坡面水保措施下土壤水分特征及对坡体稳定性的作用

为掌握不同水保措施下土壤含水率分布规律和土壤含水率对土壤抗剪强度影响程度的差异性,对上辛庄水保科技示范园的水平条和鱼鳞坑措施径流小区和裸土对照小区的不同土层深度的土壤含水率和土壤抗剪强度展开实验,结合当地的气候、地质、土壤和水文条件,研究了0~100 cm土壤深度下不同水保措施下的土壤质量含水率空间分布特征及其对土壤抗剪强度的影响。研究结果表明,坡面含水率总体上下坡大于上坡;对于不同坡面的相同坡位处,土壤含水率差异较小,水平条坡面鱼鳞坑坡面对照坡面。结合原状土和重塑土的抗剪强度实验可知,在土壤容重=1.04 g cm-3、含水率为7%~16%的范围内,抗剪强度随着含水率的增加先增加再减少。在此条件下,含水率对抗剪强度的影响主要是通过影响土壤的黏聚力来改变抗剪强度,对内摩擦角的影响较小。结果表明,采取水平条措施的坡面蓄水能力比鱼鳞坑坡面和对照坡面强,有较好的水保效益;在含水率低于16%的情况下,相对于采取水平条措施和鱼鳞坑措施的坡面,裸土坡面容易受破坏,坡体内部的潜在失稳风险较大。     

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。     

紫色土坡地土壤性质对耕作侵蚀的影响

[目的]揭示土壤性质对耕作侵蚀土壤的敏感性,为紫色土区域采取适宜的耕作措施提供依据。[方法]利用磁性示踪技术定量旋耕机上下耕作和等高耕作的土壤耕作位移和土壤位移量,选取土壤容重、土壤含水量、土壤有机质、土壤全氮、土壤有效磷、土壤抗剪强度和土壤紧实度等土壤理化性质和力学性质指标,研究土壤性质对旋耕机上下耕作和等高耕作的耕作侵蚀的影响特征。[结果]旋耕机上下耕作和等高耕作的土壤净位移和净位移量不仅受坡度影响,也受土壤性质的影响。土壤力学性质和土壤物理性质对旋耕机耕作侵蚀有显著影响,对于上下耕作的土壤抗剪强度、土壤紧实度和土壤容重与土壤净位移量呈显著正相关。对于等高耕作措施的土壤抗剪强度、土壤紧实度、土壤容重和土壤含水量与土壤净位移量呈显著正相关,其他指标关系不显著。[结论]土壤抗剪强度、土壤紧实度和土壤容重可以作为评价耕作侵蚀的土壤可蚀性指标。     

不同土地利用方式下农地土壤侵蚀与养分流失

利用人工模拟降雨装置对影响坡耕地土壤入渗的诸因素进行了研究。发现坡面产流历时与土壤容重、初始含水率、坡度、降雨强度、耕作管理措施呈负相关;土壤稳渗速率与降雨强度、耕作管理措施呈正相关,与土壤容重、初始含水率、坡度呈负相关。通过综合因素分析可知,影响坡面土壤入渗和产流历时的主要因子为土壤物理性质和耕作管理措施。     

赣南崩岗区不同植被类型粉砂质土壤抗剪强度及其影响因素

为探究南方崩岗侵蚀区不同植被类型下土壤抗剪强度的分布规律,明确崩岗治理后土壤基本性质对抗剪强度的影响。以3种不同植被类型下崩岗各部位表层土壤为研究对象,对土壤基本性质的变化规律、抗剪强度参数变化特征及其影响因素,利用路径分析和主成分分析进行研究。结果表明,土壤抗剪强度由大到小依次为林地>柑橘地>灌木地>草地>侵蚀区,且柑橘地较灌木地土壤抗剪强度提高了29.74%。随地势降低,毛管孔隙度总体呈升高趋势,黏粒、粉粒等细颗粒物质占比也不断上升,汇聚于坡下。随着恢复时间增加,土壤养分含量逐渐上升。土壤黏聚力在同种植被类型下,随着恢复年限增加,表现为递增趋势,内摩擦角则表现为缓慢递减趋势,均表现为上坡最大。其中有机质、饱和导水率与黏聚力存在极显著相关关系,含水率、容重与内摩擦角也存在极显著相关关系。试验以总孔隙、毛管孔隙、黏粒含量和土壤饱和导水率来表征土壤饱和状态下的抗剪强度,建立了预测方程(R²=0.80,RMSE=5.95),结果表明该方程的可信度和预测精度均较高。研究结果揭示了不同植被类型抗剪强度的控制因素,可为南方崩岗侵蚀区恢复过程提供一定的...     

汶川地震区土壤物理性质与渗透性的坡面分布特征

以汶川县草坡河流域为研究区域,探讨震后4种恢复类型的土壤物理性质和渗透性的坡面分布特征.结果表明,(1)由于地震造成的生态破坏,土壤容重、总孔隙度、非毛管孔隙度和毛管孔隙度等物理性质在坡面分布表现出显著差异.(2)坡面不同部位对自然植物恢复坡面的最大持水量有显著的影响,表现为坡上>坡中(坡下);对有植物长期演替的对照坡面的非毛管持水量有显著的影响,其表现为坡上>坡中>坡下.(3)不同恢复类型土壤入渗率在空间格局上表现不一致,但在时间格局上表现出相同的3区段变化趋势,土壤渗透速率与入渗时间呈非线性关系,经拟合表现出对照地块的土壤渗透数学模型的拟合度最高,且随坡面部位下移拟合度越高.(4)同一坡位的渗透性能在不同恢复类型坡面上表现出明显的差异:对照地块>人工种植>自然恢复>完全裸露,坡位对同一恢复类型土壤渗透率在坡面水平分布上的影响表现为坡上高于坡中和坡下.     

深松与压实对红壤坡耕地土壤物理性质的影响

以红壤坡耕地为研究对象,研究了深松和机械压实对土壤物理性质的影响。结果表明:深松改善了除土壤最小持水量和毛管孔隙度外的土壤物理性质,并对表层土壤的改善效果较好,进而提高了红薯产量;机械压实则对除土壤紧实度和最小持水量外的土壤物理性质产生了负面影响,影响深度达30 cm左右,造成红薯产量降低。0~20 cm土层土壤容重、土壤孔隙度及土壤持水量之间呈显著或极显著相关;20~40 cm土层土壤容重、毛管孔隙度与土壤紧实度分别呈极显著和显著相关性,土壤持水量与土壤非毛管孔隙度、总孔隙度呈显著或极显著正相关。可见,避免机械压实并对深松耕作管理模式进行优化,是缓解红壤坡耕地农业生产与生态破坏的突破口之一。     

不同耕整地方式对甘蔗耕层结构特性及产量的影响

为探讨不同耕整地方式对甘蔗地耕层土壤结构特性和产量的影响,以1.4 m和1.6 m两种种植行距为主处理,以深松35 cm+旋耕25 cm、深翻50 cm+旋耕25 cm、不深松(旋耕25 cm)3种耕整地作业方式为副处理,对甘蔗产量性状,土壤容重、紧实度、孔隙度、三相容积率、田间持水量、土壤贯入阻力和抗剪强度等土壤结构特性进行研究。结果表明:1.6 m行距处理甘蔗蔗茎产量显著低于1.4 m行距处理;1.6 m行距处理土壤紧实度显著小于1.4 m行距,容重显著高于1.4 m行距处理,1.6 m行距处理显著改善土壤贯入阻力和抗剪强度。与对照不深松(旋耕25 cm)相比,深松35 cm+旋耕25 cm及深翻50 cm+旋耕25 cm处理通过增加土壤耕作深度,显著改善了耕层土壤紧实度和耕层土壤容重,改善了耕层的整体疏松程度;深松作业通过提高耕层土壤总孔隙度,尤其增加了30~40 cm土层的毛管孔隙度,提高了深层土壤的保水能力,对甘蔗中后期株高伸长和茎径增粗产生显著的促进效应。深松35 cm+旋耕25 cm与深翻50 cm+旋耕25 cm均显著降低了耕层土壤贯入阻力,但对土壤抗剪强度的改善效果不显著;深松35 cm+旋耕25 cm的固相容积率最小,气相容积率最大,不深松(旋耕25 cm)耕作措施的固相容积率最大,气相容积率最小,3种耕作措施的液相容积率没有显著差异。深松35 cm+旋耕25 cm和深翻50 cm+旋耕25 cm均对土壤物理结构的改善具有积极作用,能显著提高甘蔗产量,在具有大马力拖拉机和高质量深松器的蔗区建议采用深松35 cm+旋耕25 cm的耕整地方式,在缺乏大马力拖拉机和高质量深松器的蔗区,可以采用铧式犁深翻50 cm+旋耕25 cm的耕整地方式来代替深松,以达到增厚耕层的目的。     

针叶与阔叶树根系对土壤抗剪强度及坡体稳定性的影响

重庆缙云山地处三峡库区,是国家重点自然保护区。由于地势特点,坡面极易发生土壤侵蚀及浅层滑坡,因此,在不破坏原有生态环境的前提下,有效防止灾害发生是该地区的重点防治工作。选取了同种根构型的针叶树种(马尾松Pinus massoniana Lamb)和阔叶树种(四川大头茶Gordonia acuminate),比较其提高土壤抗剪强度的作用强弱,并分析根面积比率、剪切带根系径级比、根系位置范围,以及根系角度等因素对土壤抗剪强度的影响。结果表明,针叶树种对土壤抗剪强度增强效果强于阔叶树种;针叶树种根系平均抗拉强度较大,其对土壤抗剪强度的增量更大;针叶树种根系分布范围较广且存在更多与剪切方向成60°的根系,表现出更好的固坡作用;根面积比率对土壤抗剪强度影响不明显。     

植被固土减蚀作用的力学效应

通过分析黄土丘陵沟壑区第一副区、第二副区和水蚀风蚀交错区不同植被坡面土壤的抗剪切力特性,研究植被固土减蚀的力学效应.结果表明,不同植被坡面土壤抗剪强度随垂直压力的增大而呈线性增大,抗剪强度与剪切面上的法向压力成正比,且符合库仑定律;由于根系的固结作用,植被坡面土壤的抗剪强度明显增加,植被坡面的黏聚力和内摩擦角角度大于裸地坡面的黏聚力和内摩擦角角度;不同植被坡面的黏聚力是裸地黏聚力的1.04～2.11倍,不同植被坡面的内摩擦角角度是裸地内摩擦角角度的1.03～1.19倍;不同植被坡面黏聚力与侵蚀产沙量呈显著的负相关关系,随着黏聚力的增大,产沙量呈下降的趋势;不同植被坡面产沙量随径流切应力的增大而增大,具有较好的线性相关关系.在上述分析基础上,建立了临界径流切应力与土壤抗剪强度和黏聚力的关系,从力学层面认识了坡面侵蚀产沙的过程机理.     

Viscoelasticity and shear resistance at the aggregate scale of structured and organic carbon-free Chernozems

Soil rheology characterises the flow behaviour of soils at the particle-particle to aggregate scale. Amplitude sweep tests (ASTs) are often the method of choice for parameterizing soil flow properties, such as the shear strain values at the end of the linear viscoelastic range (i.e., the deformation is mainly elastic) and at the yield point (i.e., elastic equals plastic deformation). Samples from seven soil profiles and five soil depths of Chernozems, collected in the Maidanetske study area, clo...     

风蚀过程中翻耕农田土壤抗剪强度变化

为探究土壤风蚀过程中土壤抗剪强度的变化,以河北坝上干扰破坏地表及未干扰破坏地表的典型翻耕农田为研究对象,采用土壤抗剪强度野外原位直剪试验测定了土壤抗剪强度在风蚀事件前后及风蚀季的变化,结合室内试验分析了土壤抗剪强度与土壤干团聚体粒度的关系。结果表明：未受到干扰破坏及受到干扰破坏2种类型农田地表土壤抗剪切强度与作用在土壤表面的法向应力呈正相关关系,土壤抗剪强度随法向应力的增大而增大;土壤抗剪强度变化与风蚀事件的发生密切相关,除2021年4月27,28日风蚀事件后表层土壤受含水率影响外,其余2次风蚀事件后土壤抗剪强度均发生明显增大,整个风蚀季的土壤抗剪强度变化也呈现出先增大再减小最后略增大的趋势;在风蚀过程中,受到干扰破坏农田地表对于土壤风蚀过程的响应更为敏感,其抗剪强度变化较未受干扰破坏地表抗剪强度变化更为剧烈;土壤抗剪强度随土壤干团聚体平均重量直径增大而增大。为减少坝上地区风蚀的危害,应合理采用保护性耕作措施,在风蚀季减少对农田表层的干扰。     

水分对崩岗土体抗剪切特性的影响

通过三轴剪切实验研究崩岗不同土层抗剪特性随土壤水分含量变化的规律.结果表明:(1)随着土壤含水量的增加,红土层粘聚力逐步增大,当含水量达到22％后,粘聚力急剧下降;砂土层的粘聚力随含水量的增大而呈现先增大后减小的趋势,但粘聚力变化幅度较小,碎屑层的粘聚力随含水量变化呈波动性变化.(2)3个土层的内摩擦角均随着含水量的增加而减小.(3)3个土层的抗剪强度也随含水量的增加而逐渐减小.     

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H5和H25)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H5和H25土样黏...     

盐渍土的增湿剪切变形特性

盐渍土在浸水后由于盐分的溶解,对土体的强度产生较大的影响。在以往的研究中,主要以饱和与非饱和土体的强度比较来说明水对强度的影响,没有研究在部分浸水后土体的变形和强度的变化规律。针对这一点,在参考黄土增湿剪切方法的基础上研究了盐渍土的增湿剪切变形特性,探讨了垂直压力、干密度和剪应力水平对剪切变形量的影响规律。     

小麦秸秆粉碎还田配施氮肥与多酚对土壤侵蚀阻力的影响

小麦秸秆粉碎还田可改变土壤性质,进而影响土壤侵蚀阻力.以北方土石山区褐土为研究对象,利用L9(34)正交表对秸秆长度(2,5,8 cm)、秸秆还田量(2000,4000,8000 kg/hm2)、纯氮施加量(100,140,180 kg/hm2)及纯多酚施加量(0,40,80 kg/hm2)4因素3水平进行正交设计,加...     

紫色土坡耕地埂坎土壤抗剪性能对含水率的响应

选取三峡库区典型紫色土坡耕地埂坎进行试验,通过室内三轴试验研究不同含水率(质量分数6%、11%、16%、21%、26%和31%)对埂坎土壤抗剪强度指标的影响,以深化紫色土坡耕地埂坎力学性质研究。结果表明:1)试验含水率范围内,紫色土坡耕地埂坎土壤黏聚力受含水率影响显著(P0.05),且随着含水率增加呈现出先增大后减小的趋势,明显的峰值出现在含水率质量分数11%左右,黏聚力为85.52 k Pa;2)埂坎土壤内摩擦角随含水率增加而减小,呈非线性衰减,符合一阶指数衰减规律。高含水率时,衰减缓慢;3)紫色土坡耕地埂坎抗剪强度受含水率变化影响显著(P0.05),埂坎土壤极限主应力差随含水率和围压的变化明显且具有规律性。相同围压下,埂坎土壤极限主应力差随含水率增大而迅速减小,即土体的抗剪强度降低。相同含水率下,极限主应力差随围压增大而增大,低含水率时增加明显,高含水率时增加缓慢。当含水率质量分数达到26%左右,埂坎土壤抗剪强度趋于低值;4)紫色土埂坎土壤的应力-应变曲线随含水率递增依次呈现应变软化型、硬化型和弱硬化型。研究结果可为三峡库区高标准基本农田等工程的埂坎建设提供依据和技术支撑。     

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。     

芨芨草水土保持功能的初步研究

芨芨草是黄土高原地区广泛分布的禾本科植物.人们对其水土保持方面的定量研究基本上还处于空白.通过对芨芨草草地土壤抗冲性、渗透性、土壤抗剪强度等指标的研究,来探讨芨芨草的水土保持功能.结果表明:芨芨草能明显提高土壤的抗冲性、渗透性及土壤的抗剪强度,并能增加地表的覆盖度.芨芨草在黄土高原地区的水土保持工作中有着广阔的应用前景.     

饱和与非饱和黄绵土细沟径流水动力学特征及侵蚀阻力对比

近地表水文状况显著影响坡面土壤侵蚀过程。土壤饱和状态作为一种特殊的近地表水文状况,其细沟侵蚀特征较之非饱和状态存在明显的差异。以黄绵土为研究对象,采用限定性细沟模拟冲刷,对比研究了饱和与非饱和状态下黄绵土的水动力特征和侵蚀阻力。结果表明:饱和黄绵土径流流速与坡度、流量之间符合良好的幂函数关系,坡度对流速的影响更甚;饱和黄绵土径流流速约为非饱和黄绵土的1.17倍,其坡面摩擦阻力仅为非饱和黄绵土的70.3%;同种工况下,非饱和黄绵土的径流含沙量和细沟径流动能明显偏低,随着径流动能增大,2种土的径流含沙量均呈现对数型增长,径流含沙量峰值稳定在400,280kg/m~3内;饱和与非饱和黄绵土的细沟可蚀性参数分别为0.088,0.057kg/(m~2·s),相应的土壤临界剪切力分别为0.773,1.561Pa,表明饱和黄绵土更易剥蚀、流失。