中国东北黑土区冻融循环与初始土壤含水量对土壤抗剪强度的影响

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季节性冻融循和不同初始土壤含水量对土壤剪切应力有重要影响,其进而影响坡面水蚀过程;然而目前冻融循环对坡面水蚀过程机理的影响研究还不十分清楚,特别是冻融循环对东北黑土区农地土壤抗侵蚀能力的影响研究还相对薄弱。因此,本研究以黑龙江省黑土区的克山县(KS)和宾县(BX)为研究区,通过设计5个冻融循环次数(0、1、3、5和7次)、3个初始土壤含水量(16.5%、24.8%和33.0%)和2种试验土壤处理(扰动土和原状土)和采用土壤直剪试验,研究了冻融循环次数和土壤初始含水量对土壤剪切应力的影响,研究结果加深了对冻融作用影响坡面土壤侵蚀机理的认识,同时也为黑土区侵蚀防治提供了科学依据。主要研究结论如下:  (2)土壤剪切应力和土壤粘聚力皆随冻融循环次数和前期土壤含水量的增加而减少。当冻融循环从0次增加到7次,BX和KS土壤剪切应力分别降低8.6%~18.0%和13.1%~18.0%。当前期土壤含水量分别为16.5%、24.8%和33.0%,5次冻融循环使BX土壤粘聚力分别减少70.9%、71.1%和65.9%和KS土壤粘聚力分别减少56.6%、61.7%and71.9%。同时,两种试验土壤剪切应力随冻融循环次数增加的减少幅度呈逐渐降低趋势,并在5次冻融循环后,BX和KS土剪切应力趋于稳定。另外,KS试验土壤剪切应力是BX试验土壤的0.8-2.2倍。  (2)BX和KS两种原状土的剪切应力均低于扰动土。在24.8%和33.0%初始土壤含水量下,当冻融循环次数从0次增加到5次时,BX原状土的剪切应力较原状土分别降低23.8%~26.1%和17.6%~21.3%;而KS原状土的剪切应力分别降低0.2%~11.0%和4.2%~9.7%。扰动土的剪切应力大于原状土的主要原因是扰动土样经过重塑过程,改变了土壤结构。  (3)土壤初始含水量和冻融循环次数是影响土壤剪切应力的重要因素。当初始含水量和冻融循环次数增加时,扰动土和原状土的剪切应力均有所减小。这些结果证实了冻融循环和初始含水量对中国东北黑土区土壤剪切应力的影响。因此量化冻融循环对坡面水蚀的影响机理应是今后需要研究的重点。
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