模拟秸秆还田条件下黑土力学特征研究

发布时间：2020-06-06 13:22

【摘要】：东北黑土区是我国最重要的粮食主产区之一,随着开垦年限的延长,土壤有机质含量逐渐降低、黏粒含量逐渐增加,机械耕作尤其是大型机械的普遍使用导致黑土压实及土壤侵蚀问题日趋严重。黑土区秸秆还田不仅具有传统蓄水保墒、培肥改土的效应,还可以缓解机械压实及土壤侵蚀,其机理分属土力学中固结与剪切的研究范畴。本研究以土力学为理论基础,以典型黑土区未经开垦(高有机质低黏粒含量)以及开垦40年(低有机质高黏粒含量)的耕作土壤为研究对象,采用室内固结和三轴剪切相结合的方法,通过压缩指数、回弹指数、黏聚力及内摩擦角的测定与分析,模拟研究了不同长度(1、5、15、25 mm、无添加)、不同含量(还田比例25%、50%、75%、100%、无添加)的小麦秸秆以及不同还田位置(上部、中部、下部、均匀混合、无添加)对黑土压缩、回弹及抗剪切行为的影响机制,探究秸秆还田措施对黑土力学特性的影响。研究结果表明:(1)秸秆长度与压缩指数呈负相关,与回弹指数呈正相关,且添加15 mm长度秸秆的黑土压缩指数最低而回弹指数最高,即此时其抗压能力及压实后自然恢复能力最强;随着秸秆长度的增加,黑土的抗剪强度逐渐显著增强,但增幅逐渐减小。(2)秸秆全量还田时,抗压缩能力最强,且压实后恢复能力亦最强;秸秆半量还田时,土体抗剪强度最大;当秸秆还田比例为50-100%时,黑土抗压与抗蚀综合效应最好。(3)秸秆上部还田时,黑土最不易被压缩且压实后恢复能力最强,中部还田时,黑土的抗剪强度最大;即中上部还田时,黑土的抗压与抗蚀效果较好。综上所述,未经开垦的黑土固有抗剪强度较高,模拟秸秆还田措施可以有效改善黑土力学特性,以长期耕作的有机质含量低黏粒含量高的黑土改善效果更为显著。秸秆添加长度为15 mm、添加量为50%-100%以及添加在中上部时,抗压实抗剪切改善效果最显著、自然恢复力强。研究结果可为黑土压实与修复方面的研究提供理论依据;未来将从室内模拟转向田间,开展秸秆还田方式与秸秆分解时间、分解程度方面的组合研究,可进一步为传统土壤学与土力学交叉的农田土力学研究奠定基础。
【图文】：

秸秆,黑土,力学特性,相关关系

图４－２秸秆含量与黑土力学特性的相关关系逡逑Ｆｉｇ．４－２邋Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｓｔｒａｗ邋ｃｏｎｔｅｎｔ邋ａｎｄ邋ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ邋ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ邋ｏｆ邋ｂｌａｃｋ邋ｓｏｉｌ逡逑４．２＿４讨论逡逑秸秆还田改善农业土壤环境是通过微生物分解增加土壤有机质含量，而秸秆还田对逡逑土壤力学行为的影响主要是通过改变土体孔隙度和容重、土粒间摩擦力和粘结作用１１２３１逡逑以及加筋作用实现。添加秸杆含量较少时，，加筋作用无法抵抗增加孔隙度带来的压实风逡逑险，从而增加了土体的可压实性［２４］。秸秆含量较多时，秸秆与土体的接触面积充足，而逡逑且稻秆的弹性模量大于土体的弹性模量，当土体表面施加外界压力荷载时，稻秆与土体逡逑间产生较大的摩擦阻力，充分发挥了秸杆的加筋作用，相当于对土样施加了约束力，限逡逑制了土体的变形［４５〗，从而抵抗由外界压力产生的土体错动而压缩［１２３］，有效增强土体的抗逡逑压能力。相同秸秆含量处理下，ＬｏｍＨｃ邋土样的压缩指数均显著小于ＨｏｍＬｃ邋土样，是由逡逑于ＨｏｍＬｃ邋土样的有机质含量较高（１０９．２４邋ｇｋｇ－ｌ），导致土壤的压实敏感性增强［１２９］。添逡逑加秸杆后的土体的回弹指数均增加，即土体压实后的恢复能力增强。这是由于当外界压逡逑力卸载后，秸秆的加筋作用消失，秸秆逐渐恢复到挺实状态支撑土体，使其更易恢复到逡逑初始状态。当秸杆含量较多时，可能存在秸杆的重叠现象，而且土体压缩变形时秸秆同逡逑
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S141.4

【参考文献】