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紫色土是一种广泛分布于三峡库区的农业土壤，易在降雨-蒸发循环作用下产生干缩裂隙，严重影响土壤的水力和力学性能，并加剧水土流失等自然灾害的发生。几何尺寸是影响紫色土裂隙发育的主要因素，基于响应面设计对13组不同厚度和直径的紫色土泥浆试样开展室内干燥试验，利用数字图像处理技术和形态学算法进行裂隙形态参数的定量表征。结果表明：1）几何尺寸对干缩裂隙的面积率、长度密度、平均宽度密度和分形维数影响极显著。厚度是影响裂隙面积和形态不规则性的主要因素，而直径对裂隙长度和宽度发育的影响较厚度更加明显。并且直径和厚度对裂隙率、平均宽度密度及分形维数存在交互影响作用；2）裂隙形态主要呈“T”型，含少量“I”和“Y”型，厚度越小，裂隙分布越密集，裂隙网络越不规则。直径越小，裂隙网络越单一，裂隙朝着土体边缘分布。单根裂隙面积占比的概率密度随着裂隙面积的增大呈指数型衰减，频率分布符合Expdec函数曲线形式；3）裂隙发育存在明显的几何尺寸效应，其平均开裂应力随着直径的增大以幂函数曲线形式减少，厚度的增大将削弱直径对平均开裂应力的几何尺寸效应。研究结果对三峡库区紫色土裂隙形态和发育机制的认识具有一定参考意义。 相似文献
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黄河三角洲不同土地利用类型土壤微观结构特征 总被引：1，自引：1，他引：0
黄河三角洲不同土地利用类型盐碱土微观结构的研究,对认识该地区盐碱土的工程性质和对滨海盐碱地治理具有重要意义。该研究结合粒度分析(particle size distribution,PSD)、X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)、压汞(mercury intrusion porosimetry,MIP)和扫描电镜(scanning electron microscopy,SEM)方法,对3种不同土地利用类型盐碱土的微观结构进行定量分析,旨在揭示其微观特性,为黄河三角洲盐碱地治理提供微观理论依据。结果表明:不同土地利用类型下的土壤黏粒含量表现大小依次为农田、滩地、草地,而土壤孔隙度大小依次为草地、滩地、农田;农田、草地与滩地盐碱土矿物成分中,石英、方解石和钠长石等原生矿物占绝对优势,仅含少量黏土矿物,且农田黏土矿物含量远大于草地与滩地;草地与滩地盐碱土孔隙特征类似,两者在0.1≤孔隙直径<10μm范围内小孔隙与微孔隙占有绝对优势,而农田盐碱土以孔隙直径在<2μm范围内的微孔隙与超微孔隙为主。农田盐碱土由致密片状、扁平状结构与微裂隙构成,骨架颗粒间由黏土矿物胶结;草地盐碱土由紧密镶嵌的块状颗粒和架空孔隙构成,骨架颗粒间无胶结;滩地盐碱土由紧密堆积的粒状颗粒和粒间孔隙构成,骨架颗粒间无胶结。研究成果可提高对黄河三角洲不同土地利用类型盐碱土微观结构的认识,为滨海盐碱地的治理、利用和开发提供了微观尺度上的依据。 相似文献
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[目的]对古土壤内部孔隙裂隙结构的形态、类型、孔径分布进行精确表征,为斜坡中古土壤水力学性质的研究提供重要依据。[方法]利用X-ray CT对泾阳南塬S5古土壤原状试样进行扫描,利用VG studio Max和AVIZO三维可视化软件,经过滤波处理、阈值分割、三维重建得到了三维可视化数字古土壤模型,计算了二三维孔隙度,基于形状因子提取了古土壤中孔隙和裂隙并进行分类,提出了各类空隙的孔径表征算法。[结果](1)古土壤中孔裂隙并存,在空间上具有显著的垂向性和空间异质性,在空间形态上可由形状因子(SF)区分为裂隙(SF40.18)、枝杈状孔隙(7.01SF≤40.18)、长柱状孔隙(2.0SF≤7.01)、椭球状孔隙(1SF≤2)和球状孔隙(SF≤1);(2)大孔隙度(等效直径大于100μm)为9.86%,占总孔隙度(41.18%)的23.94%,表明古土壤中以等效直径为100μm以下的孔裂隙为主;(3)孔径分布在0.1～5mm之间,以0.1～0.7 mm为主,而体积贡献率上以0.7～1.0 mm为主,裂隙最大开度5.1 mm。[结论]古土壤是一种以中小微孔隙为主,(特)大孔隙和(微)裂隙伴生的双重介质土体,X-ray CT和三维可视化重建技术为古土壤孔裂隙识别和表征提供了一种有效的途径。 相似文献
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为了深入认识崩壁不同深度土层微观结构特征和稳定性状况,选取鄂东南通城县一处发育完整的崩壁为研究对象,通过观察土壤薄片,定量和定性分析了崩壁6个不同深度土层的微形态特征,在此基础上,采用主成分分析对崩壁稳定性进行评价,并构建了崩壁稳定性评价体系的微形态指标最小数据集(MDS)。结果表明:(1)崩壁不同深度土层微形态差异显著。表土层土壤基质颜色呈现暗红色,基质比较高(0.91),团聚体和孔隙状况发育成熟,孔隙连通性较好。红土层基质颜色以红色为基调,随深度增加逐渐变浅,基质比为0.69(平均值),土壤团聚体结构弱发育,孔隙类型以囊孔和裂隙为主,连通性较差。砂土层主要以未风化完全的矿物颗粒为主,基质比极低(0.25),孔隙类型以矿物颗粒间隙为主。(2)各土层稳定性微形态评价得分从大到小排序为:表土层(TC1)>红土层(TC2>TC3>TC4)>砂土层(TC5>TC6),与多数土壤微形态指标间呈现显著正相关(p<0.05)。(3)崩壁土体稳定性微形态评价的最小数据集(MDS)由土壤基质颜色、土壤基质类型、土壤基质比、土壤团聚体、土壤微结构、总孔隙百分比和有机质含量7个指标构成。综上,不同深度土层微形态特征差异是崩壁土体稳定性具有层次分异性的重要因素之一。基于土壤微形态分析及建立的最小数据集评价体系,可以对崩壁土体的稳定性进行初步的监测。 相似文献
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团聚体结构和稳定性关系着一系列土壤过程。为探明不同类型地带性土壤团聚体稳定性与孔隙结构变化规律及二者关系，该研究以中国温带与亚热带地区5种地带性土壤（黑土、棕壤、褐土、黄褐土和红壤）为研究对象，结合CT扫描、湿筛法和Le Bissonnais法，量化孔隙结构，测定各地带性土壤团聚体平均重量直径（Mean Weight Diameter，MWD）。结果表明：团聚体水稳性受到土壤类型和土层深度的综合影响，从大到小依次为黄褐土、褐土、棕壤、黑土和红壤；基于LB法测定的团聚体平均质量直径排序为MWDsw（慢速湿润）>MWDws（预湿润震荡）>MWDfw（快速湿润），即5种团聚体的主要破碎机制是快速湿润引起的消散作用；5种地带性土壤团聚体不同当量直径孔隙度由北至南呈"U"型变化，且这种变化程度随土层深度增加而减弱；团聚体孔隙大小均以30～75 μm孔隙为主，孔隙形状以细长型孔隙为主。细长型孔隙度自北向南呈先下降后上升的趋势，不规则型和规则型孔隙度变化趋势相反；偏最小二乘回归表明，规则型孔隙度、孔隙平均形状因子、75～100 μm孔隙度和细长型孔隙度与团聚体水稳性显著相关，细长型孔隙起正向作用；规则型孔隙、细长型孔隙、75～100 μm孔隙度和>100 μm孔隙度是MWDfw、MWDws、MWDsw的主控因子。研究结果有助于加深土壤团聚体与孔隙特征关系的认识，从而更好地揭示土壤过程作用机制。 相似文献
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喀斯特洼地退耕和耕作土壤优先流特征 总被引：10，自引：8，他引：2
应用亮蓝染色示踪技术,研究了喀斯特洼地退耕封育区土壤和耕作土壤的优先流类型及其特征,分析2种土地利用方式下的土壤优先流路径分布特征以及影响因素,并结合去除耕作层的对比试验,阐述了耕作层对优先流发生及其优先流路径发育的重要影响。结果表明,喀斯特洼地优先流类型为大孔隙流、裂隙流;耕地与自然封育区的优先流程度差异显著(P0.01),虽然其剖面染色总面积并无明显差异,但耕地染色区域主要集中在表层土壤,0—20cm范围内染色面积占染色总面积的91%,而自然封育区染色面积比仅为60%;耕地的水分入渗深度小于自然封育区,耕作层阻碍了水分入渗及优先流的产生并加强了孔隙中水分与基质的交换;耕作层以下土壤优先流程度与自然封育区差异不明显,但其优先流路径分布特征具有明显差异,自然封育区的孔隙、裂隙发育程度高于耕地,但是最大入渗深度大于退耕封育区,表明封育区更能有效的蓄持水分;植被覆盖及其根系生长通过影响土壤理化性质及其优先流路径分布导致优先流特征差异,而同时耕作层的存在对于耕作层以下部分优先流路径的发育起到关键作用。 相似文献
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利用CT扫描技术对太湖地区主要水稻土中大孔隙的研究 总被引：10，自引：0，他引：10
采集了太湖地区3种主要水稻土（白土、黄泥土和乌栅土）的原状土柱为供试土样，利用CT扫描技术，在不破坏土体结构的前提下，准确地得出了不同深度土壤剖面上各种大孔隙的数量、面积以及分布状况。结果表明，3种水稻土均以表层的大孔隙度最大，在30～40cm处达到一个最低点，再往下又呈波浪形变化。土柱各截面上大孔隙面积的变异系数随着深度的变化与大孔隙度相似，大孔隙度大的层次其变异系数也较大。等效直径越大的孔隙（〉5mm）在土壤不同深度下数量的变化也越大。表层上大直径（〉5mm）的大孔隙较多，在土壤剖面30～40cm以下其数量急剧减少；而直径较小孔隙（〈1mm）的数量在土壤剖面不同深度下相差不大。 相似文献
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土壤大孔隙是土壤水分、空气和化学物质运移优先流的主要途径。本文以青海湖流域土壤为研究对象,在青海湖沙柳河流域取原状土柱,利用CT扫描与Fiji软件相结合的方法,实现了土壤大孔隙结构的三维可视化,以及断层横截面土壤大孔隙度、大孔隙数量和大孔隙等效直径等的量化;并探讨了样地土壤大孔隙特征与理化性质的相关性。结果表明:青海湖流域土壤大孔隙主要分布在土壤表层0~100 mm,100 mm以下大孔隙较少;土壤全磷含量分别与土壤大孔隙数量、大孔隙等效直径有显著相关性;土壤全氮、有机质含量分别与土壤大孔隙平均等效直径有显著相关性;土壤体积质量与大孔隙度、大孔隙平均等效直径等有显著相关性;土壤中0.002≤Ф0.02 mm的颗粒含量与大孔隙的分布特征相关性较大。 相似文献
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以明确自然界中广泛存在的层状结构土壤孔隙分布特征为目的。选黄土高原典型坝地土壤剖面为研究对象，利用CT扫描技术分析耕作层、犁底层、心土层土壤三维结构，探讨层状土孔隙参数随土层结构变化及界面层孔隙特征。结果表明：(1)瘦长型孔隙(孔隙形状系数≤0.2)是各土层土壤孔隙的主要形态。各土层的孔隙参数具有明显差异。耕作层的总孔隙度最高，大孔隙(≥1 mm)分布较多；犁底层孔隙总数量最高，含有较多孤立的小孔隙(≥0.1～0.5 mm)和微小孔隙(≥0.06～0.1 mm),但连通性最差；心土层孔隙参数多数介于耕作层与犁底层之间。(2)坝地剖面层状土壤具有一定厚度的界面层，各孔隙参数均在土层界面位置存在突变点，具有明显分界现象。孔隙特征参数均呈过渡位置渐变、界面位置突变的规律。在界面层，犁底层土壤总孔隙度和连通性与耕作层相比，分别显著下降41.6%,69.8%;心土层在界面层的土壤总孔隙度和连通性与犁底层相比，分别显著增高30.4%,52.3%。(3)孔隙孔径大小与孔隙形态密切相关，大孔隙形态多呈瘦长型，而微小孔隙形状则多呈规则型。(4)土层越深，连通性与总孔隙度、孔隙总数量、孔径分布及孔隙形状的... 相似文献
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在室内条件下采用垂直土柱易混置换法,研究土壤团聚体大小对非反应性溶质(Cl-)迁移的影响,并以相同直径的细砂柱作为对照,揭示土壤团聚状况对溶质迁移的影响规律。结果表明:在相同实验条件下,随着土壤团聚体直径的减小,孔隙水流速、溶液流速均减慢,在介质颗粒粒径为0.25～0.5mm时发现优势流的存在;通过分析比较土柱与砂柱的穿透曲线、运移参数,发现穿透曲线与土壤孔隙分布状况密切相关;随着土壤团聚体直径的减小,Cl-在土柱中的溶质出流推后,淋洗结束提前,水动力弥散系数(Dsh)逐渐减小,说明介质的孔隙构造是影响溶质运移的一个重要因素。 相似文献
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小叶锦鸡儿灌丛化对退化沙质草地土壤孔隙特征的影响 总被引：3，自引：0，他引：3
以内蒙古太卜寺旗地区退化沙质草地为研究对象,对该地区的小叶锦鸡儿灌丛化草地中的灌丛斑块和草地斑块分别取原状土柱各三个进行CT扫描,利用Fiji软件分析土壤孔隙结构特征的差异。研究结果表明,小叶锦鸡儿灌丛化对土壤的孔隙结构有较大影响,灌丛斑块土壤的总孔隙数、大孔隙数、总孔隙度、大孔隙度和孔隙等效直径均大于草地斑块土壤,灌丛斑块土壤的平均大孔隙度是草地斑块土壤的3倍。草地斑块土壤的大孔隙主要分布在0~50 mm土层深度,而灌丛斑块土壤的大孔隙在0~400 mm深度都有分布,这与土壤中灌丛的丰富根系分布有关。 相似文献
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《农业环境与发展》2020,(5)
研究土壤类型空间格局特征,分析土壤类型分布的规律性,对区域土壤资源合理利用具有重要意义。本研究选取河北省典型样带作为研究区,结合地形因子与行政区边界数据将河北省典型样带划为四个生态区,通过运用GIS(地理信息系统)技术和景观生态学方法,对各生态区的土壤类型空间分布格局进行定量分析。结果表明:各生态区之间土壤类型的景观分离度指数差异较大,但大部分土壤类型的景观分离度指数在0～5范围内聚集分布,四个生态区土壤类型斑块分离度依次为中部平原区山前平原区太行山区滨海平原区。各生态区土壤斑块的复杂程度为:太行山区与山前平原区复杂程度较高,滨海平原区复杂程度较低,而中部平原区土壤类型斑块最为简单。太行山区的土壤类型丰富度最高,异质性较大,空间分布相对均匀;滨海平原区的土壤类型斑块破碎化程度最小;中部平原区的土壤景观格局主要由几种面积较大的土壤类型所支配,而山前平原区的土壤景观由多种土壤类型共同支配。本研究可为土壤资源的合理利用与保护提供有效参考。 相似文献
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为明晰土壤盐渍化多维空间分布特征、水盐耦合关系，以环渤海平原的山东部分为研究区，通过野外实测和室内分析获取数据，基于经典统计方法对土壤水盐特征进行描述性统计分析；利用GIS软件分析土壤含盐量、含水量的二维空间分布，GMS软件可视化分析土壤盐渍化三维空间分异特征；构建土壤水盐耦合协调模型，定量分析不同因素对水盐耦合协调度的影响程度。结果表明：(1)研究区土壤含盐量中位数为2.08 g/kg,以中度盐渍土为主，土壤含盐量整体呈自上而下逐渐增大趋势，表层土壤含水量均值为15.38%,全区域较缺水；(2)二维空间上，土壤含水量<20%的面积为17 519.48 km2,共占86.64%;表层(0—20 cm)土壤含盐量以轻度盐渍土为主，面积为10 051.87 km2,占总面积49.71%。土壤含水量、土壤含盐量均呈自南向北增加趋势；三维空间上，土体盐渍化分布类型以均质型、底聚型为主，局部存在表聚、两端集聚类型，土体盐渍化分布特征复杂；(3)东营区以北区域水盐耦合度多>0.66,以南区域(除平度、莱州市外)耦合度多为0.40～0.66,形... 相似文献
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运用同步辐射显微CT揭示红壤团聚体内孔隙形态与空间分布 总被引：2，自引：1，他引：1
团聚体内部复杂的孔隙系统及其空间分布决定土壤团聚体的主要功能，以及发生在团聚体内的各种物理、化学和生物学过程。应用同步辐射X射线显微成像技术(SR-mCT)，对第四纪红土发育的红壤团聚体内部孔隙形态、连通性、各向异性、大小分布和空间分布进行了研究。结果表明，红壤团聚体内部的孔隙形态、孔隙生长方向、大小分布存在明显差异。稳定性较好的团聚体表现为团聚体孔隙含有较多大孔隙、孔隙形态各异、各向异性、多联通孔隙等特征，团聚体内>30 ?m大孔隙分布比较均匀，中心部位较高，呈中间向圆周减小趋势；反之，稳定性较差的团聚体中，孔隙以小孔隙为主，分布密集，孔隙生长方向均匀，团聚体孔隙空间分布为大孔隙，主要分布在团聚体外围，中心部分分布较少。团聚体内部孔隙的空间分布模式能够很好地解释土壤团聚体结构和稳定性差异的原因。同步辐射显微CT结合图像处理技术能够系统地表征团聚体内孔隙的多样性和空间变异规律，为预测土壤团聚体中各种物理过程提供新途径。 相似文献
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土壤孔隙质量分数维D_m二元图像分析及其影响因素研究 总被引：4，自引：1，他引：4
本文简要介绍了利用土壤切片的二元图像分析了土壤孔隙结构的质量分数维Dm 的方法 ,并研究比较了四类土壤类型的Dm 及其影响因素。结果表明Dm 可以较好地定量描述土壤孔隙的空间分布特征 ,Dm 与土壤孔隙面积、孔隙孔径分布、土壤深度以及土壤质地之间均具有一定的联系 相似文献
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免耕制度下耕作土壤结构演化的数字图像分析 总被引：18，自引：4，他引：18
利用数字图像方法 ,研究了室内模拟和自然田间免耕下的土壤结构演化状况。图像定性表明随免耕时间的推移土壤中团聚体由小变大 ,土体逐渐趋于紧实。图像定量分析结果表明随着免耕时间的推移 ,小团聚体和小孔隙减少而大团聚体和大孔隙增加。田间土样的结果表明了自然的阶段性降雨对土壤结构可能具有一定的调节作用 ,但从图像与团聚体粒径分布和孔隙孔径分布的变化来看 ,免耕是否有利于土壤性质和农业生产尚很难确定 相似文献
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为解决膨胀土对工程结构以及农业生态环境的危害，进行煤矸石粉改良膨胀土的试验研究。对煤矸石粉掺量为0、3%、6%、9%的膨胀土土样进行压汞试验，测得微观孔隙特征值；选取Menger海绵模型建立孔隙分分形模型，计算土体孔隙分形维数，探究土体孔隙分形维数与孔隙特征参数以及煤矸石粉掺量变化的关系。结果表明：随着煤矸石粉掺量增加，土中大孔隙所占的含量较素膨胀减少61.5%，孔隙类型从团粒间孔隙转化为颗粒间孔隙；煤矸石粉的掺入改变了土体的孔隙结构特征，煤矸石粉与膨胀土发生胶结反应，孔隙连通性降低，使得总孔隙体积、孔隙率、孔隙平均孔径、孔隙临界孔径等孔隙特征参数呈减小趋势；基于分形理论分析孔隙分形维数，分形维数随煤矸石粉掺量的增加而增加，且与孔隙特征参数呈显著相关性。孔隙分形维数反应了孔隙特征参数以及孔隙发育程度，为土的孔隙表征提供方法借鉴。 相似文献
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利用土壤切片及数字图像研究低丘缓坡不同部位土壤的孔隙结构特征 总被引：3，自引：0，他引：3
利用土壤切片及数字图像技术 ,初步研究了葡萄种植园低丘缓坡不同部位 (坡顶、坡中和坡底 )土壤的孔隙结构特征。结果表明 :孔隙面积随着深度的增加而减小 ,孔隙构成以直径小于 1mm的小孔隙为主 ,且随着深度增加小孔隙比重增加 ,不同部位孔隙结构具有一定的差异 ,这也说明了采取水土保持措施的必要性 相似文献
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不同利用年限的红壤水稻土孔隙结构差异的图像分析 总被引：11，自引：0，他引：11
本文利用目前常用的土壤孔隙结构研究方法,获取了不同利用年限的红壤水稻土在风干状态下的孔隙结构图像,对孔隙结构特征的图像分析结果表明,随着利用年限的延续,孔隙结构逐渐改善,表现在孔隙面积逐渐增加,孔隙的孔径分布和孔隙在土体中的分布逐渐均匀,孔隙中大孔隙比重逐渐增大等方面。 相似文献
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两流区模型为描述优先流情况下的溶质穿透曲线提供了新的方法。但两流区模型的所有参数目前仅能通过反推参数法获得，限制了其应用。近年来，毛管理论和土壤水力特性模型的发展使得有可能从更加微观的角度来揭示土壤水分和溶质运动的机理，同时也为对流弥散模型参数的确定提出了新的思路。本研究在Brooks—Corey模型的基础上，推求了土壤中的孔隙流速分布；以平均孔隙流速为两流区的临界流速，得到了两流区模型参数与Brooks-Corey水分特征曲线模型形状系数之间的简单关系；提出了由土壤水分特征曲线确定两流区模型参数的方法。用实测资料对考虑和不考虑不动水体情况下这种方法的可靠性进行了验证。结果表明，不考虑不动水体，上述方法可靠性较差；考虑不动水体，用上述方法预测两流区模型参数有一定精度，不会对模型的预测结果产生太大的误差。 相似文献