采用Gompertz函数的水稻土压缩特性研究

土壤压实模型是预测压实破坏的常用方法,但土壤压实模型的应用常因输入参数（土壤压缩特性及其与不同土壤物理性质之间的关系）的缺乏而受到限制。为定量地评价土壤水力学性质和土壤结构对土壤压缩特性的影响,该文利用土壤固结仪对25种不同含水率和容重的重塑土样进行单轴压缩试验,并采用Gompertz函数对试验数据进行拟合以获取土样的回弹指数、压缩指数和先期固结压力。试验结果表明,Gompertz函数对水稻土试验数据的拟合效果较优,决定系数为0.991～0.999。水稻土回弹指数为0.003～0.138,与容重呈负相关,与含水率呈正相关。水稻土压缩指数为0.115～0.839,与容重呈负相关,与含水率呈二次多项式关系。水稻土先期固结压力为33～127 kPa,与容重呈正相关,与含水率呈负相关。该研究建立的土壤压缩特性与含水率和容重之间的传递函数,可用于大尺度范围内水稻土压缩特性的预测;同时这些传递函数可作为土壤压实模型的输入参数,用于农业机械作业引起的压实破坏的量化和土壤压实风险的评估。     

冻融对河北省深州市盐碱地土壤理化性质的影响

随着全球气候变暖,冻融对土壤性质的影响日益受到重视。以河北省深州市盐碱土为研究对象,通过分析土壤含水率、全持水量、容重、饱和导水率、电导率、pH和有机质的变化,探讨冻融对0—20cm深度盐碱地土壤理化性质的影响。结果表明:0—20cm土层深度,冻融增加土壤的含水率,而对全持水量的影响较小;0—10cm土层深度,冻融增加了土壤容重与pH,降低了土壤的电导率和渗透性,该层土壤水盐运移呈特殊规律,土壤含水率与电导率呈相反变化趋势;对于10—20cm土层深度,冻融增加了土壤的渗透性和有机质的含量。在相关性分析中,0—20cm土层深度土壤容重与全持水量呈极显著负相关(P0.01),与含水率呈显著负相关(P0.05),其有机质含量和导水率与其他性质无显著相关;0—10cm土层深度土壤pH与容重和含水率呈极显著相关,与全持水量呈显著相关;10—20cm土层深度土壤电导率与容重呈显著负相关,与全持水量呈显著正相关。研究结果为冻融对盐碱土影响的研究及盐碱土的改良提供科学依据。     

土壤温度和容重对频率反射土壤水分传感器测量精度的影响

为探究土壤温度和容重对FDR(频率反射)含水率测量结果的综合影响规律,以陕西杨凌地区的塿土为研究对象,以基于 FDR 技术的电流型 DSW-T2型土壤温湿度传感器为测量仪器,研究了土壤的含水率(3.82%~21.43%)、容重(0.91~1.30 g/cm3)和温度(2.5~50℃)对传感器输出信号的影响;建立了传感器的输出电流与土壤含水率、容重和温度的综合测量数学模型,实验分析了模型在预测含水率方面的可行性.结果表明,传感器的输出电流随土壤含水率、温度和容重的增大而增大,可用三元二次方程表示输出电流与土壤含水率、温度和容重之间的关系;在0.05的显著水平上,含水率、温度和容积密度均对模型有显著影响.基于模型的计算输出电流与实际输出电流的绝对误差范围是-1.167~1.216 mA,计算含水率与实际含水率的绝对误差范围是-2.638%~2.812%.本研究对于开发具有温度和容积密度补偿功能的新型FDR土壤含水率传感器的综合测量模型有指导作用.     

耕作方式对冀西北栗钙土土壤物理性状及莜麦生长的影响

为了探索不同耕作方式对冀西北栗钙土农田土壤物理性状及莜麦生长的影响,以河北省张北县10 a栗钙土长期定位试验莜麦田为研究对象,研究了免耕、松耕和翻耕对莜麦田土壤容重、土壤含水率、土壤硬度及莜麦生长的影响。结果表明:松耕和翻耕可以显著降低莜麦播种期到拔节期土壤容重,播种期免耕土壤容重1.49 g/cm3,松耕和翻耕分别为1.31和1.30g/cm3;不同耕作方式对土壤含水率影响不大;免耕显著提高土壤硬度,拔节期免耕土壤硬度58.51kg/cm2,为松耕1.74倍(P0.05),为翻耕2.53倍(P0.01);栗钙土土壤硬度与土壤容重、土壤含水率关系模型表明高土壤容重条件下土壤硬度对土壤含水率更敏感,低土壤含水率条件下土壤硬度对土壤容重更敏感;免耕莜麦株高和叶面积生长受到抑制,穗数和穗粒数显著降低,经济产量413.79 kg/hm2,分别为松耕和翻耕的62.27%和51.64%。栗钙土莜麦田免耕与松耕、翻耕相比土壤容重大,土壤硬度高,莜麦产量显著降低;3种耕作方式中,松耕是兼顾生态与经济效益的耕作措施。     

多因素影响下土壤上升毛管水运动特性HYDRUS模拟及验证

基于饱和—非饱和土壤水分运动理论,通过HYDRUS-1D软件对多因素作用下的土壤上升毛管水运动进行模拟,研究土壤容重、黏粒含量、初始含水率、地下水埋深和时间5个因素对上升毛管水运动特性的影响。分别建立上升毛管水补给量和毛管水上升高度与各影响因素之间经验模型,其均方根误差均为0.003 cm,相关系数均大于0.99,决定系数均大于0.98(P0.01),计算值与实测值相对误差均小于11.25%。各影响因素对上升毛管水补给量的影响程度由大到小依次为时间、土壤容重、初始含水率、黏粒含量、地下水埋深,对毛管水上升高度的影响程度由大到小依次为时间、初始含水率、黏粒含量、土壤容重、地下水埋深。采用截距为0的线性函数对毛管水上升高度与上升毛管水补给量之间的关系曲线进行拟合,其决定系数均在0.96以上,表明其两者之间呈显著线性关系。该研究成果可为制定灌溉和排水以及盐碱地改良等措施提供理论依据。     

影响土壤入渗积水时间因素的试验

为了研究供水强度、土壤容重、初始含水率、土壤质地等因素对非充分供水入渗积水时间的影响,建立入渗积水时间与单一因素的数学关系,在室内进行了8种均质土壤的非充分供水入渗试验。结果表明：供水强度与入渗积水时间呈降幂函数关系,土壤容重、初始含水率、质地各因素与入渗积水时间呈对数函数关系。研究结果对于水土保持及水文学的径流研究有重要意义,对于指导喷灌系统的设计具有实际意义。     

含水量和容重对旱地耕层土壤热导率的影响及预测

土壤热导率是研究地表能量平衡和土壤水热运移过程中的一个基础参数。受土壤耕作、干湿交替和根系生长等过程的影响,耕层土壤的含水率和结构呈现较强的变异特征,而目前缺乏关于定量分析耕层土壤热导率变异特征的研究。该研究利用田间定位试验,采用热脉冲技术测定了含水率和容重变化条件下耕层土壤热导率的变异特征,并利用传递函数模型对耕层土壤热导率进行了预测。结果表明:含水率和容重是影响耕层土壤热导率变异的主要因子,而耕作强度和干湿交替是这种变异的关键驱动力;与翻耕和旋耕处理相比,免耕处理提高了土壤容重和含水率,从而增大了土壤热导率;在干湿交替作用下,翻耕后土壤容重逐步增加,耕层热导率也呈现上升趋势,波动幅度与含水率的变化相关。基于含水率、容重和质地信息,土壤热导率传递函数模型可以给出可靠的田间土壤热导率估计值,其均方根误差和平均偏差分别为0.09和-0.01 W/(m·K);考虑耕层土壤容重的动态信息,可以提高该模型预测土壤热导率的准确性。     

土壤容重和含水率对紫色土坡耕地耕层抗剪强度的影响

土壤抗剪强度既可评价土壤侵蚀敏感性,也是反映耕层土壤耕作性能的重要参数。不同剪切方式下土壤抗剪强度指标存在一定差异,以紫色土坡耕地耕层土壤为研究对象,采用室内重塑土三轴及直剪试验方法,研究容重和含水率对紫色土坡耕地耕层土壤抗剪强度的影响,并分析了2种试验方法的差异性。结果表明:(1)紫色土坡耕地耕层土壤黏聚力(c)总体随容重(ρd)增大而增加,随含水率(w)增加而减小,三轴及直剪试验条件下黏聚力最大值均出现在容重1.4 g/cm^3、含水率10%水平下,分别为32.33,21.78 kPa。耕层土壤内摩擦角(φ)随容重增加而增大,随含水率增大而减小,三轴及直剪试验条件下内摩擦角最大值均出现在容重1.4 g/cm^3、含水率10%水平下,分别为22.67°,29.11°。(2)在同一围压下,耕层土壤最大主应力差随容重增加而增大,随含水率增加而减小;在同一容重和含水率水平下,耕层土壤的最大主应力差随着围压升高而增大。(3)耕层土壤容重、含水率的交互作用对黏聚力和内摩擦角影响显著(P<0.05),对坡耕地耕层土壤抗剪强度抵抗侵蚀作用的最优土壤容重-含水率条件为1.4 g/cm^3—10%。(4)不同剪切方式影响了土体抗剪强度指标,耕层土壤黏聚力在三轴试验条件下大于或接近直剪试验结果,而土壤内摩擦角则明显小于直剪试验结果,这主要与两种剪切试验原理差异有关。     

土壤容重对浑水膜孔灌单点源自由入渗特性的影响

为揭示土壤容重对浑水膜孔灌单点源自由入渗条件下土壤水分入渗特征的影响,通过开展不同土壤容重的浑水膜孔灌自由入渗试验,研究了土壤容重对浑水膜孔灌自由入渗能力、湿润体特征及土壤含水率分布的影响,提出了不同土壤容重的浑水膜孔灌自由入渗单位膜孔面积累积入渗量和稳定入渗率模型;建立了浑水膜孔灌自由入渗率、湿润锋运移距离与土壤容重的关系。结果表明:浑水膜孔灌自由入渗随着土壤容重的增大,单位膜孔面积累积入渗量、稳定入渗率以及水平湿润锋运移距离都逐渐减小;在相同入渗时间内,随着土壤容重的增大,距膜孔中心相同位置处的土壤含水率减小。该研究成果可为更深入的研究浑水膜孔灌自由入渗规律和浑水膜孔灌技术提供参考。     

容重对红壤条件下涌泉根灌水分入渗能力影响

为研究红壤地区土壤容重对涌泉根灌水分入渗能力的影响,以江西红壤为例,采用室内试验,研究了不同容重条件下红壤涌泉根灌水分运移及其分布特性。结果表明:容重对土壤入渗能力有显著影响。随着容重的减小,湿润锋、累积入渗量、入渗率均呈增大趋势,且容重越小,减小的幅度越大。湿润锋、累积入渗量以及稳渗率与土壤容重均呈幂函数负相关关系;对于同一深度土层,土壤容重越大,对应的土壤含水率越小,在水分再分布过程中容重对含水率分布的影响逐渐减弱。通过Kostiakov入渗模型表明,土壤初始入渗速率随容重增大而减小,且容重越大,入渗能力的衰减速度也越快。研究结果可为涌泉根灌技术在红壤地区的推广应用提供理论依据。     

密度和含水率对固化土无侧限抗压强度的影响

 为给修建土壤固化剂集流面的施工工艺提供科学依据,采用正交设计方法,对密度和含水率影响固化土强度的规律性进行试验研究。试验分析结果表明:密度对固化土强度的影响大于含水率;随着密度的增大,固化土的强度呈直线上升;在同一密度下含水率在最优含水率的80%±5%范围内时,固化土的强度达到最大。在实际施工过程中,建议尽可能的增加固化土的密度,压实度控制至少超过0.94;混合料的含水率控制在最优含水率的80%～90%之间。     

SOIL DEFORMATION AND SHEAR STRENGTH CHARACTERISTICS OF SOME CLAY SOILS AT DIFFERENT MOISTURE CONTENTS

The soil deformation and shear strength characteristics of three clay soils were determined at different moisture contents and spherical pressures, using a quick un-drained triaxial compression test. The soils were found to deform either in a compressive way or by brittle fissuring, depending upon the relative values of moisture content, dry density and spherical pressure. The critical state concept of soil deformation can explain qualitatively the behaviour of these spils at high moisture contents but not at low. The Bridgman concept for fracture in brittle materials describes the soil behaviour at low moisture contents. The shear strength of the clay soils tested was more closely related to the soil moisture suction and to the amount of shrinkage which occurred on drying than to the absolute dry bulk density. The influence of moisture content and spherical pressure on the effectiveness of certain cultivation operations are considered.     

初始含水量和容重对黑土压缩特性的影响

东北黑土区农业机械化水平高,农机作业压实导致的土壤结构和物理性状退化问题日益严重,压缩特性是定量分析土壤压实过程的有效手段,但目前黑土压缩特性随初始含水量和初始容重的变化规律尚不明确。为了解初始含水量和初始容重对黑土压缩特性的影响程度及其变化关系,该研究以重塑黑土为对象,设0.15、0.20、0.25、0.30、0.35、0.40 g/g共6个初始含水量水平,设1.00、1.10、1.20、1.30、1.45、1.60 g/cm³共6个初始容重水平,使用固结仪进行单轴压缩试验测定土壤压缩曲线,分析初始含水量和容重对压缩特性影响。结果表明,土壤初始含水量、容重及两者交互作用均极显著影响重塑黑土压缩特性(P<0.001),据此建立了预测压缩特性的土壤传递函数。黑土的预固结压力为10.42～1 106.17 kPa,与初始含水量显著线性正相关、与初始容重显著线性负相关(P<0.05);压缩指数为0.311～0.852,与初始含水量和容重呈二元多项式方程的关系,随初始容重的增大而降低,在中等含水量时最大;回弹指数为0.007～0.321,与初始含水量正相关,与...     

固化土集流面无侧限抗压强度影响因素研究

该文采用无侧限抗压强度作为反映指标,对影响固化土强度的剂量、龄期、密度、含水率、凝结时间和养护环境等主要因素进行研究,提出增强土壤固化剂集流面强度的措施。研究结果表明：固化剂集流面的剂量选择12％左右,养护龄期需要7 d以上,压实度控制在0.94以上。在同一密度下含水率为最优含水率的(80±5)%范围内时,固化土的强度达到最大。在混合料拌和好12 h内尽快完成施工。施工结束后,应立刻进行覆盖防蒸发处理,24 h后方可进行洒水或浸水养护。温度和湿度越高越有利于固化剂集流面强度的增长和外观的平整。     

陕南坡改梯填筑土的击实特性与抗剪强度试验研究

陕南梯地建设中存在的主要问题是土坎梯地垮坎严重,为了从土性方面探索梯地垮坎防治的途径与措施,该文按土工试验规程规定的方法测定了土料的主要物性物态指标,研究了修地筑坎土料的击实特性和抗剪强度与主要物性物态指标之间的关系。研究表明,陕南几种典型筑坎土料的最大干密度和相应的最优含水量与土粒平均粒径d₅₀、小于0.005mm土粒含量P、塑性指数I_p、塑限含水量ω_p之间存在显著的相关关系:填筑土的抗剪强度主要受含水量控制,其强度指标与填筑含水量之间存在显著的线性负相关关系。分析表明,含水量对抗剪强度的削弱效应远大于干密度对抗剪强度的加强度效应     

集约化生产条件下稻田土壤机械压实预测模型构建与验证

传统的土壤压实风险评估方法是基于土壤的先期固结压力理论,以机械的接地压力与土壤先期固结压力间关系作为判断依据,缺少针对集约化稻作“湿耕烂种”等生产场景中由定量机械压实造成的土壤结构破坏程度的评价方法和依据。为研究适合中国稻作特色,可以定量预测机械压实危害程度的压实容重预测模型,该研究基于土壤的回弹指数和压缩指数推导出土壤压实容重预测模型,以适用于集约化生产条件下稻田土壤机械压实预测。采用调控原状土含水率的单轴压缩试验法分别构建了土壤初始容重、初始含水率与弹性压缩模量、塑性压缩模量和先期固结压力之间的传递函数,然后基于典型机型的田间原位平板下陷试验验证所建模型的可靠性和实用性。结果表明,基于单轴压缩试验法构建的各传递函数拟合决定系数大于0.95。将各传递函数模型所得的弹性压缩模量、塑性压缩模量和先期固结压力输入土壤压实容重模型预测的压实后的土壤容重与实测值的相对误差小于5%。可见,该研究设计的土壤压实预测模型能够准确量化受机械压实情况下土壤容重的变化量,而土壤传递函数法能为构建和应用区域性农业土壤的压实模型提供便利。研究可为集约化生产条件下稻作“湿耕烂种”等生产场景中由定量机械压实造成的土壤结构破坏程度评价提供可靠方法和依据。     

多因素影响下浑水膜孔肥液入渗土壤水分运移特性

为研究不同因素对浑水膜孔肥液入渗土壤水分运动特性的影响,开展室内土箱入渗试验,试验设土壤初始含水率、土壤容重、含沙率和肥液浓度4因素,每个因素设3个水平,共12组试验(9组正交试验,3组验证试验)。分析影响因素对浑水膜孔灌肥液入渗单位膜孔面积累积入渗量、入渗率及湿润体平均体积含水率增量的影响。利用多元回归推求并验证单位膜孔累积入渗量和湿润体平均体积含水率增量与影响因素的经验模型和模型参数。结果表明:土壤初始含水率、土壤容重、含沙率和肥液浓度对单位膜孔累积入渗量影响极显著(P<0.01),各影响因素影响程度由大到小依次为含沙率、土壤容重、土壤初始含水率、肥液浓度;土壤初始含水率、含沙率和肥液浓度对湿润体平均体积含水率增量影响极显著(P<0.01),土壤容重对其影响显著(P<0.05),各影响因素影响程度由大到小依次为土壤初始含水率、肥液浓度、含沙率、土壤容重。建立的经验模型及模型参数检验合格,预测值与实际测算值误差均在±10%以内,精度良好,可用于试验因素不同时土壤水分入渗情况预测。     

Compression characteristics of a clay soil as influenced by crops and sampling dates

This study was undertaken to determine the influence of previous crop sequences on soil compression behaviour. Soil compression tests were performed on undisturbed soil samples of a Kamouraska clay which had been cropped continuously for 4 years to barley, corn, alfalfa, or timothy. Samples were taken from the surface soil in the non-trafficked zone, five times during the season. Cropping treatments had small but significant effects on soil compression characteristics. Soils on which crops were grown presented lower bulk density under standard compression (300 kPa) and higher pre-compression pressure values than the soil left unplanted (fallow). These effects were attributed to water content at time of sampling which was lower in the cropped than in the bare soils. Seasonal variations of these two virgin compression parameters were important and were related to soil moisture. Conversely, the soil compression index (slope of the virgin compression line) was not affected by crops or water content and seems to be a characteristic dependent on soil constituents.     

黄土区采煤塌陷对土壤水力特性的影响*

通过对山西省平朔矿区塌陷区、原地貌和复垦区进行调查采样和实验室分析,研究采煤塌陷对土壤容重、含水量、田间持水量、饱和导水率和土壤崩解速率等指标的影响。结果表明:塌陷区土壤容重、含水量和田间持水量处于弱变异到中等变异区间,饱和导水率和崩解速率均为强变异;塌陷虽使土壤容重增加,但影响幅度不大;土壤含水量受塌陷影响规律不明显;田间持水量受塌陷影响明显(p0.05),较未受损地区降低6.2%~15.5%;在采煤塌陷的影响下,土壤饱和导水率和崩解速率显著增加(p0.05);复垦区土壤水力特性与原地貌没有显著差异(p0.05),且各层次之间差异性也不显著(p0.1)。