和饱和含水率随着碎石粒径的减小而增大,小碎石本身具有一定的持水、供水性能;碎石含量对土壤的总容重、细土容重有显著影响,随着碎石含量的增加,土壤的总容重逐渐增加,而细土容重与碎石含量呈线性负相关关系,土壤中碎石的存在有利于改善土壤的结构;土壤孔隙分布特征与碎石含量密切相关,随着碎石含量的提高,土壤总孔隙度和毛管孔隙度呈减少趋势,而非毛管孔隙度即大孔隙呈增加趋势,碎石的存在有利于改善土壤的透水性能。本研究为山区农用地灌溉与水分管理提供了科学依据。