翻埋秸秆抑制土壤开裂机理研究

翻埋秸秆抑制土壤开裂机理研究

徐玲，杨立魁，高昌珍

(山西农业大学 工学院，山西 太谷 030801)

摘要：土壤中存在过多裂缝会增加水分入渗率和蒸发率，引起土壤中表层水分减少，深层渗漏增加，不利于作物生长。裂缝产生的原因与土壤结构、土壤含水量、土壤性质、气候变化等多种因素有关，为了研究翻埋秸秆对抑制土壤开裂的影响程度，进行了不同秸秆密度下的土壤裂隙度田间试验，通过剪切仪对采集的不同秸秆密度下的土体样品与无秸秆的土壤样品进行剪应力和压力测试，采用SAS和Excel软件对数据进行分析，发现，随着添加秸秆量的增加，土壤的抗剪强度和粘聚力不断提高，降低了土壤裂缝的宽度。

关键词：秸秆翻埋；土壤开裂；土壤剪切力；土壤粘聚力

收稿日期：2015-08-03修回日期：2015-10-27

作者简介：徐玲(1990-)，女(汉)，山西忻州人，硕士研究生，研究方向：雨水集蓄及利用技术

通讯作者：*高昌珍，教授，硕士生导师。Tel：0354-6288400；E-mail：497470495@qq.com

基金项目：山西省农业科技推广示范行动(SNJTGSFXD201203)

中图分类号：S274.2文献标识码：A

Mechanism Research of Straw Burying Inhibiting Soil Cracking

Xu Ling， Yang Likui， Gao Changzhen

(CollegeofEngineeringandTechnology,ShanxiAgriculturalUniversity,TaiguShanxi030801,China)

Abstract:Too much crack exist in the soil will increase the rate of water infiltration and evaporation rate,and will cause the soil surface moisture decreased, deep leakage, which is not conducive to crop growth. The factors of the cracks in the soil caused by soil structure, soil water content, soil properties, climate change and other factors. In order to prevent soil cracking, keep soil moisture, this article has carried on the soil under different density of straw fracture degree of field experiment. The shear stress and pressure test of the soil samples with different straw density were collected by shear apparatus.Data were analyzed by SAS and Excel software.The results showed that Along with the increase of the amount of straw, the shear strength and cohesion of the soil increased, and the width of soil cracks was reduced.

Key words:Straw burying; Soil cracking; Soil shear force; Soil cohesion force

土壤中适量的裂缝能改善土壤的透气性，增加土壤的储水量，但过多的裂缝会增大土壤入渗率，加大土壤表层水份蒸发，影响植物根系发育。众多实验研究表明，秸秆还田对改善土壤状况有多方面的影响，如秸秆中养分的释放可提高土壤中有机质的含量[1]、秸秆和化肥的结合使用可提高土壤肥力[2]，秸秆的翻埋还可以有效增加土壤团聚体含量[3]、提高土壤温度[4]、保蓄土壤水分[5]、抑制土壤开裂[6]，其中秸秆能有效抑制土壤开裂[6]在生产实践中得到了充分的验证。本次试验在以往研究的基础上，进一步探究秸秆抑制土壤开裂的机理。

土壤裂缝的形成是由于土壤的收缩力大于土壤的剪切力，土壤的剪切力由土壤的内摩擦力和土壤的黏聚力构成，通过研究秸秆与土壤的混合体，得到土壤剪切力与秸秆密度关系的规律；研究剪切强度与垂直压力的关系，期望了解添加秸秆是如何影响土壤的内摩擦力和土壤的黏聚力的。

在法国，文化活动是公民生活的基本需求。正因为艺术与文化在公众生活中的重要地位，历任总统都将相关的改革作为竞选纲领。如萨科齐认为文化是国家的创新动力，奥朗德将文化教育作为引导公众价值观的主要方式，马克龙则希望通过文化教育的公平来实现社会公平。

1试验方案

1.1试验设计

以秸秆密度为变量x,裂缝裂隙度为变量y,将表3数据导入SAS中进行回归分析，得到两者之间的函数关系为y=-0.000 598x+0.003 96，R2=0.763，P<0.001，(表4，表5)表明秸秆密度和裂缝裂隙度存在密切的函数关系，裂缝裂隙度随秸秆密度的增加而降低，为了进一步研究秸秆密度对裂缝裂隙度抑制的机理，需要通过土壤的力学性能测试来证明检验，以下将进行土壤抗剪试验来进一步说明添加秸秆对土壤抑制裂缝的影响。

表1土壤剪切力与秸秆密度相关性试验方案

Table 1Density of soil shear strength associated with the straw test program

小区Areanumber秸秆密度/kg·m-3Strawdestiny翻埋深度/cmBuryingdepth灌水体积/mLIrrigationvolume101024002110240032102400431024005410240065102400761024008710240098102400109102400

表2　不同荷载剪切试验方案

1.2试验方法

勿忘初心，平台建设的目的是更好的进行人才培养，提高实验教学质量。实体实验能锻炼学生各方面的能力，这是仿真实验无法达到的。除了高危、极端环境、不可及、不可逆操作、高成本高消耗、大型或综合训练类的实验项目外，其他常规实验都应以实体实验形式进行。深刻理解“虚实结合、相互补充、能实不虚”三原则，以人才培养为纲，规划研发仿真实验内容。

添加秸秆与无秸秆区域(对应小区为11～18)进行对比试验，以研究添加秸秆对土壤裂缝形成有无影响；采用添加不同秸秆量(对应小区为1～10)试验研究添加量对裂缝的影响程度。对不同添加量下土样进行测试，研究添加秸秆对土壤剪切力和土壤粘聚力的影响,以确定其对抑制土壤裂缝开展的机理。

1.2.1土壤裂缝宽度与添加秸秆密度关系试验

设置10个小区,每个小区添加不同的设计秸秆量,将秸秆在小区土壤中混合均匀后,浇灌一定量的水养护,待间隔一定的时间后,每个小区选取8个裂缝观测点,测定所有点的裂缝宽度并记录。

1.2.2不同秸秆密度样品直剪试验

编者按：2014年4月15日，习近平总书记在中央国家安全委员会第一次会议上提出了“构建集政治安全、国土安全、军事安全、经济安全、文化安全、社会安全、科技安全、信息安全、生态安全、资源安全、核安全等于一体的国家安全体系”。生态安全、资源安全等都涉及到水安全。为更好地学习领会和贯彻落实习总书记的讲话精神，本刊从本期开始推出水安全论坛。本期特别约请国务院发展研究中心、中国科学院、清华大学国情研究中心的专家发表真知灼见。同时也欢迎广大专家学者踊跃投稿，共同为构建国家水安全建言献策。

在裂缝宽度试验完成后,立即对各小区进行取样测试,每个小区取4个土样,用直剪移测试,将试样处于一定的垂直应力作用下，连续施加剪应力后,当剪应力达到某一限度值时，土样由于变形过大达到了抗剪极限强度，此时试样开始破坏达到塑性平衡状态，此时破坏的即为土的抗剪强度[6]。

2.2土壤剪切力与秸秆密度的关系

f=C×R×l00

式中：C为测力率系数/kg·cm-2·(0.01mm)-1；R为测力计读数/(0.01mm)-1。

试验装置:直剪仪，电子天平：MP2002电子天平，分度值10 mg，环刀，烘箱等。

在土的抗剪强度问题中，先把样品土样假设为破坏前不变形的刚塑体;在直剪仪中对4个样品施加不同竖向压力和不同的水平剪切力，土的抗剪强度与应力关系公式由下式决定:

上述试验显示，BT对各级哮喘均可发挥良好的治疗效果，但在试验设计方面存在共同的不足之处，即均未设置假手术组，未能完全排除支气管镜的安慰剂作用。

τ=c+σtgφ

在根系加筋的作用下，假设麦秸土复合体的内摩擦角和无麦秸土体的内摩擦角相同，土体的抗剪强度为：

她的眼波闪烁着，在我身下轻声呢喃，“我亲爱的，别担心——不要动，不要离开我……”她伸出手。她的手越变越大，她的臂越伸越长。她的手臂伸出床外，伸过床帘，跨过地毯，横穿过长长的卧室，在灯光中投下巨大的阴影。她的手臂直伸到十几米外门边的墙上。巨大的食指触到开关。

τ=c+σtgφ+ΔC

式中:τ为土的抗剪强度/kPa；σ为土的剪切面上的垂直应力/kPa；c为土的内聚力/kPa；φ为土的内摩擦角；ΔC为附加内聚力/kPa[7]。

采用SAS软件分析秸秆密度与平均抗剪强度的相关性，结果如表7和8。回归方程为:

1.2.3有无秸秆土样剪切应力对照试验

1.4试验步骤

本次试验过后，由于现实条件所限，笔者又尝试将将车田里机动渡改造成人力扯渡。即将2个升降立柱安装在船艏，因为船艏为犁头形，与水面接触面为流线形、夹角远远小于90度，水流通过时阻力小，不会产生压力，相反还会产生一定的升力；船长9米，船艏增加的立柱和渡工重量不会造成船艏的明显倾斜。

将试验场地划分为18个小区，并根据划分小区的面积计算试验所需的秸秆量，把各小区土壤翻过后，将秸秆均匀添加入土壤中，并按照规定对各小区喷洒定量的水，在养护4 d以后，在每个小区内用环刀取样，把环刀打入各小区土壤中，取样的过程中尽量保持土样不被破坏，将取好的土样拿到剪切仪上进行剪切试验。

2试验结果与分析

2.1土壤裂缝与秸秆密度的关系

1～10号小区裂缝裂隙度如表3。从表3可以看出，每方素土中翻埋3 kg秸秆，裂缝裂隙度[8]就可减小97.6%，秸秆添加的少，试验小区内土壤裂缝就发育明显，随着秸秆添加的增加，裂缝发育减少。

表3　裂缝裂隙度

试验场地位于山西农业大学工学院土槽内，土槽内土壤平均质量含水量为11.3%，土壤重度为15.3 kN·m-3，在土槽内划分好小区，小区规格为20 cm×20 cm，翻埋深度按10 cm、灌水量按60 mm径流深计算。根据实验方案将粉碎好的秸秆均匀翻埋于小区内，统一翻埋10 cm深，灌水养护。实验方案见表1和表2。

表4　一元线性回归方差分析表

抗剪强度计算公式：

将试验土样进行直剪试验后,对测得的数据记录并分析。量力环系数取值为1.782 kg·mm-2，垂直荷载为2.0 kg·cm-2，垂直应力取200 kPa，试验结果如表6。

表5一元线性回归参数估计及其t预测

Table 5Simple linear regression parameter estimates and their t forecast

变量Variable参数估计Parameterestimation自由度Freedomdegree标准误Standarderrort值tvaluePr>t回归截距Regressionintercept0.0039610.00123.29<0.0001回归系数Regressioncoefficient-0.00059810.000225-2.65<0.0001

表6　试验结果

1.3测试仪器

针对风景园林工程中的诸多施工要点来讲，最为基础性的工作就是做好建造地形的施工，因为整体的造价成本较高，因此一定要从多角度多方位全面确保测算的精准性，尽量将数据误差控制在合理范围内，避免后期施工的重复循环返工，还要注重结合工程长期以来的综合效果进行施工。

y=50.16+2.15x。

表7　一元线性回归方差分析表

从回归分析表7和表8看出，回归模型显著检验概率P<0.000 1,决定系数达0.088 81，说明模型检验极显著并具有较高的拟合精度，土壤的抗剪强度显著的决定于秸秆密度，随着秸秆密度的增加

表8一元线性回归参数估计及其t预测

Table 8Simple linear regression parameter estimates and their t forecast

变量Variable参数估计Parameterestimation自由度Freedomdegree标准误Standarderrort值tvaluePr>t回归截距Regressionintercept50.1611.4434.72<0.0001回归系数Regressioncoefficient2.1510.277.98<0.0001

土壤的抗剪强度也呈上升趋势，说明秸秆在土壤里面能够显著增加土壤的抗剪强度，但是具体是增加黏聚力还是增加内摩擦角还需要进一步研究。

2.3有无秸秆土样剪切力与垂直应力关系分析

观察组的护理理论知识得分（91.43±1.16）分，临床护理技能操作评分（89.25±2.33）分，均高于对照组理论知识得分（77.65±5.24）分，临床护理技能操作评分（70.84±3.19）分，差异均具有统计学意义（P＜0.05），见表1。

将样品破坏时的剪应力与试验中测定的样品抗剪强度值与荷载值记录并列入表中，得到垂直应力与抗剪强度的关系表。用Excel软件分析垂直应力与抗剪强度之间的关系，结果如表9。

理想状态下，不考虑测量误差，分别采用非线性化模型和线性化模型进行并联调姿托架的结构误差辨识；实际测量时，不可避免地存在测量误差，因此，对托架位置各元素随机施加微小扰动，扰动最大值为激光跟踪仪的测量精度0.01 mm，再次利用两种模型进行结构误差辨识，观察测量测量误差对辨识结果的影响。

总生烟量表示材料单位面积燃烧时的累积生烟总量，从图3可知，锂离子电池的隔膜产生的烟气量最多，而且在燃烧前期就迅速达到峰值，而正极、负极的燃烧产生的烟气量相对较小，烟气产生速度也相对较为缓慢。

表9　垂直应力与抗剪强度的关系

从表9可以看出，11～14小区为添加了秸秆的小区，土样的黏聚力为4.455，内摩擦角为0.299 4，从15到18小区为素土土样，土样的黏聚力为0.885，内摩擦角为0.281 6，添加秸秆可以极大地增加土壤的黏聚力。以垂直应力为横坐标，剪应力为纵坐标，绘制τ-φ关系曲线,如图1。

图1　有无秸秆剪切应力对比图 Fig.1　Shear strees with or without straw comparsion chart

由图1可见,有无秸杆土样的剪切应力曲线均为近似倾斜直线,且两直线斜率基本相同,添加秸杆土样剪切应力值均大于未添加秸杆土样,表明秸杆提高了附加内聚力ΔC，使添加秸杆土体的抗剪强度曲线位于无秸杆曲线的上方。

通过对土壤裂缝发育机理分析看出，土壤遇水膨胀和失水收缩是土壤裂缝产生的重要原因,秸秆抑制裂缝的机理一是秸秆的生物学作用，二是秸秆的力学机理。有麦秸土体和无麦秸土体相比，由于麦秸间的交织作用，形成土和麦秸的复合体,在土壤水的粘附作用下，麦秸与土壤紧紧地粘附在一起，增加了土壤的黏聚力ΔC,抵消了土壤的收缩力，从而抑制了土壤裂缝的形成。

综上所述，脑卒中患者在常规康复治疗的基础上，给予低频重复经颅磁刺激联合肌电生物反馈治疗，三者联合治疗可以持久地降低肢体痉挛，提高患者肢体运动功能，为脑卒中患者提供了有效的治疗方式。

3讨论与结论

本试验为以后秸秆抑制土壤开裂的研究提供了基础，通过试验得出以下结论：通过裂缝裂隙度和秸秆密度的回归方程得知,秸秆密度增加,裂隙度减小；由添加秸秆小区和未添加秸秆小区对比可知，添加秸秆区的裂缝宽度要明显小于未添加区，

表明添加秸秆可以抑制裂缝发展；取添加不同量秸秆小区的土样在直剪仪上进行测试，结果可知随添加秸秆量的增加，土壤的剪切应力和土样粘聚力也在增加；通过添加秸秆，提高了土壤剪切应力和土壤粘聚力，因而可以抑制裂缝开展。

参考文献

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可是纷纷扬扬的花瓣雨从天而下，并不是给他们来当宵夜的，少年们很快就尝到了香艳粉腻的温柔乡的苦头。他们的舌头与脸庞，并没有分辨出来，花瓣的种类与疏密，色泽与气味，其实在与空中震动的声响呼应。

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(编辑：马荣博)