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EN-1固化剂对黄土性土壤与黑麦草的效应研究

作　者: 刘月梅
导　师: 张兴昌
学　校: 西北农林科技大学
专　业: 环境科学
关键词: 黄土边坡 EN-1固化剂黑麦草土壤物理性质生理特征
分类号: S152
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

EN-1固化剂是一种由多种无机和有机材料组成的复合材料，可通过与土壤发生理化反应达到胶结土粒、增加土体稳定性的作用，应用领域广泛，已逐步应用于黄土边坡生态防护，具有良好的应用前景。本研究通过室内模拟试验和盆栽试验，系统地研究了EN-1固化剂对黄土地区典型土壤的结构、持水性等水分特征及黑麦草生长的影响，并分析了固化土物理性质与黑麦草生长调节机制之间的相互关系，确定了适于黄土边坡生态防护的土壤容重和固化剂掺量。主要结论如下：1、对固化土壤的结构研究表明：室内土柱试验条件下，相同容重不同固化剂掺量处理各粒径团聚体含量普遍高于素土，但处理间无显著性差异；固化剂处理10d后提高了土壤中>0.25mm水稳性团聚体含量。盆栽试验各处理不同粒径团聚体分布趋势与室内土柱试验基本一致，固化黄绵土>0.25mm水稳性团聚体含量在10%～20%之间，而固化塿土在50%以上，均显著高于室内土柱试验；水分胁迫有利于固化土>0.25mm水稳性团聚体形成，且随着盆栽时间延长，固化土壤结构更加稳定；固化剂掺量在0.05%和0.10%时>0.25mm水稳性团聚体含量相对较高，土壤结构较素土稳定；不同水分条件下，>0.25mm水稳性团聚体含量与团聚体平均重量直径、几何平均直径呈显著正相关，与分形维数呈显著负相关，不同处理对塿土土壤结构的影响较黄绵土明显。2、对固化土壤水分特征研究表明：不同处理土壤水吸力与对应土壤含水量的关系均符合方程θ=a·S-b所表示的幂函数关系；固化剂降低了土壤的持水能力，但对土壤有效水含量影响不显著。固化剂有利于土壤导水能力的提高，黄绵土和塿土固化剂掺量分别在0.05%～0.10%和0.15%～0.20%范围内具有最大入渗能力；无论土壤中是否加入固化剂，随着土壤容重增加，土壤饱和导水率均降低。固化黄绵土在蒸发初期土壤水分急剧减少，后期趋于缓慢，不同固化剂掺量处理对累积蒸发量影响不显著；固化塿土土壤水分蒸发速度较固化黄绵土平缓，且不同固化剂掺量处理间表现出显著性差异（P<0.05）；固化土累积蒸发量均低于素土。3、对固化土壤水分垂直入渗特征研究表明：土壤容重对固化土的入渗能力有较大影响，土壤容重越大，对应于同一时刻入渗率越低，累积入渗量越小，湿润锋推进距离越短。固化剂对累积入渗量和湿润锋运移距离的影响均显著（P<0.05），且随固化剂掺量增大，累积入渗量和湿润锋运移距离均有先增大后减少的趋势；累积入渗量与湿润锋运移距离呈良好的线性关系；黄绵土和塿土固化剂掺量分别在0.05%～0.10%和0.05%～0.15%范围内累积入渗量最大。适宜的固化剂掺量可以加快土壤水分入渗，增加土壤含水量，但当固化剂掺量增加到一定程度时，反而会抑制土壤水分入渗，这种抑制作用在高土壤容重下表现更为明显。利用Philip模型、Kostiakov经验公式和指数公式对固化黄绵土和固化塿土入渗率与入渗历时的关系进行拟合时发现，Kostiakov公式拟合值更接近于实测值，且土壤容重越大，拟合精度越高。4、揭示了固化土壤环境下黑麦草生长调节机理，研究发现：随土壤容重增加黑麦草叶绿素含量、根系活力、根冠比和生物量均降低，而固化土壤各指标值均高于素土，且随固化剂掺量的增加呈先增加后降低的趋势。轻度水分胁迫下，固化剂掺量在0.05%～0.20%范围内，较大的固化剂掺量对黑麦草的生长产生了一定胁迫，导致黑麦草叶片相对含水量和叶绿素含量降低，而可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸和丙二醛含量增加。轻度水分胁迫下，黑麦草根系活力、土壤持水能力、土壤有机质含量、>0.25mm水稳性团聚体含量和饱和导水率是影响黑麦草生物量的主要因子；充分灌水条件下，土壤有机质、0.25mm水稳性团聚体含量和根系活力则是影响黑麦草生物量的主要因子，与土壤持水、供水、导水、蒸发等相关性不显著。5、EN-1固化剂与N肥配施研究发现：固化剂与N肥配施条件下，不同固化剂掺量对黑麦草株高、分蘖数、根系特征影响显著（P<0.05），固化土各指标值普遍高于素土，但与固化剂掺量不成正比；随土壤容重增大，黑麦草根表面积、根长和根密度均逐渐降低。黄绵土不同固化剂掺量处理对水分利用效率影响不显著，塿土随固化剂掺量增加水分利用效率呈先增后降的趋势。固化剂、N肥与土壤容重三因素一次项及二次项对黑麦草生物量均有极显著影响(P<0.01)；土壤容重与固化剂交互作用明显。黄土边坡生态防护黄绵土最适容重为1.3g/cm3、固化剂掺量为0.15%，而塿土容重为1.35g/cm3、固化剂掺量为0.10%。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-25
  1.1 选题依据与研究目的  13-14
  1.2 国内外研究进展  14-24
    1.2.1 黄土边坡生态防护技术研究进展  14-16
    1.2.2 土壤改良技术在边坡坡面防护中的应用  16-20
    1.2.3 土壤环境对植被生理生态特征的影响  20-24
  1.3 问题与展望  24-25
第二章研究内容与方法  25-33
  2.1 研究目标  25
  2.2 研究内容  25
    2.2.1 黄土性土壤固化对土壤物理性质的影响  25
    2.2.2 黄土性土壤固化对黑麦草生理生态特征的影响  25
    2.2.3 固化剂与 N 肥配施对黑麦草生长及水分利用效率的影响  25
  2.3 研究思路与方法  25-27
    2.3.1 研究思路  25-26
    2.3.2 研究方法  26-27
  2.4 试验设置  27-32
    2.4.1 室内土壤物理试验  27-29
    2.4.2 盆栽试验  29-32
  2.5 数据处理  32-33
第三章 EN-1 固化剂对黄土性土壤结构的影响  33-52
  3.1 室内土柱试验条件下土壤结构特征  33-40
    3.1.1 不同处理土壤团粒的分布特征  33-35
    3.1.2 不同处理对>0.25 mm 水稳性团聚体含量的影响  35-36
    3.1.3 不同处理土壤团聚体平均重量直径、几何平均直径及分形维数分析  36-39
    3.1.4 土壤结构指标的相关性分析  39-40
  3.2 盆栽试验条件下土壤结构特征  40-48
    3.2.1 不同处理土壤团粒的分布特征  40-44
    3.2.2 不同处理对>0.25 mm 水稳性团聚体含量的影响  44-45
    3.2.3 不同处理土壤团聚体平均重量直径、几何平均直径及分形维数分析  45-48
    3.2.4 土壤结构指标的相关性分析  48
  3.3 讨论  48-50
  3.4 小结  50-52
第四章 EN-1 固化剂对黄土性土壤持水、供水等水分特征的影响  52-64
  4.1 不同处理对土壤持水能力的影响  53-55
  4.2 不同处理对土壤供水能力的影响  55-57
  4.3 土壤水分常数  57-59
  4.4 土壤水分有效性分析  59
  4.5 不同处理对土壤饱和导水率的影响  59-61
  4.6 不同处理对土壤水分累积蒸发量的影响  61-62
  4.7 讨论  62-63
  4.8 小结  63-64
第五章 EN-1 固化剂对黄土性土壤水分垂直入渗特征的影响  64-77
  5.1 不同处理对土壤水分入渗特征的影响  64-71
    5.1.1 入渗率  64-67
    5.1.2 累积入渗量  67-68
    5.1.3 湿润锋  68-70
    5.1.4 土壤剖面含水率  70-71
  5.2 不同入渗模型对固化土入渗率的适用性  71-74
    5.2.1 基本理论  71-72
    5.2.2 对比分析  72-74
  5.3 讨论  74-75
  5.4 小结  75-77
第六章 EN-1 固化剂对黑麦草生理生态特征的影响  77-102
  6.1 不同处理对黑麦草叶片生理特征的影响  77-87
    6.1.1 叶片相对含水量  77-78
    6.1.2 叶绿素含量  78-80
    6.1.3 叶片可溶性糖含量  80-81
    6.1.4 叶片可溶性蛋白含量  81-82
    6.1.5 叶片脯氨酸含量  82-83
    6.1.6 叶片丙二醛 MDA 含量  83-84
    6.1.7 叶片抗氧化酶活性  84-87
  6.2 不同处理对黑麦草根系生理特征的影响  87-91
    6.2.1 根系活力  87-88
    6.2.2 根系可溶性糖含量  88-89
    6.2.3 根系可溶性蛋白含量  89-90
    6.2.4 根系脯氨酸含量  90-91
    6.2.5 根系丙二醛 MDA 含量  91
  6.3 不同处理对黑麦草根冠比和生物量的影响  91-96
    6.3.1 根冠比  91-92
    6.3.2 生物量  92-94
    6.3.3 固化剂掺量与根冠比及生物量相关性分析  94-96
  6.4 不同水分条件下黑麦草生物量与各指标通径分析  96-99
    6.4.1 轻度水分胁迫条件下黑麦草生物量与各指标通径分析  96-98
    6.4.2 充分灌水条件下黑麦草生物量与各指标通径分析  98-99
  6.5 讨论  99-100
  6.6 小结  100-102
第七章 EN-1 固化剂与 N 肥配施对黑麦草生长及水分利用效率的影响  102-120
  7.1 固化剂、N 肥与土壤容重对黑麦草生长及水分利用效率的影响  102-111
    7.1.1 对黑麦草株高的影响  102-104
    7.1.2 对黑麦草分蘖数的影响  104
    7.1.3 对黑麦草生物量的影响  104-106
    7.1.4 对黑麦草根系特征的影响  106-109
    7.1.5 对黑麦草水分利用效率 WUE 的影响  109-110
    7.1.6 黑麦草各指标的相关分析  110-111
  7.2 固化剂、N 肥与土壤容重交互效应分析及其优化  111-117
    7.2.1 黄绵土土壤条件下固化剂、N 肥与土壤容重交互效应分析及其优化  111-114
    7.2.2 塿土土壤条件下固化剂、N 肥与土壤容重交互效应分析及其优化  114-117
  7.3 讨论  117-118
  7.4 小结  118-120
第八章主要结论  120-124
  8.1 EN-1 固化剂对黄土性土壤结构的影响  120-121
  8.2 EN-1 固化剂对黄土性土壤持水、供水等水分特征的影响  121
  8.3 EN-1 固化剂对黄土性土壤水分垂直入渗特征的影响  121
  8.4 EN-1 固化剂对黑麦草生理生态特征的影响  121-122
  8.5 EN-1 固化剂与 N 肥配施对黑麦草生长及水分利用效率的影响  122
  8.6 主要创新点  122-123
  8.7 有待进一步研究的问题  123-124
参考文献  124-139
致谢  139-140
作者简介  140

EN-1固化剂对黄土性土壤与黑麦草的效应研究

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