不同复垦机械压实对土壤物理特性影响的模拟研究

摘要

土壤压实是土壤颗粒之间的小孔丢失从而引起空气与水不能自由流通的自然现象，土壤压实使土体透水性明显降低、毛细水作用减弱，因而会对作物的生长产生较大的影响。土壤的压实过程就是土壤颗粒间的空气和水被挤出、土壤颗粒之间相互密实的过程。从而使土颗粒重新组合，彼此挤紧，孔隙减少，孔隙水排出，土体的单位重量提高，形成密实的整体。因而，研究土壤颗粒组成及其紧实度是一个极具现实意义的研究课题与研究方向。
　　试验选择了3种填充材料（建筑垃圾、煤矸石和粉煤灰）、2种施工机械（东风EQ3060型自卸汽车和型号为NT855-B280履带式推土机）、5次碾压(1、3、5、7、9)，对应的压实强度分别为自卸汽车:993kpa、2979kpa、4965kpa、6951kpa和8937kpa，履带式推土机:33.7kpa、101.1kpa、168.5kpa、235.9kpa和303.3kpa。以充填土壤灌水殷实作为对照，总计31块样地。试验结束半年后对试验区进行取样，采用winner2000激光颗粒仪量测各地块的土壤颗粒组成，通过SPSS做土壤颗粒组成与碾压强度和碾压次数的相关性分析，采用传统方法对土壤的容重和孔隙度进行试验量测，采用土壤热容量仪实地量测土壤的土壤热容量，并将土壤颗粒粒径分析与土壤物理特性相联系，探究出土壤颗粒对土壤容重、孔隙度以及土壤热容量的影响系数，为实地煤矿塌陷区土地复垦提供科学的参考依据。
　　研究结果表明:
　　(1)复垦地块的土体特征是随着压实程度的加强，土壤颗粒组成、结构、土体构造等的变化越明显，其中自卸汽车的土壤颗粒组成变化程度大于履带式推土机的土壤颗粒组成变化程度;且在同一复垦机械作用下，粉煤灰充填地块土壤颗粒组成情况变化最为明显，建筑垃圾充填地块土壤颗粒变化最轻。
　　(2)采用履带式推土机复垦的地块，经不同程度的碾压后，建筑垃圾、粉煤灰、煤矸石复垦地块的土壤颗粒含量与压实度相关性最强的粒径范围分别为4.83～10.48μm，4.83～5.86μm和4.83～5.86μm，相关性系数分别为0.926，0.899和0.699;采用自卸汽车复垦的地块，经不同程度的碾压后，建筑垃圾、粉煤灰、煤矸石复垦地块的土壤颗粒与压实度相关性最强的粒径范围分别为2.2～4.83μm，4.83～10.48μm和2.2～4.83μm，相关性系数分别为0.936，0.972和0.992。
　　(3)自卸汽车复垦过程碾压超过3次，其容重即超过1.5gcm-3，碾压9次容重达到1.76gcm-3，使土壤表层板结;履带式推土机碾压7次，其容重仍在1.44g cm-3以下，适于作物生长。
　　通过本文的研究，探究出土地复垦过程中优良的复垦机械以及临界的压实次数以及敏感的土壤粒径范围，进而从根本上找到土壤压实的原因，以及土壤颗粒组成与土壤物理性质的关系，并找出对土壤压实的有效改良方法。