不同条件下冻融循环过程对土壤结构的影响研究

摘要

冻融循环过程是高纬度寒区一种典型特殊现象,冻融循环作用使土壤结构发生改变。以东北典型地区耕地黑土为研究对象,通过室内模拟冻融试验,设置20%、24%、28%(W1、W2、W3)3个土壤初始质量含水率,0、30、60和90 mm(L0、L1、L2、L3)4个积雪深度,共计12组试验。整体采用-16~4℃,-12~8℃,-8~12℃,-4~16℃梯度冻融循环温度,每个冻融温度循环2次,共8次冻融过程。分别测定不同处理下冻融循环对土壤结构影响。结果表明,(1)土壤孔径分布在冻融作用下发生改变,而土壤初始含水率的增加使冻融后土壤大孔径含量增加与极微孔径含量减少受抑制,同时冻融后土壤极微孔径随积雪深度增加而增加,大孔径随积雪深度增加而减少,其余孔径波动小。(2)冻融作用减小土壤粒径,土壤初始含水率增加抑制冻融作用下微团聚体向黏粉粒转变,而初始含水率继续增加则使土壤粒径整体向微团聚体转变。(3)冻融作用改变土壤稳定性,其中平均质量直径(Mean weight diameter,MWD)、几何平均直径(Geometric mean diameter,GMD)、>0.25 mm水稳性团聚体含量(WR>0.25)及土壤可蚀性K值均下降,团聚体破坏率(PAD)和分形维数D增加,通过对土壤稳定性与土壤粒径相关性分析发现,土壤稳定性主要受大团聚体(>2 mm)、小团聚体(0.25~2 mm)和黏粉粒(<0.106 mm)含量的影响。(4)经多因素方差分析,冻融次数是土壤结构变化主要驱动因素,土壤初始含水率对土壤结构影响其次,积雪深度变化对土壤结构影响较小。