基于CT研究冻融对高寒草甸土壤孔隙结构的影响
发布时间：2021-02-26 11:32
冻融是影响高寒地区土壤结构的重要物理因素,以青海湖流域高寒草甸作为研究对象,通过野外采集原状土柱、室内冻融循环模拟、CT扫描和图像解译等方法,研究冻融循环对高寒草甸冻胀丘和丘间地的土壤大孔隙结构特征的影响。结果表明,随着冻融循环次数的增加,高寒草甸冻胀丘和丘间地土壤大孔隙度均呈现"减小—增加—减小"的趋势,冻融循环对土壤大孔隙度的降低主要在第1次冻融循环内形成的,且大孔隙的平均等效直径、平均体积、平均分枝长度、分枝密度和节点密度的变化规律与大孔隙度变化规律基本一致;冻融循环对高寒草甸冻胀丘土壤大孔隙的影响明显大于丘间地,其土壤大孔隙度随土层深度变化存在2个峰值,受冻融循环的影响,峰值大小和位置有所变动,且30—80 mm土层深度的土壤孔隙结构较草毡层其他位置更为敏感。
【文章来源】：水土保持学报. 2020,34(03)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
2015年高寒草甸20 mm土层土壤温度全年变化
扫描得到的扫描图像格式为DICIOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)格式,利用PV-WAVE编程语言转化为ASCII格式。将ASCII格式图像导入Avizo9.0(FEI, America)软件,首先利用1个柱形切割工具选取研究区域(直径7 cm、高12 cm的圆柱体),目的是为了消除管壁处和管底部的扰动。根据阈值法并经过反复的对比分析,选取合适的阈值得到土壤大孔隙的三维结构图,然后通过参数计算和骨架化的操作得到大孔隙度、数量密度、平均体积、分枝密度、平均分枝长度、长度密度和平均等效直径等大孔隙参数特征值(图3)。2 结果与分析
本研究以青海湖流域的高寒草甸作为研究对象(图1),分别在冻胀丘和丘间地各采集3个原状土柱。根据现场调查,冻胀丘富有一定弹性,直径为200～400 mm,高100～300 mm,间距100～500 mm。采样前清除采样点土壤表层的砾石、残枝等杂物,将内径7.5 cm、高15 cm的PVC管一端套入特制的铁头后垂直压入土层。铁头为特制钢管,一端打磨削尖,以减少压入土壤带来的摩擦阻力。挖开土柱周边土壤,将PVC管连同内部原状土壤小心取出,两端套上PVC盖,空隙部分用海绵填充塞实,避免运输过程中土壤样品的震动和散落。同时,采集表层0—10,10—20 cm的土壤样品各1 kg,通过室内分析测定得到土壤基本理化性质(表1)。表1 高寒草甸土壤理化性质 土层深度/cm 容重/(g·cm-3) 机械组成/(g·kg-1) 全氮/(g·kg-1) 全磷/(g·kg-1) 有机质/(g·kg-1) 有效磷/(mg·kg-1) 速效钾/(mg·kg-1) 0.25≤Ф<2.00 mm 0.05≤Ф<0.25 mm 0.02≤Ф<0.05 mm 0.002≤Ф<0.02 mm 0—10 0.645 50.14 10.16 10.0 20 11.80 1.04 203 27.3 72.1 10—20 1.025 42.59 15.21 12.5 20 8.95 0.98 216 24.0 76.2
【参考文献】：
期刊论文
[1]青海乱海子高寒湿地植物群落结构对土壤水分变化的响应[J]. 吕艳花,赵明德,周华坤,毛旭峰,陈哲,刘攀,杨冲,豆艳,王文颖. 湿地科学. 2017(05)
[2]基于CT的青海湖流域芨芨草草地土壤大孔隙特征分析[J]. 刘勇,胡霞,李宗超,孙贞婷,程亚倩,吕艳丽. 土壤. 2017(01)
[3]青藏高原发现大型冻胀丘群[J]. 吴吉春,盛煜,曹元兵,李静,冯子亮,王新斌. 冰川冻土. 2015(05)
[4]冻融交替后不同尺度黑土结构变化特征[J]. 王恩姮,赵雨森,夏祥友,陈祥伟. 生态学报. 2014(21)
[5]冻土的力学性质及研究现状[J]. 齐吉琳,马巍. 岩土力学. 2010(01)
[6]冻融循环对黑土容重和孔隙度影响的试验研究[J]. 刘佳,范昊明,周丽丽,武敏,柴宇,刘艳华. 水土保持学报. 2009(06)
[7]冻融作用对东北黑土容重的影响[J]. 温美丽,刘宝元,魏欣,刘洪鹄. 土壤通报. 2009(03)
本文编号：3052527
【文章来源】：水土保持学报. 2020,34(03)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
2015年高寒草甸20 mm土层土壤温度全年变化
扫描得到的扫描图像格式为DICIOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)格式,利用PV-WAVE编程语言转化为ASCII格式。将ASCII格式图像导入Avizo9.0(FEI, America)软件,首先利用1个柱形切割工具选取研究区域(直径7 cm、高12 cm的圆柱体),目的是为了消除管壁处和管底部的扰动。根据阈值法并经过反复的对比分析,选取合适的阈值得到土壤大孔隙的三维结构图,然后通过参数计算和骨架化的操作得到大孔隙度、数量密度、平均体积、分枝密度、平均分枝长度、长度密度和平均等效直径等大孔隙参数特征值(图3)。2 结果与分析
本研究以青海湖流域的高寒草甸作为研究对象(图1),分别在冻胀丘和丘间地各采集3个原状土柱。根据现场调查,冻胀丘富有一定弹性,直径为200～400 mm,高100～300 mm,间距100～500 mm。采样前清除采样点土壤表层的砾石、残枝等杂物,将内径7.5 cm、高15 cm的PVC管一端套入特制的铁头后垂直压入土层。铁头为特制钢管,一端打磨削尖,以减少压入土壤带来的摩擦阻力。挖开土柱周边土壤,将PVC管连同内部原状土壤小心取出,两端套上PVC盖,空隙部分用海绵填充塞实,避免运输过程中土壤样品的震动和散落。同时,采集表层0—10,10—20 cm的土壤样品各1 kg,通过室内分析测定得到土壤基本理化性质(表1)。表1 高寒草甸土壤理化性质 土层深度/cm 容重/(g·cm-3) 机械组成/(g·kg-1) 全氮/(g·kg-1) 全磷/(g·kg-1) 有机质/(g·kg-1) 有效磷/(mg·kg-1) 速效钾/(mg·kg-1) 0.25≤Ф<2.00 mm 0.05≤Ф<0.25 mm 0.02≤Ф<0.05 mm 0.002≤Ф<0.02 mm 0—10 0.645 50.14 10.16 10.0 20 11.80 1.04 203 27.3 72.1 10—20 1.025 42.59 15.21 12.5 20 8.95 0.98 216 24.0 76.2
【参考文献】：
期刊论文
[1]青海乱海子高寒湿地植物群落结构对土壤水分变化的响应[J]. 吕艳花,赵明德,周华坤,毛旭峰,陈哲,刘攀,杨冲,豆艳,王文颖. 湿地科学. 2017(05)
[2]基于CT的青海湖流域芨芨草草地土壤大孔隙特征分析[J]. 刘勇,胡霞,李宗超,孙贞婷,程亚倩,吕艳丽. 土壤. 2017(01)
[3]青藏高原发现大型冻胀丘群[J]. 吴吉春,盛煜,曹元兵,李静,冯子亮,王新斌. 冰川冻土. 2015(05)
[4]冻融交替后不同尺度黑土结构变化特征[J]. 王恩姮,赵雨森,夏祥友,陈祥伟. 生态学报. 2014(21)
[5]冻土的力学性质及研究现状[J]. 齐吉琳,马巍. 岩土力学. 2010(01)
[6]冻融循环对黑土容重和孔隙度影响的试验研究[J]. 刘佳,范昊明,周丽丽,武敏,柴宇,刘艳华. 水土保持学报. 2009(06)
[7]冻融作用对东北黑土容重的影响[J]. 温美丽,刘宝元,魏欣,刘洪鹄. 土壤通报. 2009(03)
本文编号：3052527
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