基于沉降法测定含沙量与土壤水稳性团聚体容重

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xiaollxiao
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土壤颗粒的沉降直接影响着水体中泥沙的分布,进而对水体中各点压力的分布和侵蚀泥沙的输移产生较大的影响。开展基于沉降测定含沙量研究旨在寻求一种新方法以实现含沙量在野外的快速准确测定。侵蚀过程中,部分土体以团聚体的形式发生侵蚀,团聚体的输移与传统的土粒(砂砾)的输移差异较大,团聚体并非密实土粒,其容重大小直接影响着团聚体的输移。论文通过试验测定不同粒级水稳性团聚体沉降速度,计算土壤团聚体容重,进而服务于土壤侵蚀中水力侵蚀机理分析。试验基于沉降导致压差变化的原理,选取4种土壤(褐土、风沙土、滨海盐土与水稻土)分别预制11个含沙量梯度的含沙水样,使用数字式压差计测定含沙水样压强与大气压强之间的差值(简称压差),建立含沙量与压差的函数关系式。通过对5种典型土壤(红壤、黄绵土、黑土、褐土与紫色土)进行干筛、湿筛、冲刷、水稳性团聚体自由沉降试验,得到土壤团聚体分布特征、机械稳定性、水稳性、水稳性团聚体沉降速度与容重范围。含沙量与压差在0.01的水平下呈极显著线性正相关。对于其中3种含沙水样(褐土水样、滨海盐土水样与水稻土水样),压差结合理论公式计算含沙量的方法具有可行性,最大相对误差绝对值小于14%。但风沙土水样测定误差较大,最大相对误差绝对值高达33%。因此,为了缩小误差,试验通过测定纯水与含沙量为500 kg/m3的水样压差建立修正方程,再结合测定的压差值计算含沙量,发现最大相对误差绝对值小于8%。为进一步确定基于沉降法结合修正方程测定含沙量具有普遍适用性,测定500kg/m3的黑土含沙水样压差,建立黑土修正方程。再测定不同含沙量的黑土水样,发现黑土水样测定含沙量的最大相对误差小于9%。说明沉降法能较为准确地测定水样含沙量,为水土保持监测等领域在野外,便捷测定含沙量提供一种新思路与方法。与干筛相比,湿筛后团聚体平均重量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)均减小,微团聚体含量显著提高,而大团聚体含量则相反。通过相关性分析可知,土壤可蚀性因子(K)与土壤中有机质含量呈正比。团聚体破坏率(PAD)随砂粒含量的增大而减小,随水稳性大团聚体含量的增大而增大。土壤抗冲系数与机械稳定性团聚体平均重量直径(MWD)在0.05级别呈显著正相关关系,但与水稳性团聚体的平均重量直径(MWD)不存在相关性。5种土壤水稳性团聚体沉降速度与其直径关系密切相关,尤其是直径为0-2 mm水稳性团聚体速度增幅表现更加明显。不同土类相同直径水稳性团聚体的沉速也存在差异,当d<2 mm时,沉降最快的是红壤与紫色土的水稳性团聚体,两者沉降速度非常接近;当d>2 mm时,沉降最快的是紫色土的水稳性团聚体。通过水稳性团聚体的自由沉降试验发现,水稳性团聚体随着直径的增大,沉降速度增大、容重减小。根据相关性分析,水稳性团聚体的质量加权平均速度((1?)与土壤可蚀性因子(K)存在一定相关性,两者呈反比,与土壤抗冲性无相关关系。土壤团聚体的机械稳定性有利于加强土壤的抗冲刷能力,砂粒含量的增加有利于降低团聚体破坏率。从整体看,平均容重大小排序为:红壤>紫色土>黑土>褐土>黄绵土,5种土壤水稳性团聚体容重(1.003×10~3-1.612×10~3kg/m~3)远小于土壤平均颗粒密度(2.65×10~3kg/m~3)。不同土壤水稳性团聚体容重存在差异,即使是同一土壤水稳性团聚体,不同直径的团聚体因疏松孔隙不同,容重也存在差异。
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