本文選題：砂姜黑土　切入點(diǎn)：收縮　出處：《中國農(nóng)業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：砂姜黑土是我國淮北平原廣泛分布的中低產(chǎn)土壤,脹縮性強(qiáng)、開裂嚴(yán)重是砂姜黑土突出的土壤障礙因子,明確土壤收縮及開裂特征規(guī)律,對(duì)認(rèn)識(shí)及改良砂姜黑土土壤質(zhì)量有重要的指導(dǎo)意義。但是由于土壤收縮及開裂受到多種因素的影響,過程極為復(fù)雜,目前砂姜黑土收縮開裂行為定量研究的報(bào)道尚不多見。因此本研究以淮北平原臨泉縣典型砂姜黑土土壤作為研究對(duì)象,詳細(xì)闡述了該區(qū)砂姜黑土土壤特征,研究了不同因素對(duì)砂姜黑土收縮及開裂的影響,同時(shí)以生物質(zhì)炭作為土壤改良劑,闡明了其對(duì)砂姜黑土收縮開裂性質(zhì)的改良作用,為今后砂姜黑土收縮開裂性的研究及田間生物質(zhì)炭對(duì)其改良應(yīng)用提供了科學(xué)依據(jù)和參考。論文主要研究結(jié)果如下:(1)明確了淮北平原地區(qū)砂姜黑土農(nóng)田障礙因子。兩塊典型砂姜黑土農(nóng)田的調(diào)查分析結(jié)果表明,砂姜黑土有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量較低。砂姜黑土中砂姜隨著土層往下,含量增加,砂姜出現(xiàn)位置一般在40-80 cm。砂姜含量的增加提高了砂姜黑土飽和含水量,降低了土壤田間持水量。砂姜黑土 0-40 cm 土層粘粒達(dá)到35%以上,隨著土層往下砂姜層的出現(xiàn),土壤粘粒含量有降低的趨勢。砂姜黑土表層土壤容重變化較大,范圍在1.161-1.561 g/cm3之間,0-40cm土層線脹系數(shù)(COLE)均在0.20以上,田間開裂面積達(dá)到了 9.12%。(2)闡明了初始容重、初始質(zhì)量含水量以及砂姜含量對(duì)砂姜黑土收縮及水分特征的影響。在土壤初始容重分別為1.10g/cm3、1.22g/cm3以及1.31g/cm3時(shí),在相同吸力下,土壤含水量隨著初始容重增加而增加,土壤的線縮率隨初始容重的增大而減小,土壤收縮后的容重隨著初始容重增加而增加,且初始容重的增加顯著增加了土壤結(jié)構(gòu)收縮段的孔隙比,減少了線性收縮段的孔隙比。當(dāng)土壤初始含水量分別為0.49g/g、0.43g/g、0.36g/g、0.31g/g和0.25g/g時(shí),相同吸力下,初始含水量越高,水分流失越快,土壤線縮率及最終收縮后的容重越大。當(dāng)初始含水量為0.36 g/g時(shí),土壤結(jié)構(gòu)段孔隙比最高。當(dāng)土壤砂姜質(zhì)量含量分別為0g/g、0.04 g/g、0.06 g/g、0.08g/g、0.10g/g和0.12g/g時(shí),砂姜含量的增加加快了土壤水分的流失,但是砂姜含量對(duì)土壤容重及土壤線縮率影響不大,且隨著砂姜含量的增加,土壤收縮后的孔隙比增加,但是相同孔隙下土壤水分含量下降。(3)揭示了砂姜黑土在不同因素下的開裂特征。利用MatLab軟件平臺(tái),針對(duì)土壤開裂的特點(diǎn),選用分段線性灰度變換、最大間類方差法等方式實(shí)現(xiàn)圖像灰度化、圖像平滑過程�；贖arris算法原理設(shè)計(jì)了土壤裂縫角點(diǎn)檢測及距離計(jì)算的程序模塊,實(shí)現(xiàn)了土壤裂縫特征點(diǎn)的提取。同時(shí),通過裂縫特征參數(shù)值比較,說明了環(huán)境溫度與空氣濕度、土壤樣品的厚度及直徑等因素對(duì)土壤開裂特征的影響。土壤裂縫特征參數(shù)定量表明,土壤開裂的復(fù)雜程度隨著環(huán)境溫度和土樣厚度的增加而減小,隨著空氣濕度及土壤直徑的增加而增加。不同條件下,土壤裂縫的開裂面積Dc值變化范圍為11.27%-15.11%,連通度CI值為0.38-0.58,開裂長度Lc值為0.25%-0.63%,開裂周長P值為0.48%-1.33%,當(dāng)量寬度EW值為17.78-51.50像素,盒維數(shù)FD值為 1.593-1.791。(4)通過多次重復(fù)實(shí)驗(yàn),說明土樣厚度對(duì)砂姜黑土開裂過程的影響,并指出了適合土壤裂縫研究的樣品大小。相同的環(huán)境因素下,不同土樣厚度的樣品最后開裂狀態(tài)重現(xiàn)性都較好。其中4-5 mm 土樣厚度下,土壤各項(xiàng)開裂指標(biāo)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差分為分別為:Dc(12.55%±0.38%)、CI(0.45±0.02)、Lc(0.73%±0.07%)、P(1.83%±0.07%)、EW(13.72±0.54)(像素)、FD(1.546 ±0.02)。除外,當(dāng)土樣厚度為4-5mm時(shí),利用圖像法與細(xì)針法相結(jié)合測定的土壤開裂體積與鐵粉法測定的開裂體積最為接近,最大相差8.65%。土壤開裂過程表明,土樣厚度在4-5 mm時(shí),不同重復(fù)之間土壤開裂面積、開裂體積以及收縮體積隨土壤含水量變化過程重現(xiàn)性最好,而土壤厚度為9-10 mm與15-16 mm時(shí),土壤不同部位水分不均勻?qū)е峦寥篱_裂過程差異較大。因此,推薦使用4-5 mm的土樣厚度進(jìn)行土壤開裂研究。(5)添加生物質(zhì)炭,有效的減少了砂姜黑土的開裂收縮性,增強(qiáng)了其持水性。與不添加生物質(zhì)炭的砂姜黑土(T0)相比,添加5%(T5)、10%(T10)以及15%(T15)的生物質(zhì)炭以后,土壤有機(jī)碳含量都有所增加,添加生物質(zhì)炭含量也增加了砂姜黑土中大于0.053 mm的團(tuán)聚體含量,減少了小于0.053 mm的團(tuán)聚體。同時(shí),添加生物質(zhì)炭以后,土壤開裂穩(wěn)定時(shí)的含水量增加。在土壤開裂過程中,Dc、EW、FD、P、Lc及CI值隨著含水量的降低而升高,且隨著生物質(zhì)炭含量的增加,各個(gè)裂縫指標(biāo)參數(shù)值都降低。隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加,除了 T0以外,各處理的Dc都下降。在添加10%以及15%的生物質(zhì)炭以后,土壤的COLE值分別減小了 41.45%以及45.54%,但是在添加5%的生物質(zhì)炭以后沒有明顯的變化。同時(shí)生物質(zhì)炭含量的增加,使得土壤孔隙度隨著含水量的變化減慢,在土壤水分穩(wěn)定時(shí),T5、T10以及T15處理下土壤的孔隙度分別提高了 10.44%、24.80%及28.36%。與T0相比,T5、T10以及T15處理下在萎蔫點(diǎn)處體積含水量增加了 5.90%、13.15%和 19.61%。
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【學(xué)位授予單位】：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：S156

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1574511