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为深入研究膨胀土在干湿循环作用下的裂隙发展规律,该研究以宿连航道工程中富含的中等膨胀土为研究对象,按照不同温度、干燥方式、干湿范围进行干湿循环试验,基于图像处理技术并结合SEM扫描电镜微观形貌,定量分析了膨胀土裂隙发展的温度与干湿效应。结果表明:裂隙发展受温度影响显著,从自然风干条件到烘箱干燥50℃,随着温度增加,裂隙指标逐渐增长;高温条件下裂隙的发育模式为先增长后拓宽,裂隙长度更早趋于稳定,而裂隙平均宽度仍会继续增长,并在含水率低于15%后出现0.08～0.17 mm的下降趋势;干湿循环是土体内部结构逐渐劣化,微观损伤不断累积的过程。虽然干湿前期试样的裂隙平均宽度受体缩效应影响,随干湿范围扩大出现部分下降趋势,而裂隙长度彼此接近,但随着干湿次数增加,裂隙指标极大值对应的干湿范围将逐渐由22%～33%向9%～33%转移;各温度、干湿范围作用下,试样裂隙指标的增加主要集中在前5次干湿循环,裂隙率、裂隙长度与平均宽度相较于未经过干湿循环的土体,分别增加了2.63%～11.56%,210.32～445.34 mm,0.39～0.83 mm;单位宽度分形维数相较于整体分形维数简化了干湿范围对于... 相似文献
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干湿循环对崩岗土体稳定性的影响 总被引：3，自引：1，他引：2
通过对湖北通城花岗岩崩岗区发育典型的各层次土体(淋溶层、淀积层、过渡层、母质层)进行干湿循环试验,分析干湿交替次数对各层次土体裂隙发育、崩解性、抗剪强度的影响。结果表明,在干湿循环影响下,土体产生并逐渐发育裂隙,在第2次循环后,土体产生主要裂隙,裂隙比显著增加,此后循环发育出细小裂隙。4次循环后4个层次土体的裂隙比表现为淀积层淋溶层过渡层母质层。随着干湿循环次数的增加,裂隙发育,各层次土体崩解性不断增强,淋溶层和淀积层崩解缓慢,而过渡层和母质层能够在极短时间内完全崩解;随着干湿循环次数的增加,土体的抗剪强度不断衰减,淋溶层和淀积层衰减幅度减小,过渡层和母质层衰减幅度增大。 相似文献
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寒旱环境植物根系增强边坡土体抗剪强度试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
研究以地处西宁盆地的青海大学自建试验区作为研究区。采用草本、灌木植物单一种植和混合种植的方式,对种植植物边坡及未种植植物的素土边坡在A层(坡面地表0cm)、B层(坡面以下20cm)深度处的根—土复合体试样进行直接剪切试验,探讨了单一种植和混合种植两种种植方式下边坡土体抗剪强度的变化特征。结果表明:(1)单一种植的草本边坡在A层处根—土复合试样的粘聚力值分别为24.09,22.81kPa,均显著大于灌木边坡A层深度处根—土复合体试样的粘聚力值19.03,17.91kPa,且相对于素土试样的粘聚力值,草本根—土复合体试样的粘聚力值的增加幅度依次为104.67%,93.80%,灌木根—土复合体试样粘聚力值的增加幅度依次为61.68%,52.17%,显然,草本根—土复合体的粘聚力值增长幅度大于灌木植物;(2)随边坡土体深度的增加,单一种植方式下草本边坡根—土复合体试样粘聚力值呈递减趋势,即粘聚力值依次由24.09,22.81kPa递减至19.06,21.02kPa,这在一定程度反映出草本对边坡浅层土体抗剪强度的增强作用相对较为显著;(3)2种草本和灌木混合种植方式下根系对边坡土体抗剪强度的贡献值,均大于相应位置处2种草本和灌木单一种植方式下的贡献值,即混合种植条件下复合体的粘聚力值较单一种植时的增加幅度为0.13%~42.83%。该研究成果为定量评价边坡不同种植方式下植物根系增强边坡土体抗剪强度提供了理论依据,同时为进一步探讨植物根系增强边坡土体抗剪强机理具有一定理论价值和实际意义。 相似文献
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膨胀土胀缩裂隙演化及其扰动规律分析 总被引：5，自引：4，他引：1
为定量研究膨胀土胀缩裂隙的演化特征及其对土体的扰动规律,从而探究其引发工程和生态环境灾害的机理。论文对合肥膨胀土进行干湿循环-CT(computed tomography)扫描试验,从获取的CT图中提取灰度值以及灰度共生矩阵特征值:角二阶矩(angular second moment,ASM)和对比度(contrast,CON),研究在干湿循环作用下裂隙图像的灰度值及其纹理的变化规律;并通过三轴剪切试验研究了在干湿循环作用下膨胀土的强度特征。结果表明:1)图像灰度值随裂隙的发育状态而变化;初始阶段灰度值沿试样轴向分布比较离散,但在后期逐渐均匀,离散系数在3次干湿循环后达到最大值,比干湿循环前增加了106%,随后逐渐减小;2)ASM随干湿循环次数的增加而减小,并且在0°和90°方向上的值比在45°和135°方向上的值大9%;CON随干湿循环次数的增加而减小,并且在0和90°方向上的值比在45°和135°方向上的值小52%,其对纹理的方向差异性更加敏感;3)胀缩裂隙对原状膨胀土的结构性会造成破坏,强度劣化显著;在5次干湿循环后,2种土强度分别降低62%和46%,并且原状膨胀土与重塑膨胀土强度的差值也由347.3 kPa降至21.3 kPa;4)由ASM和CON定义的扰动函数与由土体原生联结结构强度定义的扰动函数,扰动过程中函数变化曲线吻合度高,故基于灰度共生矩阵特征值的扰动函数能很好地描述胀缩裂隙扰动下的膨胀土强度特性。 相似文献
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干湿循环条件下重庆地区三种土壤抗剪强度的动态变化 总被引：7，自引：1，他引：6
选择广泛分布于重庆丘陵山区的黄壤、钙质紫色土和中性紫色土3种土壤,通过对室内三轴剪切试验,测定含水率和干密度交互作用对土壤抗剪强度指标的影响,在含水率和干密度对土壤抗剪强度影响分析的基础上,3土壤按各自最优含水率和干密度制作干湿循环试验土样,进行干湿循环条件下土壤抗剪强度的动态变化分析。试验结果显示：(1)在相同干密度情况下,3种土壤粘聚力c值随着含水率的增加呈现出先增加后减小的趋势,在相同土壤含水率水平下,土壤粘聚力c值随干密度增大而增大,3种土壤内摩擦角φ值在各干密度条件下均随着含水率增加呈明显减小的趋势。(2)含水率和干密度的交互作用对土壤粘聚力c值有显著影响,粘聚力c值在1.3-1.7g/cm3干密度范围内随着干密度的增大而增大,且每一个干密度都有一个含水率与之对应,在这样一个交互作用下粘聚力c值达到最大,含水率和干密度的交互作用对内摩擦角φ值影响相对较小,同一干密度下,其φ值差异不大,随干密度的增大缓慢增大。(3)3种土壤的粘聚力c值均随干湿循环次数的增加均呈减小趋势,且前两次循环c值衰减幅度都很大,从第三次干湿循环到第五次干湿循环粘聚力c值衰减幅度很小,趋于稳定。(4)3种土壤在干湿循环后内摩擦角φ值总体呈减小趋势,但不同土壤类型间存在差异,第五次循环结束后,黄壤为24.6?,中性紫色土为22.6?,钙质紫色土为19.3?。 相似文献
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含根量对秋枫根-土复合体抗剪强度的影响 总被引：1，自引：1，他引：0
为研究含根量对秋枫(Bischofia javanica)根-土复合体抗剪强度的影响,利用纵剖面法探究了秋枫根面积比沿土层深度的分布规律,基于根面积比的分布范围,分别对7级不同根面积比梯度的重塑垂直根-土复合体试样在4级正应力下进行了改进的大盒直剪试验,定量探究了不同含根量对土体抗剪强度的影响,分析了根-土复合体黏聚力和内摩擦角的变化规律。结果表明:相比于素土,秋枫根-土复合体抗剪强度的增幅为1%～25%;在相同根面积比情况下,根-土复合体抗剪强度随正应力的增大而增高,但其增长幅度却相应减小;随着根面积比的增大,根-土复合体抗剪强度呈现先增高后降低的趋势,存在最优含根量使根-土复合体抗剪强度达到最大值。4级正应力下的峰值抗剪强度值分别为100,121,136,142 kPa,对应的根面积比均为0.20%;当根系含量超过最优含根量时,根-土复合体抗剪强度出现了较大幅度的衰减,衰减率与正应力有关,正应力越大,衰减幅度越小;根面积比对根-土复合体抗剪强度指标的影响主要体现为黏聚力的改善,而对内摩擦角的影响较小。研究结果可为秋枫根系固土稳坡提供一定的理论依据,对进一步认识乔木根土相互作用具有积极意义。 相似文献
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裂隙膨胀土细观结构演化试验 总被引：6，自引：4，他引：2
为研究裂隙膨胀土的细观结构特征,对重塑膨胀土进行了干湿循环、三轴浸水和各向等压加载试验。利用CT(computerized tomography)机对试验过程中进行无损实时动态扫描,从细观上分析膨胀土裂隙的产生以及裂隙在水和外力作用下的闭合全过程。将细观扫描数据与宏观物理参数相联系,研究裂隙对膨胀土变形特征的影响。结果表明:无约束情况下对膨胀土进行干湿循环,试样边缘以及孔洞聚集区易形成裂隙;干湿循环造成膨胀土体积收缩存在一个稳定渐近线,体缩会趋于1个稳定值。裂隙膨胀土在浸水初期产生膨胀力并出现湿胀变形;随着浸水量的增加,软化效应产生且膨胀力逐渐减小,在围压和偏应力压缩作用下继而出现体缩现象;浸水后期,在偏应力作用下试样产生剪胀破坏,再次出现轻微剪胀变形。在水和荷载作用下,不规则裂隙和孔洞逐渐演化为较规则的圆形孔洞,且圆形孔洞趋于闭合;仅在外力作用时,裂隙较难完全闭合;水和外力的共同作用使得膨胀土裂隙的闭合效果要优于单纯施加荷载时的闭合效果。裂隙膨胀土在各向等压加载过程中存在明显屈服现象,以屈服点为分界,扫描数据和孔隙比随荷载的增大分为快速体缩段和缓慢体缩段,前者与裂隙在荷载作用下闭合并演化成孔洞有关;后者与加载后期孔洞较难闭合且形成的新结构具备抵御外部荷载的能力有关。研究成果可为进一步认识裂隙对膨胀土力学特性的影响提供参考。 相似文献
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煤矸石改良膨胀土特性及其最佳掺量条件下的孔隙结构表征 总被引：2，自引：2，他引：0
为减小膨胀土对土木工程设施及农业生态环境的危害,进行掺加煤矸石粉改良膨胀土的试验研究。该文以内蒙古兴和县高庙子乡的膨胀土和煤矸石为研究对象,通过无荷膨胀试验、有荷膨胀试验和收缩试验确定煤矸石粉的最佳掺量,对最佳煤矸石粉掺量的膨胀土进行干湿循环试验,利用直剪试验测定每次干湿循环后试件的抗剪强度指标;通过压汞试验测得孔隙特征值,从微观角度揭示强度变化机理。试验结果表明:煤矸石粉掺量为6%时抑制膨胀土的胀缩性效果最佳;干湿循环作用使素膨胀土黏聚力和内摩擦角均有所衰减,掺入煤矸石粉后强度衰减得到控制;随干湿循环次数的增加孔径逐渐向大孔范围聚集,团粒结构增多,使素膨胀土的抗剪强度指标降低;经过5次干湿循环,掺加煤矸石粉土样的大孔孔隙密度比素膨胀土降低约35%,煤矸石有效阻止膨胀土的强度劣化。 相似文献
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以大柴旦盐湖区及其周边地区作为试验区,选取海韭菜、芦苇2种优势盐生植物作为供试种,通过对2种盐生植物根—土复合体试样和素土试样进行剪切试验,探讨了盐生植物根系对土体抗剪强度增强作用以及土体抗剪强度的影响因素。结果表明:2种植物根—土复合体试样粘聚力值为13.48~21.87kPa,不含根系素土试样粘聚力值为8.45kPa,与不含根系素土相比,根—土复合体的粘聚力值增长量为5.03~13.42kPa,其增长幅度为59.53%~158.82%;海韭菜根—土复合体试样粘聚力值大于芦苇,2种盐生植物根—土复合体试样粘聚力值与2种盐生植物在一定范围内的根系含量之间呈正相关关系,同时一定程度上表明了试验区2种植物根系增强土体强剪强度的机制表现为,在一定范围内根—土复合体中根系密度和数量愈高则其对土体抗剪强度增强程度相对愈显著,且海韭菜对土体粘聚力的增强作用显著大于芦苇。该研究成果对研究区以及与该区地质条件相类似的其他地区利用盐生植物增强土体抗剪强度,以实现有效地防治地表水土流失、浅层滑坡等地质灾害具有理论研究价值和实际指导意义。 相似文献
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【目的】探究失水过程中埂坎的裂隙发育规律及其对抗剪强度的影响，为揭示埂坎失稳机制提供科学依据。【方法】以典型紫色土坡耕地埂坎为研究对象，模拟试验埂坎土壤水分耗散和裂隙发育过程，测试土壤抗剪强度，分析土壤抗剪强度与裂隙发育的关系。【结果】埂坎裂隙发育具有明显的阶段性特征，裂隙面积率、面积-周长比、形状指数和分形维数总体表现为先快后慢再趋于稳定。裂隙发育的阶段性对土壤抗剪强度及其参数的影响存在差异，快速发育阶段（31%≥w> 22%），裂隙发育和无裂隙发育试样的土壤抗剪强度、黏聚力和内摩擦角无明显差异；缓慢扩展和基本稳定阶段（22%≥w> 10%），裂隙发育通过影响土壤黏聚力对抗剪强度影响较大。试验条件下，裂隙发育试样的土壤抗剪强度总体小于无裂隙发育试样，土壤抗剪强度随含水率衰减而逐渐增大。裂隙发育和无裂隙发育试样抗剪强度的差异主要取决于土壤黏聚力，试验范围内的最小黏聚力（10.97 kPa）出现在质量含水率20%左右。裂隙发育试样的黏聚力随水分耗散的变化幅度不大，而内摩擦角则随水分耗散呈近似线性增大，裂隙发育试样的土壤抗剪强度主要受内摩擦角影响。【结论】紫色土坡耕地埂坎土壤裂... 相似文献
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干湿循环作用下崩岗土体抗拉强度的衰减性分析 总被引：2，自引：1，他引：1
针对干湿循环影响下崩岗土体崩壁出现失稳等问题,通过开展室内单轴抗拉试验,研究了湖北通城地区不同干湿循环作用下崩岗土体抗拉强度的变化规律。结果表明:崩岗土体的抗拉强度随着干湿循环次数的增加逐渐衰减,最后逐渐趋于稳定,且不同层次土壤的抗拉强度衰减主要集中在前3个干湿循环周期,表土层、红土层、过渡层和砂土层抗拉强度衰减比例分别达到90%,82%,83%,90%,且不同层次土壤的抗拉强度总体表现为过渡层>红土层>表土层>砂土层。并通过考虑崩岗不同层次土体深度和干湿循环次数的共同影响,建立了抗拉强度衰减预估模型,且抗拉强度模型预测值与实测值有较高的相关关系(R^2=0.97),该模型对研究崩岗不同层次土体抗拉强度衰减机制具有指导意义。 相似文献
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红黏土对环境湿度变化非常敏感,在干燥环境中极易开裂,纵横交错的裂缝网络损害了土壤结构的完整性,很容易诱发红黏土边坡失稳和崩塌,导致农田水利设施的破坏,甚至加剧整个生态环境的水旱灾害。为探究红黏土裂隙的演化规律,该研究采用自制试验装置和三维应变测量系统开展了自然湿热条件下的红黏土泥浆样干燥试验,通过采集土体水分和土表位移、应变和裂隙的变化,定量分析脱湿过程中土体表面裂隙形态和应变场的演变特征,并进一步探讨水分变化对裂隙形态和应变场的影响。结果表明：1）土样表面干缩裂隙的演化一共经历了6个阶段,后阶段裂隙分割前阶段裂隙围成的区域,且不同阶段裂隙的交叉角接近90o;2）裂隙产生初始,裂隙尖端处拉应变约为0.5%,土表面大部分区域处于受拉状态;随着裂隙进一步发展,裂隙周边土体逐渐由拉应变状态向压应变状态转变;当所有裂隙发育完成,裂隙周边土体处于压应变状态;3）裂隙演化阶段与界限含水率有关,当泥浆土样的含水率接近液限时（67.7%）,土体表面裂隙开始发育,裂隙迅速张开和延伸;当土的含水率达到塑限时（28.3%）,裂隙发展的速率逐渐变缓;当含水率小于缩限时（18.8%）,裂隙变化已经很小,裂隙发育接近完成;4）在裂隙演化过程中,早期裂隙的发展持续时间和裂隙宽度均超过后期裂隙;土表不同位置的位移和应变均不相同,土块中心竖向收缩大于边缘竖向收缩,而土块中心位移及应变均小于土块边缘,研究可为红黏土开裂引发的工程地质灾害的预防及治理提供参考。 相似文献
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河道水位水文年内的动态变化使得河岸土体处于干湿交替的状态。为研究干湿交替对粘性岸滩土体力学性能及河岸稳定性的影响,以长江荆江段8个典型崩岸断面岸滩的粘性土体为研究对象。采用历史资料分析、实地勘察取样、室内土工试验、BSTEM模型模拟相结合的方法,分析了上、下荆江河岸土体组成及力学特性,并且定量研究了干湿交替条件下粘性岸滩土体力学性能的变化;运用BSTEM模型对荆61和北门口断面在2013水文年内的崩岸过程进行了模拟,并分析了干、湿条件下土体抗剪强度指标对河岸稳定性的影响。结果表明:随着土体含水率的增加,粘聚力先增大后减小,而内摩擦角呈指数关系减小,并得出含水率与粘聚力和内摩擦角的定量关系式;2个断面计算崩塌宽度与实际一致,误差分别为1.69%和3.74%;干湿交替情况下安全系数值主要受土体粘聚力值的影响,并分别得到了2个典型断面粘聚力和内摩擦角与安全系数的一元线性关系。这样已知河岸土体含水率时,就可以通过关系式计算得出土体的粘聚力和内摩擦角,从而得出安全系数,判断河岸稳定性。 相似文献
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冻融过程对高寒区渠道基土力学特性的影响 总被引：2，自引：2，他引：0
高寒区复杂的环境场是渠道基土劣化的重要原因,并由此诱发渠系工程的灾变。开展了湿干循环及湿干冻融耦合循环下膨胀性渠道基土的三轴固结排水剪切试验,描述了渠道基土的应力-应变关系、弹性模量、破坏强度和抗剪强度指标的变化特征,探讨了湿干冻融耦合循环中的冻融过程对渠道基土力学特性的影响。结果表明:湿干循环和湿干冻融耦合循环次数的增长使得渠道基土的应力-应变关系由一般硬化型往弱硬化型(弱软化型)发展,湿干冻融耦合循环过程中的冻融过程加剧了这一转变的发展。同时,湿干冻融耦合循环中的冻融过程易造成渠道基土的弹性模量、破坏强度、黏聚力在耦合循环初期大幅下降,而这一影响随着湿干冻融耦合循环次数的增长逐渐弱化。7次湿干循环后,试样的弹性模量、破坏强度、黏聚力和内摩擦角分别衰减了约13.1%～33.3%、21.2%～27.6%、39.1%和15.6%,低于7次湿干冻融耦合循环后22.3%～34.5%、22.2%～30.9%、44.0%、11.7%的衰减幅度,表明湿干冻融耦合循环中的冻融过程加剧了渠道基土力学性能的衰减,但对试样内摩擦角影响较小。另外,湿干冻融耦合循环中的冻融过程造成低围压下的渠道基土损伤较为明显,以传统弹性模量形式表征渠道基土的损伤度在在一定程度上低估了湿干循环及湿干冻融耦合循环过程对于渠道土体的损伤程度,在高寒区膨胀土渠系工程相关计算与分析中,还应充分考虑渠道土体的破坏强度衰减。研究成果可为北疆供水工程的建设与维护提供一定科学依据。 相似文献
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干湿循环作用下云南红土裂缝发展研究 总被引：2，自引：1，他引：1
以干湿循环为控制条件,考虑初始干密度、增湿次数和脱湿次数等影响因素,采用室内试验和图像处理相结合的方法,研究云南红土裂缝的产生及其发展演化。控制初始干密度为1.20,1.30,1.40,1.50g/cm~3,通过增湿、脱湿的干湿循环及膨胀率等试验方法,观察红土样裂缝的变化,并应用Matlab图像处理技术提取红土样的裂缝特征参数。结果表明:干湿循环作用下,初始干密度越大,红土样越容易开裂,干密度较小时(1.20g/cm~3)土样始终不开裂,随干密度增大(1.30,1.40g/cm~3),红土样在第3次增湿中开裂,干密度达1.50g/cm~3时,红土样在第2次增湿中开裂,增湿过程对红土样裂缝发展的影响显著大于脱湿过程的影响;红土样的膨胀率随浸泡时间延长逐渐增大,干密度为1.20,1.30,1.40g/cm~3时约8min膨胀基本稳定,干密度为1.50g/cm~3时约36min膨胀趋于稳定;对应红土样的裂缝条数、长度、面积和宽度等特征参数随增湿次数、脱湿次数增大而增大;随干密度增大,红土样的裂缝条数、长度与面积增大,裂缝宽度在干密度约1.30g/cm~3处存在峰值。干湿循环作用引起云南红土开裂的关键因素在于增湿过程中红土样的不均匀膨胀,红土裂缝属于膨胀裂缝,其发展过程包括裂缝孕育期(0~2次)、裂缝形成发展期(2~6次)和裂缝稳定期(6~8次)3个阶段,这3个阶段综合作用的结果,最终影响了红土裂缝的发展演化趋势。 相似文献
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模拟干湿交替对水稻土古菌群落结构的影响 总被引：2，自引：0，他引：2
干湿交替是自然界普遍存在的现象,但长期以来由于技术的限制,复杂土壤中微生物对水分变化的响应规律仍不清楚。针对我国江苏常熟湖泊底泥发育的典型水稻土,在室内开展湿润-风干以及风干-湿润各三次循环,每次循环中湿润、风干状态各维持7d,利用微生物核糖体rRNA的通用引物进行PCR扩增,通过高通量测序分析土壤古菌多样性变化,同时结合实时荧光定量PCR技术,在DNA和RNA水平研究古菌数量对干湿交替过程的响应规律。结果表明:水稻土湿润-风干过程中,在DNA水平土壤古菌数量降幅约为149倍~468倍,而在RNA水平降幅最高仅为2.06倍;水稻土风干-湿润过程中,在DNA水平古菌数量增幅在147倍~360倍之间,而在RNA水平增幅最高仅为2.95倍。表明在干湿交替过程中,DNA水平的古菌16S rRNA基因数量变化远高于RNA水平。基于高通量测序多样性的结果表明,在DNA和RNA水平,湿润土壤3次风干、以及风干土壤3次加水湿润7d恢复后,土壤古菌群落结构均发生统计显著性改变。在微生物门、纲、目、科和属的不同分类水平下,水稻土古菌主要包括3、10、13、14、10种不同的类群,在RNA和DNA水平的结果基本一致。干湿交替导致部分古菌类群发生显著变化,其中在微生物分类学目水平发生显著变化的古菌最高达到6种,主要包括产甲烷古菌和氨氧化古菌,如Methanobacteriales、Methanosarcinales、Methanomicrobiales和Nitrososphaerales等。这些研究结果表明,反复的干湿交替并未显著改变水稻土中古菌的主要类群组成,古菌类群的绝对数量和相对丰度发生了一定程度的变化,但这些变化与微生物生理作用的联系仍需进一步研究;风干土壤中古菌RNA序列极可能来自于完整的古菌细胞,暗示了这些古菌细胞能够较好地适应水稻土中水分的剧烈变化,风干状态的土壤在一定程度也可用于土壤古菌群落组成研究。 相似文献