導(dǎo)語：如何才能寫好一篇土壤剖面的概念，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：土壤地理學(xué)；教學(xué)內(nèi)容；實(shí)驗(yàn)；改革

中圖分類號(hào) G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2015）03-04-158-02

土壤地理學(xué)是土壤學(xué)與地理學(xué)、環(huán)境科學(xué)、地球化學(xué)、生態(tài)學(xué)等多個(gè)學(xué)科的交叉學(xué)科，屬于高等師范院校自然地理與環(huán)境專業(yè)、人文地理與城鄉(xiāng)規(guī)劃專業(yè)與高等農(nóng)業(yè)院校農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境專業(yè)必修的主干課程之一。該課程學(xué)習(xí)的目的是使學(xué)生認(rèn)識(shí)土壤圈圈層特點(diǎn)及其在陸地生態(tài)系統(tǒng)中的地位，土壤的基本特征、形成演化及土壤剖面形態(tài)特征以及土壤野外描述，不同空間的土壤分布規(guī)律，土壤景觀的認(rèn)識(shí)以及土壤系統(tǒng)分類等基本知識(shí)[2]。通過這些知識(shí)的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)土壤資源、土壤資源的變化以及人類影響下土壤資源的演化趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

對(duì)于師范院校來說，土壤地理學(xué)可以分為兩大部分來學(xué)習(xí)，包括理論與實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)兩大部分。理論部分包括土壤學(xué)基本概念的學(xué)習(xí)，如土壤的基本理化性質(zhì)、土壤的形成、分類體系等，接著是土壤的地理分布規(guī)律的學(xué)習(xí)。在試驗(yàn)實(shí)習(xí)部分主要涉及到土壤的李歡分析手段與方法以及土壤野外調(diào)查與制圖的基本理論與方法。總的來說土壤地理學(xué)教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)是培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力，初步培養(yǎng)學(xué)生的科研思維，也是學(xué)生畢業(yè)后能夠勝任中學(xué)地理教學(xué)以及組織學(xué)生進(jìn)行第二興趣小組，開展課外活動(dòng)的能力。土壤地理學(xué)的實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)也為日后學(xué)生從事研究生工作、學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

1 教學(xué)中存在的問題

1.1 傳統(tǒng)教學(xué)模式與當(dāng)今社會(huì)需求不相適應(yīng)[3] 傳統(tǒng)的土壤地理學(xué)教學(xué)內(nèi)容陳舊，應(yīng)與當(dāng)前社會(huì)需求相適應(yīng)。隨著科研的不斷提升，土壤方面的熱點(diǎn)問題不斷涌現(xiàn)，最新的科學(xué)研究熱點(diǎn)問題、最新的研究方法應(yīng)及時(shí)補(bǔ)充到大學(xué)教材中去。這樣才會(huì)達(dá)到科研促進(jìn)教學(xué)的目的。如土壤碳庫變化、古土壤解譯古氣候、土壤中碳氮元素循環(huán)等。

1.2 傳統(tǒng)的教學(xué)方式不能達(dá)到較好的教學(xué)效果 教學(xué)過程中，多是采用老師教授，學(xué)生聽的方式[4]。尤其是在大學(xué)授課當(dāng)中，兩節(jié)課的大課所涵蓋的內(nèi)容多、知識(shí)量大，學(xué)生很難對(duì)課中所講解的內(nèi)容全盤理解和接受。并且在講授過程中，土壤地理學(xué)的一些理論，如土壤發(fā)生學(xué)原理、土壤分類體系等，比較枯燥、乏味，很多學(xué)生對(duì)于空洞乏味的講授毫不感興趣，缺乏興趣，以致學(xué)生不愛聽課，或是聽課當(dāng)中開小差，玩手機(jī)現(xiàn)象較多。針對(duì)這一現(xiàn)象，土壤地理學(xué)在授課過程中應(yīng)多增加實(shí)習(xí)授課，在實(shí)習(xí)過程中講授理論。如土壤剖面的觀察，讓學(xué)生親自參加土壤剖面的挖掘過程，并且講授挖掘剖面所要注意的事項(xiàng)，如挖掘剖面方向的選擇，要大致計(jì)算好太陽角度的變化，計(jì)算好剖面挖掘的時(shí)間，這樣才會(huì)使得剖面挖掘完給土壤剖面照相才不會(huì)有陰影。讓學(xué)生在參與土壤剖面挖掘的過程中，隨著挖掘的難易程度就能感受到土壤的硬度，對(duì)剖面挖掘好后土壤層次的劃分打下了基礎(chǔ)。若只是在課堂中采用土壤剖面照片進(jìn)行講授，學(xué)生很能理解土壤的結(jié)構(gòu)、顏色、質(zhì)地等，在野外實(shí)習(xí)中，通過學(xué)生自己親自挖取土壤剖面，在剖面中講授土壤相關(guān)的物理性質(zhì)，學(xué)生會(huì)理解的更加透徹，從而增加了學(xué)生的興趣，為以后從事科研工作打下良好的基礎(chǔ)。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器缺乏 目前各師范院校地理科學(xué)專業(yè)開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程主要包括3個(gè)項(xiàng)目。分別是物理性質(zhì)的測(cè)定，如容重、水分、土壤顆粒組成的測(cè)定以及土壤pH的測(cè)定。而關(guān)于土壤地理學(xué)中的實(shí)驗(yàn)例如土壤氮、磷、鉀、有機(jī)質(zhì)等傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)都沒有開設(shè)。而大多數(shù)師范院校在開設(shè)地理科學(xué)專業(yè)的同時(shí)，配備的實(shí)驗(yàn)課非常少，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足土壤地理學(xué)實(shí)驗(yàn)的需求。因此，師范院校應(yīng)該在土壤地理學(xué)儀器購置時(shí)，應(yīng)投入一定的資金力度，比如建立一個(gè)土壤地理學(xué)實(shí)驗(yàn)室，不僅可以滿足傳統(tǒng)教學(xué)的需求，對(duì)于學(xué)生日后做畢業(yè)論文，也提供了一個(gè)良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。

2.2 傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式

2.2.1教學(xué)模式 目前大多數(shù)院校開設(shè)的土壤地理學(xué)實(shí)驗(yàn)多是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生只要按照實(shí)驗(yàn)方法、步驟去做，都可以完成，教師處于主導(dǎo)地位，而學(xué)生缺乏自己思考的空間，缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)新和解決實(shí)際問題的能力的培養(yǎng)[5]。傳統(tǒng)的教學(xué)模式主要是學(xué)生被動(dòng)的記憶、被動(dòng)的接受知識(shí)，增加了學(xué)生的記憶負(fù)擔(dān)。因此，應(yīng)該除了傳統(tǒng)土壤地理學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開設(shè)以外，還應(yīng)增加探究性實(shí)驗(yàn)，例如不同立地條件下土壤養(yǎng)分狀況對(duì)比研究、不同區(qū)域土壤結(jié)構(gòu)分析等，使得學(xué)生在掌握實(shí)驗(yàn)分析的同時(shí)，去設(shè)計(jì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)過程，初步培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的邏輯思維。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)的前期準(zhǔn)備 前期的實(shí)驗(yàn)器材以及實(shí)驗(yàn)藥品的配置，都是實(shí)驗(yàn)員準(zhǔn)備，學(xué)生完全不知道藥品怎么配，尤其是對(duì)于地理科學(xué)專業(yè)的學(xué)生，由于沒有分析化學(xué)的基礎(chǔ)，缺乏對(duì)藥品試劑配置的基本能力[6]。但是土壤地理學(xué)側(cè)重土壤與地理環(huán)境之間的關(guān)系研究，只有學(xué)生之前了解樣品采集地的地理發(fā)生、發(fā)育環(huán)境，才能對(duì)實(shí)驗(yàn)所做的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的分析，從而得出合理的結(jié)論。用老師準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)樣品，學(xué)生就不會(huì)對(duì)樣品采集地的環(huán)境有所了解，學(xué)生就會(huì)對(duì)所做的數(shù)據(jù)憑空分析，造成一定的誤差。因此，在開設(shè)實(shí)驗(yàn)分析項(xiàng)目之前，讓學(xué)生參與樣品采集的過程，樣品的前處理過程以及藥品的配置。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)考核方式 學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后，大多數(shù)都是抄寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，而我們的考核方法大多是以學(xué)生抄寫的實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為打分的依據(jù)。并且實(shí)驗(yàn)過程中，都是小組的形式，很多學(xué)生不動(dòng)手，不參與實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)把實(shí)驗(yàn)的考核等同與基礎(chǔ)理論課的考試，不能對(duì)實(shí)驗(yàn)課的考核流于形式，確實(shí)有學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力不夠或者實(shí)驗(yàn)過程中不參與的，可以給予掛課或者不合格處理，下學(xué)期繼續(xù)補(bǔ)考。這樣有了嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)考核機(jī)制，學(xué)生才會(huì)重視實(shí)驗(yàn)。

2.3 缺少研究性實(shí)驗(yàn) 基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)可以鍛煉培養(yǎng)學(xué)生的基本實(shí)驗(yàn)操作與技能，比如實(shí)驗(yàn)儀器的使用，實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練等，但對(duì)于學(xué)生興趣的培養(yǎng)、創(chuàng)新精神的鍛煉確有著明顯的不足。研究性實(shí)驗(yàn)可以圍繞當(dāng)前土壤地理學(xué)的科研熱點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生選題、進(jìn)而解決問題、分析問題，最終使得學(xué)生學(xué)會(huì)研究成果的表述[7]。這樣一個(gè)過程不僅培養(yǎng)了學(xué)生的獨(dú)立思考問題的能力、解決實(shí)際問題的能力，也使學(xué)生學(xué)會(huì)了怎樣去學(xué)習(xí)。

3 組織好土壤地理調(diào)查實(shí)習(xí)

土壤地理學(xué)屬于交叉學(xué)科，是理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，學(xué)生在平時(shí)理論課講授過程中只接受了書本上的理論知識(shí)的教育，對(duì)土壤類型的認(rèn)識(shí)，土壤剖面的觀察，僅限于圖片，很難對(duì)土壤地理學(xué)的知識(shí)有深刻的理解。首先在野外實(shí)習(xí)過程中，要帶領(lǐng)學(xué)生到野外觀察土壤剖面，這個(gè)土壤剖面要讓親自參與挖掘過程，要在老師的嚴(yán)格指導(dǎo)下，按照專業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，挖取標(biāo)準(zhǔn)的剖面。其次，要?jiǎng)澐滞寥腊l(fā)生層次，土壤發(fā)生層次要依據(jù)土壤顏色、質(zhì)地、結(jié)構(gòu)、水分、新生體等進(jìn)行劃分。接著要按照野外土壤剖面描述手冊(cè)的要求，對(duì)土壤發(fā)生層的各層次進(jìn)行描述。最終采取土壤樣品。這樣一套土壤地理學(xué)的剖面描述、觀察、采樣，學(xué)生全程參與，不僅掌握了土壤地理學(xué)理論課中很多難理解的知識(shí)，而且學(xué)會(huì)了土壤樣品的一種采集方法。在實(shí)習(xí)過程中，還可以利用簡(jiǎn)單的野外工具做室外實(shí)驗(yàn)，如利用稀鹽酸看土壤樣品是否有氣泡冒出，進(jìn)而推測(cè)該樣品是否有碳酸鈣的存在。

我們可以開展一些特色的教學(xué)實(shí)習(xí)，如結(jié)合伊犁本地特色，伊犁氣候、水資源豐富，是盛產(chǎn)蘋果的區(qū)域。我院地理科學(xué)專業(yè)還可以與當(dāng)?shù)亓止麡I(yè)相關(guān)部門合作，通過老師的指導(dǎo)，開發(fā)一些無公害蘋果、樹上干杏、桃等，從而理解這些無公害生產(chǎn)需要怎樣的土壤條件，從而使學(xué)生掌握野外土壤調(diào)查的基本技能。

4 實(shí)驗(yàn)與實(shí)習(xí)有機(jī)結(jié)合起來

目前大多數(shù)院校開始的土壤地理學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，實(shí)驗(yàn)分析中所需的樣品都是老師事先準(zhǔn)備好的，學(xué)生沒有參與前期樣品的采集過程，或者說分析的樣品與后期野外實(shí)習(xí)采樣的樣品不是同一個(gè)樣品。這樣學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中，對(duì)所得到的數(shù)據(jù)分析中，很難對(duì)土壤所處的地理環(huán)境很好的把握與理解，勢(shì)必造成一定程度的誤差，因此，應(yīng)把學(xué)生在野外采集的樣品作為室內(nèi)分析實(shí)驗(yàn)的樣品，從而為分析結(jié)果提供準(zhǔn)確可靠的保障。

總之，土壤地理學(xué)是地理科學(xué)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，也是學(xué)習(xí)自然地理學(xué)的基本專業(yè)知識(shí)，只有安排好教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)，使得三者有機(jī)的結(jié)合起來，才能培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)操作技能及初步的科研思維，為以后學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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篇2

影響因子對(duì)比預(yù)測(cè)法

公式推導(dǎo)說明1)僅選用一些影響土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度的主要因子作為預(yù)測(cè)因子，忽略其它因素對(duì)鐵路工程中土壤風(fēng)蝕帶來的影響。2)公式中各影響因子對(duì)鐵路工程中土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度的影響作用是相互獨(dú)立的，而土壤風(fēng)蝕是各個(gè)因子所產(chǎn)生影響的綜合。3)各個(gè)影響因子施工時(shí)段所產(chǎn)生的微小變化不影響預(yù)測(cè)結(jié)果。預(yù)測(cè)公式E=WSRCT(1)式中，E為單元地表風(fēng)力侵蝕模數(shù)(年單位面積風(fēng)蝕量);W為區(qū)域氣候侵蝕力因子;S為地表土壤抗蝕性因子;R為地表粗糙度因子;C為地表覆蓋度因子;T為地形因子。各因子值的確定從式(1)中選定的幾個(gè)影響因子可以看出。區(qū)域氣候侵蝕力因子是氣候因素決定的一個(gè)土壤風(fēng)蝕量的值，它反映了氣候?qū)Φ乇硗寥涝斐娠L(fēng)蝕的能力，對(duì)于某一鐵路工程段的某一地形單元來說，鐵路建設(shè)前后區(qū)域氣候侵蝕力因子是不變的。鐵路工程對(duì)用地范圍內(nèi)地表土壤風(fēng)蝕產(chǎn)生的影響是通過土壤的抗蝕性、地表粗糙度、地表覆蓋度及地形等四個(gè)因素決定的。1)S值的確定S值是反映土壤抗侵蝕的能力，與土壤類型有關(guān)。具體數(shù)據(jù)可根據(jù)土壤質(zhì)地、土壤有機(jī)質(zhì)百分含量、土壤結(jié)構(gòu)、土壤透水性等幾個(gè)主要因子，查土壤可蝕性因子諾謨圖獲得。如土壤類型主要為黃壤、紫色土等，其可蝕性因子一般為0.02～0.75。也可以利用查圖表法確定，可以根據(jù)該地段土壤表層的風(fēng)砂粒(0.050～0.002mm)和黏粒(＜0.002mm)的含量，通過查土壤質(zhì)地三角圖，確定相應(yīng)的土壤質(zhì)地名稱，然后利用該名稱和有機(jī)質(zhì)含量，查有關(guān)地表土壤抗蝕性因子值表，就可確定該土壤剖面的地表土壤抗蝕性因子值。由于所查表只列有有機(jī)質(zhì)含量≤40g/kg的土壤，對(duì)于有機(jī)質(zhì)含量＞40g/kg的土壤沒法確定，為此制定了一個(gè)地表土壤抗蝕性因子值修正系數(shù)表。當(dāng)土壤有機(jī)質(zhì)含量＞40g/kg時(shí)，先按40g/kg查出地表土壤抗蝕性因子值，再按照實(shí)際有機(jī)質(zhì)含量査高有機(jī)質(zhì)含量地表土壤抗蝕性因子值修正系數(shù)表(表略)，二者相乘，則可得到高有機(jī)質(zhì)含量土壤的地表土壤抗蝕性因子值。實(shí)際預(yù)測(cè)時(shí)，還可以利用式(2)計(jì)算地表土壤抗蝕性因子值（式略）(2)式中，Dg為土壤的幾何平均粒徑，mm，可以通過現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行試驗(yàn)測(cè)得。部分地段S值計(jì)算結(jié)果（表略）2)R值的確定:地表粗糙度是影響土壤風(fēng)蝕強(qiáng)度的重要因子，對(duì)氣流產(chǎn)生強(qiáng)烈影響，這種影響可分為兩個(gè)方面:一是改變流速梯度;二是決定各流速梯度的范圍。研究表明，同樣外部條件和土壤特征條件下，粗糙地表較平滑地表更難以被侵蝕。地表粗糙度不僅作為土壤侵蝕的影響因子對(duì)風(fēng)蝕強(qiáng)度直接產(chǎn)生影響，而且還通過影響其它因子從而對(duì)風(fēng)蝕產(chǎn)生間接影響。如地表粗糙度會(huì)影響土壤的滲透率、地表徑流以及地表土壤水分的蒸發(fā)率等因素，而這些都是土壤風(fēng)蝕的直接或間接影響因素。地表粗糙度本身受降雨大小、風(fēng)況以及耕作等因素的影響。Luttrell提出了地表粗糙度系數(shù)的概念，Allmaras等提出了“隨機(jī)粗糙度指數(shù)”的概念。Potter提出了一種測(cè)量土壤表面粗糙度的方法———釘法;Sale找到一種新的粗糙度測(cè)量方法———鏈法。根據(jù)地區(qū)環(huán)境的特點(diǎn)及工程特點(diǎn)，本文建議地面粗糙度直接由對(duì)數(shù)公式計(jì)算出來。己知兩個(gè)高度的風(fēng)速時(shí)，可根據(jù)式(3)計(jì)算（公式略）式中，Z0為地表粗糙度;U2、U1分別是Z1、Z2高度處的風(fēng)速。在確定地表粗糙度因子時(shí)，只要測(cè)其下墊面兩個(gè)高度處的風(fēng)速即可求得。次是植被的存在，影響地面以上的風(fēng)能，增加地表土壤被吹蝕的難度。植被覆蓋度降低導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，是沙漠化擴(kuò)展的主要原因，董治寶等研究認(rèn)為，植被覆蓋度減少引起風(fēng)蝕率增加的過程體現(xiàn)了自然界量變引起質(zhì)變的普遍規(guī)律。在實(shí)驗(yàn)風(fēng)速12.7m/s條件下，植被覆蓋度＞60%時(shí)，風(fēng)蝕率幾乎為零，隨著植被覆蓋度減少，風(fēng)蝕率開始緩慢增加，當(dāng)植被覆蓋度減少到20%左右時(shí)，風(fēng)蝕率驟然增加。研究者對(duì)植被覆蓋度與土壤侵蝕量的關(guān)系從不同角度進(jìn)行了分析，均說明隨著植被覆蓋度的增大，土壤侵蝕量下降，50%～60%的植被覆蓋度能夠穩(wěn)定地減少風(fēng)蝕強(qiáng)度。除植被覆蓋度外，植被對(duì)地表土坡的保護(hù)作用還與植被的存在狀態(tài)、高度和大小等因素有關(guān)。植被的存在狀態(tài)對(duì)保護(hù)地表土壤免于風(fēng)蝕的影響非常大，直立生長(zhǎng)的莊稼保護(hù)地表土坡免于被風(fēng)蝕的能力約為同等數(shù)量倒伏莊稼的6倍。由此可見地表覆蓋因子在土壤風(fēng)蝕中的重要性。對(duì)于植被降低地表風(fēng)速方面可以采取式(4)計(jì)算（式略）式中，SLRS為土壤風(fēng)蝕量的減少比率，SA為直立植被或殘茬的側(cè)面輪廓面積，等于1m2范圍內(nèi)直立植被的棵數(shù)乘以植株的平均直徑(cm)，再乘以植株的平均高度(cm)。植被對(duì)地表土壤的遮蓋保護(hù)作用可以采用式(5)計(jì)算（公式略）式中，SLRc為因植被的遮蔽保護(hù)作用而使土壤風(fēng)蝕量減少的比率，cc為地表覆蓋度。因鐵路施工后地表植被遭到完全破壞，植被對(duì)地表土壤的保護(hù)作用及降低風(fēng)速作用均不存在，故對(duì)于工程建設(shè)中植被被全部破壞而產(chǎn)生的地表，地表覆蓋度因子C等于1。根據(jù)有關(guān)研究成果，部分地段C值可參照表4取值。T值可根據(jù)開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)資料，各開挖或回填邊坡、開挖或回填場(chǎng)地的坡度和坡長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算。平坦場(chǎng)地不考慮地形因子，取T=1。利用項(xiàng)目區(qū)大比例尺地形圖和土地利用現(xiàn)狀圖，制作地類屬性坡度圖，同一地類屬性同一坡度劃分為一個(gè)圖斑。求得各圖斑順坡向(垂直于等高線)長(zhǎng)度最大值作為坡長(zhǎng)水平投影長(zhǎng)度Y1，由式(7)采用三角關(guān)系計(jì)算坡長(zhǎng)Y（公式略）式中，Y為坡長(zhǎng)，m;a為百分比坡度;B為坡度角;m為坡長(zhǎng)因子，n為坡度因子。當(dāng)25°＜B＜35°時(shí)，m=0.4;當(dāng)15°＜B＜≤25°時(shí)，m=0.3;當(dāng)5°＜B＜≤15°時(shí)，m=0.2;B≤5°時(shí)，m=0.1～0.15。坡度因子n值為1.3～1.4，可取1.35。

風(fēng)蝕量計(jì)算方法

鐵路項(xiàng)目在建設(shè)施工前，保持原有的地貌特征，可利用當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)水土保持的監(jiān)測(cè)資料，確定相應(yīng)的土壤侵蝕模數(shù)及原地貌的土壤風(fēng)蝕侵蝕模數(shù)。假設(shè)原地貌的土壤侵蝕模數(shù)為E0，施工期的土壤侵蝕模數(shù)為E1，E1/E0表示工程施工后的風(fēng)蝕模數(shù)是施工前風(fēng)蝕模數(shù)的倍數(shù)，即加速侵蝕系數(shù)。這樣就可以確定出施工過程中土壤風(fēng)蝕侵蝕模數(shù)，從而計(jì)算出項(xiàng)目建設(shè)過程中的風(fēng)蝕量，為項(xiàng)目建設(shè)后采取的防治措施提供更好的設(shè)計(jì)依據(jù)，減輕因工程建設(shè)而導(dǎo)致的土壤侵蝕危害。

篇3

論文摘要：舉例防風(fēng)固沙與水土保持植物及其應(yīng)用，大量資料表明防風(fēng)固沙與水土保持植物已大量應(yīng)用在現(xiàn)代工業(yè)中，并在未來更有越來越多的應(yīng)用，對(duì)其發(fā)展進(jìn)行了一些展望。

1基本概念

1.1防風(fēng)固沙與水土保持植物

多為較高大的喬、灌木植物和少數(shù)多年生草本植物，具有防風(fēng)固沙，水土保持功能，以及耐干旱、鹽堿、抗風(fēng)沙作用。

1.2鄉(xiāng)土植物

是指經(jīng)過長(zhǎng)期的自然選擇及物種演替后，對(duì)某一特定地區(qū)有高度生態(tài)適應(yīng)性(包括引入物種經(jīng)馴化后，已成為當(dāng)?shù)厣缘奈锓N)的自然植物區(qū)系成分的總稱。在豐富的園林植物中，鄉(xiāng)土植物是最能適應(yīng)當(dāng)?shù)刈匀簧L(zhǎng)條件的，并且具有抗逆性強(qiáng)、資源廣、苗源多、易栽植的特點(diǎn)，不僅能達(dá)到適地適樹，滿足于城市水土保持的要求，而且還代表了一定的植被文化和地域風(fēng)情。

1.3防風(fēng)林

是在干旱多風(fēng)的地區(qū)，為了降低風(fēng)速、阻擋風(fēng)沙而種植的防護(hù)林[1]。防風(fēng)林的主要作用是降低風(fēng)速、防風(fēng)固沙、改善氣候條件、涵養(yǎng)水源、保持水土，還可以調(diào)節(jié)空氣的濕度、溫度、減少凍害和其他災(zāi)害的危害

要達(dá)到最好的防風(fēng)效果，應(yīng)由：10行以上的樹組成，選擇具有抗風(fēng)性能強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)的樹種種植成行、成網(wǎng)、成帶、成片的防風(fēng)林，能起到抗風(fēng)、護(hù)岸、防風(fēng)固沙、降低風(fēng)速、增加空氣溫度、調(diào)節(jié)水源，改善環(huán)境和維持生態(tài)平衡。

1.4土壤侵蝕

指土壤和成土母質(zhì)在外營(yíng)力作用下被分離、破壞和移動(dòng)的過程。

1.5風(fēng)侵蝕

由于風(fēng)的吹東帶走土壤顆粒而形成的侵蝕。

1.6水土保持植物措施

是水土保持三大措施之一，與工程措施、農(nóng)耕措施組成一個(gè)有機(jī)的水土流失綜合防治體系。水土保持植物措施是在林草植被遭到破壞的水土流失地區(qū)，實(shí)施人工植樹種草或通過封禁實(shí)現(xiàn)自然恢復(fù)的措施，以增加地面有效植被覆蓋，實(shí)現(xiàn)涵養(yǎng)水源、保持水土、防風(fēng)固沙、改善生態(tài)的目標(biāo)。植物措施不僅是一種生態(tài)治理措施，更是一種農(nóng)民改善生產(chǎn)生活條件措施，它能很好地解決水土流失治理與水土資源配置及高效利用、農(nóng)民就業(yè)機(jī)會(huì)增加與收入提高及生活質(zhì)量改善、區(qū)域生態(tài)安全與經(jīng)濟(jì)振興及可持續(xù)發(fā)展等一系列問題。因此，要加快水土流失治理步伐，必須加強(qiáng)水土保持植物措施建設(shè)。

2資源分布

水土保持植物沒有特定的界限，幾乎在全國(guó)大部分地區(qū)都有分布。其主要分布于二大區(qū)域。一是“三北”戈壁沙漠及沙地風(fēng)沙區(qū)。主要分布于長(zhǎng)城沿線以北地區(qū)，該區(qū)域氣候干旱少雨，風(fēng)力侵蝕強(qiáng)烈，荒漠化嚴(yán)重，沙漠蠶蝕綠洲，直接危害農(nóng)、林、牧業(yè)。包括新疆、青海、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古、陜西等省、自治區(qū)的沙漠及沙漠周圍地區(qū)。面積187.6萬km2，約占全國(guó)總面積的19.0%。其特點(diǎn)是在本區(qū)氣候干旱少雨，大部分地區(qū)年降水量在200mm以下，風(fēng)力強(qiáng)勁，風(fēng)沙活動(dòng)頻繁而強(qiáng)烈。二是沿河、環(huán)湖、濱海平原風(fēng)沙區(qū)。該區(qū)域主要是江、河、湖、海岸邊沉積的泥沙，干燥遇大風(fēng)形成并逐步擴(kuò)大，造成掩埋各類生產(chǎn)用地的危害。

3特殊的利用

3.1沙棘（HippophaerhamnoidesLinn.）

沙棘之所以受到社會(huì)各界廣泛、持久的關(guān)注，是由于其具有巨大的生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益以及廣闊的市場(chǎng)前景。

（1）沙棘具有較強(qiáng)的生態(tài)防護(hù)功能，是我國(guó)造林綠化、國(guó)土整治和建立比較完備的林業(yè)生態(tài)體系的主要先鋒樹種。沙棘有發(fā)達(dá)的根系，抗旱性強(qiáng)，在防風(fēng)固沙和水土保持方面被稱為是吹不倒的“擋風(fēng)墻”，沖不垮的“生物堤壩”。沙棘的生態(tài)防護(hù)功能主要表現(xiàn)在涵養(yǎng)水源、保持水土、護(hù)堤護(hù)壩、防風(fēng)固沙、治理鹽堿地、保護(hù)和改良草牧場(chǎng)、生物圍欄【1】。

（2）沙棘生物量大，燃燒值高，是我國(guó)農(nóng)村優(yōu)質(zhì)薪柴。沙棘每隔4-5年可以平茬一次，平茬物可作為燃料。一公頃4年生的沙棘林，大約可收干柴6000公斤。沙棘枝葉繁茂，耐平茬和畜啃，具有較廣的飼用價(jià)值。沙棘葉含蛋白質(zhì)達(dá)20.6%，脂肪6.56%，高于飼料之王紫花苜蓿。沙棘根系發(fā)達(dá)，固氮能力強(qiáng)，是改良土壤的有效植物【1】。

（3）沙棘具有較高的藥用醫(yī)療保健價(jià)值。沙棘藥品用在我國(guó)有著悠久的歷史。公元8世紀(jì)，我國(guó)的藏醫(yī)經(jīng)典《四部醫(yī)典》、《中國(guó)藥典》、《中藥大辭典》中記載沙棘果具有活血散瘀、止渴化痰、平喘健胃、生津止渴、消食化滯、清熱止瀉之功效。沙棘之所以能有這樣奇特的醫(yī)療功能，是由它所含的成分決定的。沙棘除含有豐富的維生素A、B、C、E、K、P外，

還有人體所需的微量元素鋅、鐵、鈣、銅及各種對(duì)人體有益的活性物質(zhì)180多種。

（40研制生產(chǎn)沙棘化妝品具有十分廣闊的前景。由于沙棘果汁和油含有極其豐富的生物活性物質(zhì)，國(guó)內(nèi)研制的沙棘美容霜對(duì)皮膚黃褐斑、黑色素沉著、皮膚皺紋、角質(zhì)硬化、脫皮、老年斑等均有療效，且皮膚普遍變得白凈、細(xì)嫩。沙棘通過綜合利用，不但可以產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟(jì)效益，而且有益于人類健康【2】。

3.2雪狐

雪狐抗旱、抗寒性極強(qiáng)；耐瘠薄，耐鹽堿；產(chǎn)草量較高；適應(yīng)性廣，抗逆性強(qiáng)；長(zhǎng)壽型，持久性極好；適于高寒干旱和半干旱地區(qū)建立永久草地、退化草地補(bǔ)播改良和水土保持、防風(fēng)固沙、植被恢復(fù)。

適應(yīng)性及利用:“雪狐”扁穗冰草屬旱生、沙生植物，適應(yīng)性廣，抗逆性強(qiáng)，耐瘠薄，耐鹽堿，具有很強(qiáng)的抗旱性和抗寒性，能在年降水量230~380mm的地區(qū)良好生長(zhǎng)。適宜干燥寒冷的氣候，是高寒、干旱和半干旱地區(qū)的優(yōu)良牧草【3】。“雪狐”扁穗冰草在適應(yīng)區(qū)域壽命極長(zhǎng)，適宜在我國(guó)東北、西北(包括青藏高原)、華北和西南地區(qū)種植建立永久草地。“雪狐”抽穗期刈割，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，延期收割，莖葉變粗硬，飼用價(jià)值降低。一般每年可刈割2~3次，鮮草產(chǎn)量30~40·5t/hm2。“雪狐”扁穗冰草質(zhì)地柔軟，是優(yōu)良牧草之一，在干旱草原區(qū)把它作為催肥牧草，反芻家畜采食后的消化率和可消化成分高。“雪狐”扁穗冰草種子產(chǎn)量高，易于收集，發(fā)芽力強(qiáng)；既可以放牧又可以刈割，既可以單播又可以與豆科牧草混播建立永久草地或退化草地補(bǔ)播改良。“雪狐”扁穗冰草的須根密生、具砂套、入土較深，也是一種良好的護(hù)坡、水土保持和固沙植物品種。

3.1

3.2

3.3鄉(xiāng)土植物

鄉(xiāng)土植物尤其是鄉(xiāng)土樹種真正體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家、一個(gè)地區(qū)植物區(qū)系的特色，由于鄉(xiāng)土植物的應(yīng)用大多歷史較長(zhǎng)或悠久，許多植物被賦予一些民間傳說和典故，具有豐富的文化底蘊(yùn)。因此，城市水土保持應(yīng)首選鄉(xiāng)土植物，要以鄉(xiāng)土植物為主，引進(jìn)植物為輔，以新優(yōu)稀特為點(diǎn)綴的百花齊放的綜合發(fā)展格局，充分體現(xiàn)城鎮(zhèn)綠化植物的多樣性和發(fā)揮最佳生態(tài)效益。用豐富的鄉(xiāng)土植物創(chuàng)造有鮮明地方特色的最佳人居環(huán)境。以下列出幾點(diǎn)鄉(xiāng)土植物在城市綠化中的應(yīng)用【4】。

3.3.1道路綠化

道路綠化可以選擇國(guó)槐、紅花刺槐、刺槐、饅頭柳、垂柳、旱柳、銀中楊、新疆楊、小葉楊、臭椿、欒樹、暴馬丁香等，這些樹種生態(tài)功能強(qiáng)、觀賞價(jià)值高、景觀效果也好，更為重要的是，這些樹種樹冠大、樹形優(yōu)美、抗病蟲害能力強(qiáng)、抗風(fēng)性能也好，既能提供市民所需要的綠蔭，也方便園林部門管理。

3.3.2公園綠化

公園綠化可以選擇觀花、觀形、觀葉、觀果等各類鄉(xiāng)土植物，帶有濃厚的本土氣息，野趣天成、千姿百態(tài)，如國(guó)槐，高大古樸、冠大蔭濃，花開時(shí)清香撲鼻，應(yīng)用這些植物構(gòu)建城市園林，可為居民區(qū)提供一個(gè)近似于自然林地和開闊田野的環(huán)境。諸如山桃稠李、江南槐、櫻花、海棠花、月季、丁香、繡線菊、太平花、迎紅杜鵑、黃刺玫、紅刺玫、饅頭柳、龍爪槐、桃葉衛(wèi)矛、金銀忍冬、雞樹條莢迷、銀杏、蝴蝶槐、五角楓、火炬樹等。

3.3.3庭院、居住區(qū)綠化

庭院、居住區(qū)綠化可以利用的喬木樹種有:新疆楊、銀中楊、加楊、旱柳、刺槐、臭椿、暴馬丁香、蝴蝶槐、桃葉衛(wèi)矛、龍爪桑、碧桃、圓冠榆、遼梅杏、槐樹、白蠟、垂柳、饅頭柳、欒樹、假色槭、火炬樹、五角楓等；灌木樹種有連翹、榆葉梅、黃刺玫、紫丁香、錦帶、太平花、金銀忍冬、接骨木、繡線菊、白娟梅、白刺玫、紫葉李、紫葉碧桃、紫葉小檗、砂地柏、鋪地柏、豐花月季、金山繡線菊等；藤本植物有:五葉地錦、爬山虎、紫藤、蛇葡萄、葡萄、啤酒花、杠柳等。這些樹種的合理配植、遠(yuǎn)近結(jié)合、速慢生搭配，常綠、落葉按比例栽植，講究季相變化，可以為人們提供一個(gè)良好的工作、學(xué)習(xí)、居住環(huán)境【4】。

3．3．1

3.3.3

3.4香根草（Vetiveriazizanioiaes）

香根草作為一種非常理想的水土保持植物，受到世界銀行的廣泛推薦。世界銀行選定香根草作為水土保持的有效生物措施，已在除南極洲以外的世界各洲建立了示范推廣點(diǎn)，迄今為止，全世界已有30多個(gè)國(guó)家利用香根草作為水土保持植物，并取得了非常顯著的效益。我國(guó)浙江、廣東、福建、海南等地曾把香根草作為香料植物栽培過。1988年以來，在世界銀行的極力支持下，閩浙贛川湘粵滇黔數(shù)省也把推廣香根草作為水土保持措施。專家們預(yù)言，二十一世紀(jì)將是香根草用作水土保持的一個(gè)既實(shí)用又經(jīng)濟(jì)的時(shí)代。除了將其主要作為水土保持植物外，香根草也正被利用來治理污染、開發(fā)荒地、培育食用菌，等等。目前它的應(yīng)用領(lǐng)域主要有以下幾方面:

（1）旱坡地種植園的水土保持。將香根草呈籬笆狀等高種植在旱坡地種植園邊或行間，寬度約50cm左右，當(dāng)逕流泥水流經(jīng)草叢時(shí)，速度減緩、分散，泥沙49資料薈萃大部分滯留下來，水分一部分滲入土內(nèi)，一部分從草叢中慢慢流出，侵蝕能力大為減弱，久之，草叢根部隨泥沙淤積慢慢提高，逐漸形成梯田，進(jìn)一步減少水土流失。目前國(guó)內(nèi)外在果園、茶園、橡膠園中應(yīng)用香根草來取代工程措施已成為研究熱點(diǎn)【5】。

（2）道路、堤堰、水利工程的護(hù)坡。道路兩旁、水庫的堤壩、以及其它水利工程設(shè)施，都有非常陡峭的坡面，崩塌滑坡現(xiàn)象十分普遍。采用工程設(shè)施費(fèi)用昂貴，且需要經(jīng)常維護(hù)，難以取得理想的效果。香根草在這方面具有廣闊的應(yīng)用前景【6】。廣東省公路局與華南植物所合作，在105國(guó)道從化路段開展應(yīng)用香根草籬治理公路滑坡試驗(yàn)，結(jié)果令人滿意。

（3）河岸、渠埂、水田埂的保護(hù)。香根草具有耐水濕的特點(diǎn)，非常適合于作河岸、渠埂、水田埂的保護(hù)植物，可減少長(zhǎng)時(shí)間的流動(dòng)水對(duì)土壤的沖刷。

（4）污水池、廢棄垃圾場(chǎng)的治理。香根草對(duì)許多處重金屬元素具有很強(qiáng)的抵抗能力，在污染嚴(yán)重的地方都有生長(zhǎng)良好，可將其種植于污水池、廢棄垃圾場(chǎng)等地，既治理了環(huán)境，又可繁殖大量種苗。

（5）防風(fēng)固沙【7】。濱海地區(qū)風(fēng)沙的侵蝕是農(nóng)作物生長(zhǎng)的主要障礙因子，種植香根草作風(fēng)障可減緩風(fēng)速，制止或減輕風(fēng)蝕現(xiàn)象的發(fā)生，保證作物的正常生長(zhǎng)。

（6）天然防火線。鮮活的香根草植株不易燃燒，在田間，香根草籬是天然的防火線。

（7）提取香根草油。香根草根中含有3%的香根油，化學(xué)成分為巖蘭草醇，是一種天然的香料，可作為化妝品工業(yè)等的原料，每公斤價(jià)格40美元左右。但以水土保持為目的而種植的香根草不能挖根取油，否則就達(dá)不到保持水土的目的。

（8）培養(yǎng)食用菌。香根草是一種優(yōu)質(zhì)的菌草，它的莖葉是培制香菇、毛木耳、黑木耳、平菇、金針菇、猴頭菇等食用、藥用菌的優(yōu)質(zhì)原料。

（9）開發(fā)荒地的先鋒植物。香根草由于適應(yīng)性廣、抗逆性強(qiáng)，在開發(fā)荒地時(shí)是非常理想的先鋒植物。非洲的Sahel和印度北部的Bharatpur在火山和干旱等特殊地區(qū)種植香根草已有幾百年的歷史【7】。

（10）其它用途。香根草可編織工藝品，也可作為茅屋、棚舍頂?shù)牟牧希€可作為牲畜的墊欄材料和燃料，以及作為種植園的地面覆蓋材料【8】。

3.5蓑草（Eulaliopsisbinata（Retz.）C.E.Hubb.）

蓑草根系長(zhǎng)度及其在土壤剖面中的分布在120cm×90cm土體內(nèi)，蓑草根系總長(zhǎng)98714.8cm，平均根長(zhǎng)0.91cm/cm3，在土壤表層高達(dá)9.42cm/cm3。研究土體周長(zhǎng)420cm，根系總長(zhǎng)度相當(dāng)于纏繞整個(gè)土體235圈，正是根系的這種纏繞固結(jié)作用顯著提高了土壤抗侵蝕的能力。在土壤剖面的橫向分布上，蓑草根系隨著距蓑草中心距離的增加而減少，且集中分布在蓑草植株左右40~50cm左右的土體內(nèi)，其中近50%的根系分布在植株左右20cm以內(nèi)，近65%分布在左右30cm以內(nèi)，80%分布在左右40cm內(nèi)，近90%分布在50cm左右【9】在土壤剖面縱向分布上隨土層深度增減而遞減，且集中分布在40cm以上土體內(nèi)，其中60%分布在20cm以上土體內(nèi)，80%分布在40cm以上土體內(nèi)，90%分布在60cm以上土體內(nèi)(圖2)。因此，蓑草根系對(duì)表層尤其是40cm以內(nèi)相對(duì)肥沃土壤的滲透性、抗沖性和抗剪性的提高具有重要意義，對(duì)防止因土壤侵蝕引起的土壤質(zhì)量退化具有重要作用，且其提高土壤抗侵能力的有效性也勢(shì)必隨土層深度的增加而逐漸減弱。

蓑草根系平均直徑0.20mm~0.50mm，95%的根系平均直徑小于0.40mm。土體根系總體積85.13cm3，根系總表面積10139.68cm2，約為土體表面積的39%，在土壤表層根系表面積高達(dá)土體表面積的2~3倍。]在研究黃土高原草地植被恢復(fù)對(duì)土壤腐殖質(zhì)及水穩(wěn)性團(tuán)聚體的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，0.1mm~0.4mm毛根對(duì)于團(tuán)聚體的形成除了“纏繞、串聯(lián)”作用外，根系的網(wǎng)絡(luò)及根土界面的粘結(jié)作用可能也有重要意義；毛根的作用主要體現(xiàn)在大型團(tuán)聚體(>2mm)的形成上，根系表面積指標(biāo)與團(tuán)聚體的相關(guān)性比毛根長(zhǎng)度要好，他認(rèn)為，用毛根表面積分析評(píng)價(jià)其提高土壤水穩(wěn)性團(tuán)粒、強(qiáng)化抗沖性的作用比用有效根密度或根系生物量更能揭示其固結(jié)土壤的作用機(jī)制【9】。由于蓑草根系極為豐富且以0.25~0.35mm的細(xì)根為主，表面積大，粘接作用明顯，故其改善土壤抗侵蝕性能的有效性顯著，對(duì)提高50cm以內(nèi)土體的土壤抗侵蝕能力尤為突出。

2003到2004年的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，在12度坡度情況下，坡改梯后凈作蓑草(PECC)年徑流量?jī)H為49.90m3/hm2，年土壤流失量為155.78kg/hm2，而未坡改梯且農(nóng)作情況下(FNC)，年徑流量314.29m3/hm2為前者的6.30倍，年土壤流失量3322.50kg/hm2為前者的21.33倍。在24度坡度情況下，坡改梯后土埂及邊坡種植蓑草、坡面農(nóng)作(PERBC)年徑流量248.04m3/hm2，年土壤流失量612.00kg/hm2，坡改梯后凈作蓑草(PECC)徑流量42.44m3/hm2，土壤流失量153.75kg/hm2，而未坡改梯且農(nóng)作(FNC)情況下年徑流量高達(dá)785.73m3/hm2，分別為處理1的3.17倍，處理2的18.52倍，年土壤流失量高達(dá)37503kg/hm2，分別為處理1的61.33倍，處理2的244.12倍。由此可見，蓑草的水土保持效益十分突出，蓑草是長(zhǎng)江上游丘陵地區(qū)重要的水保草種資源，蓑草植物籬農(nóng)作技術(shù)體系是坡耕地保護(hù)利用的重要技術(shù)措施【10】。

根據(jù)2003到2004年徑流監(jiān)測(cè)結(jié)果，按降雨量大小排序，以降雨量為x，徑流量為y，在不考慮降雨強(qiáng)度的情況下做直線回歸趨勢(shì)分析，結(jié)果表明，徑流量與降雨量具有顯著的線性相關(guān)關(guān)系，可以認(rèn)為蓑草通過地表覆蓋、豐富的根系與土壤的相互作用過程對(duì)改善土壤抗侵蝕環(huán)境的效益十分顯著，蓑草不僅對(duì)小降雨量、小強(qiáng)度的降雨徑流具有顯著的防止作用，而且對(duì)降雨量和降雨強(qiáng)度大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的降雨徑流也具有顯著的防止作用。蓑草植物籬減少徑流的效益隨坡度增大而增加【10】.

4．開發(fā)潛力

按照1994年10月在巴黎簽署的聯(lián)合國(guó)防治荒漠化公約中的定義，“荒漠化系指包括氣候變異和人類活動(dòng)在內(nèi)的種種因素造成的干旱、半干旱和亞濕潤(rùn)干旱地區(qū)的土地退化”。

荒漠化被稱為“地球的癌癥”，是20世紀(jì)下半葉以來現(xiàn)代人類社會(huì)面臨的四大生態(tài)環(huán)境問題之一，其他三個(gè)是全球氣候變化、生物多樣性保育與環(huán)境污染

按照1994年10月在巴黎簽署的聯(lián)合國(guó)防治荒漠化公約中的定義，“荒漠化系指包括氣候變異和人類活動(dòng)在內(nèi)的種種因素造成的干旱、半干旱和亞濕潤(rùn)干旱地區(qū)的土地退化”。

我國(guó)政府已將水土保持生態(tài)建設(shè)確立為21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工程，水土保持生態(tài)建設(shè)的資金投入已經(jīng)大幅度穩(wěn)定增加，水土保持規(guī)模、速度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以往任何時(shí)期。為適應(yīng)這種需求，2005年，由水利部、中國(guó)科學(xué)院、中國(guó)工程院聯(lián)合組織的由20余位院士、幾百名專家參加“中國(guó)水土流失與生態(tài)安全綜合科學(xué)考察”；2007年5月，國(guó)家將“中國(guó)主要水蝕區(qū)土壤侵蝕過程與調(diào)控機(jī)制研究”列入國(guó)家重大基礎(chǔ)研究計(jì)劃。這表明我國(guó)水土保持科技事業(yè)遇到了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，將對(duì)水土保持科學(xué)發(fā)展產(chǎn)生歷史性巨大的促進(jìn)作用。

項(xiàng)目擬解決的三個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題：

（1）主要水蝕區(qū)土壤侵蝕的發(fā)生發(fā)展過程與驅(qū)動(dòng)機(jī)制。復(fù)雜的自然條件、巨大的人口壓力和悠久的農(nóng)業(yè)開墾歷史，使我國(guó)成為世界上土壤侵蝕類型最多、分布面積最廣、侵蝕程度最嚴(yán)重的國(guó)家。所以，研究中國(guó)土壤侵蝕的發(fā)生發(fā)展過程與驅(qū)動(dòng)機(jī)制就是解決世界土壤侵蝕科學(xué)的難題

（2）復(fù)雜環(huán)境下土壤侵蝕模型構(gòu)建的理論與方法。由于我國(guó)土壤侵蝕環(huán)境因子復(fù)雜，國(guó)際上流行的，如美國(guó)、歐洲的侵蝕模型在我國(guó)難以應(yīng)用，考慮到區(qū)域差異和尺度的影響，急需研究建立適合我國(guó)自然環(huán)境的土壤侵蝕模型理論與方法.

（3）水土流失與水土保持環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)理論與調(diào)控機(jī)理。嚴(yán)重的水土流失引起了嚴(yán)重的生態(tài)問題和社會(huì)問題，長(zhǎng)期的水土保持活動(dòng)也產(chǎn)生了明顯的效益，建立科學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系為指導(dǎo)全國(guó)水土保持提供科學(xué)依據(jù)，已經(jīng)成為水土保持科學(xué)研究的重要任務(wù)。陵區(qū)、西北黃土高原區(qū)、西南紫色土山丘區(qū)等4個(gè)水力侵蝕區(qū)。前兩個(gè)區(qū)是我國(guó)主要商品糧生產(chǎn)區(qū)；后兩個(gè)區(qū)分別是我國(guó)黃河、長(zhǎng)江兩大河流中上游泥沙主要來源區(qū)。研究隊(duì)伍集中了全國(guó)水土保持研究的主要力量，包括中科院7個(gè)研究所、8所大專院校及黃河、長(zhǎng)江兩大流域研究機(jī)構(gòu)本學(xué)科領(lǐng)域主要骨干。李銳研究員介紹說，項(xiàng)目總體框架可用“1357”概括，即一個(gè)總課題，擬解決3個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題，包括了5個(gè)方面的研究?jī)?nèi)容。

5.特色種類

5.1沙拐棗（Calligonummongolicum）

別名：頭發(fā)草

科：蓼科

產(chǎn)地分布：分布于中國(guó)甘肅、新疆、內(nèi)蒙古等省區(qū)

形態(tài)特征：老枝灰白色，開展。1年生枝草質(zhì)，綠色，有關(guān)節(jié)。葉條形，托葉鞘膜質(zhì)，瘦果寬橢圓形。花期5~6月。

生長(zhǎng)習(xí)性：極耐高溫、干旱和嚴(yán)寒。萌芽性強(qiáng)，被流沙埋壓后，仍能由莖部發(fā)生不定根、不定芽。多生于沙地、戈壁灘、干河床以及山前沙礫地。

景觀用途：沙拐棗為防風(fēng)固沙植物。花、果及老枝均有一定觀賞價(jià)值，適宜點(diǎn)綴公園。也可盆栽。全株可入藥。

培育繁殖：用種子或壓條繁殖。

5.2山蕎麥（Polygvnumaubertii）

別名：木藤蓼、康藏何首烏

科：蓼科

產(chǎn)地分布：產(chǎn)于陜西、甘肅。內(nèi)蒙、山西等省區(qū)也有分布。

形態(tài)特征：莖纏繞或近直立，初為草質(zhì)，1-2年后變?yōu)槟举|(zhì)或近木質(zhì)，長(zhǎng)達(dá)數(shù)米。葉互生或簇生，長(zhǎng)圓狀卵形，先端急尖，基部淺心形，兩面光滑無毛。花序圓錐狀，頂生。苞膜質(zhì)，內(nèi)含3-6朵花。花小，白色，花被5深裂。果實(shí)卵狀三棱形，黑褐色。

景觀用途：山蕎麥開花時(shí)一片雪白，有微香。是良好的攀援和蜜源植物。

培育繁殖：可播種或扦插繁殖，發(fā)芽率很高。

5.1

5.2

5.3苧麻（Boehmerianivea）

科名：蕁麻科

別名：家苧麻、白麻、圓麻

產(chǎn)地分布：湖南、湖北、四川、安徽、江西、廣西、浙江、貴州、河南、陜西、江蘇、云南、福建、廣東和臺(tái)灣等省(自治區(qū))均有。以湖南、湖北和四川省為最多。

形態(tài)特征：半灌木，高1～2m；莖、花序和葉柄密生,短或長(zhǎng)柔毛。

5.4沙棘（HippophaerhamnoidesLinn.）

科：胡頹子科

形態(tài)特征：落葉灌木或喬木，高5～10m，具粗壯棘刺。枝幼時(shí)密被褐銹色鱗片。互生，線性或線狀披針形，兩端鈍尖，下面密被淡白色鱗片；葉柄極短。花先葉開放，雌雄異株；短總狀花序腋生于頭年枝上；花小，淡黃色，雄花花被2裂，雄蕊4；雌花花被筒囊狀，頂端2裂。果為肉質(zhì)花被筒包圍，近球形，橙黃色。花期3～4月，果期9～10月。生于河邊、高山、草原。

生長(zhǎng)習(xí)性：沙棘能適應(yīng)不良的環(huán)境條件，沙棘適應(yīng)性強(qiáng)，耐旱耐寒，不擇土壤，無論干瘠、水濕及鹽堿的地方都能生長(zhǎng)。

產(chǎn)地分布：廣泛分布于我國(guó)西北、華北以及西南地區(qū)。

用途：沙棘在荒山、荒坡、荒灘治理中成為了生態(tài)建設(shè)的造林先鋒樹種，在調(diào)節(jié)微氣候、改良土壤、涵養(yǎng)水源、防風(fēng)固沙、創(chuàng)造野生動(dòng)物的生存條件等方面發(fā)揮著巨大的作用，有著無可比擬的重大生態(tài)價(jià)值。沙棘的防風(fēng)固沙作用很強(qiáng)，當(dāng)沙棘根系網(wǎng)絡(luò)形成以后，當(dāng)?shù)氐纳沉；究梢怨讨Ｒ环矫媸堑厣现θ~部分的阻隔，另一方面是地表枯落層和密集的草本植物的覆蓋。這樣在風(fēng)沙源地帶種植沙棘，在控制沙塵暴源頭的沙塵上，有著重大的作用。

5.3

5.4

5.5紫穗槐（AmorphafruticosaL）

別名：綿槐、紫花槐，

科：豆科

形態(tài)特征：多年生落葉叢生小灌木，高l一4米。羽狀復(fù)葉；小葉11-25，卵形、橢圓形或披針狀橢圓形，長(zhǎng)1.5-4厘米，寬0．6-1.5厘米，頂端圓或微凹，有短尖，基部圓形，兩面有白色短柔毛。穗狀花序集生于枝條上部。花冠紫色，旗瓣心形，沒有翼瓣和龍骨瓣；雄蕊10，每5個(gè)一組，苞于旗瓣之中，伸出花冠外。莢果下垂，彎曲，長(zhǎng)7-9毫米，寬約3毫米，棕褐色，有瘤狀腺點(diǎn)。花果期5-10月

產(chǎn)地分布：在我國(guó)大部分地區(qū)均適宜栽植栽培，廣布于我國(guó)東北、華北、河南、華東、湖北、四川等地。

生長(zhǎng)習(xí)性：紫穗槐對(duì)土地要求不嚴(yán)，耐鹽堿、耐瘠薄、耐干旱、耐澇、耐寒、抗沙壓、抗逆性強(qiáng)、根系發(fā)達(dá)，并具有很強(qiáng)的抗病、蟲、抗煙和抗污染能力。|

經(jīng)濟(jì)用途：紫穗槐較強(qiáng)的生命力可以有效抑制雜草的生長(zhǎng)，用于公路邊坡綠化，不僅可以降低雨水對(duì)邊坡的沖刷強(qiáng)度，保護(hù)路肩、邊坡，而且在一定程度上降低了養(yǎng)路成本。若在陡坡和高填方路段進(jìn)行栽植，對(duì)減少水土流失，保護(hù)公路邊坡，美化環(huán)境，減少污染等方面，更是有著明顯的效果。

5.6文冠果（XanthocerassorbifoliaBunge）

科：無患子科

形態(tài)特征：落葉小喬木或灌木，高可達(dá)8m。樹皮灰褐色，粗糙條裂；小枝幼時(shí)紫褐色，有毛，后脫落。奇數(shù)羽狀復(fù)葉互生。花雜性，整齊，白色，基部有由黃變紅之斑暈；蒴果橢圓形，徑4-6cm，具有木質(zhì)厚壁。花期4-5月；果熟期8-9月。

產(chǎn)地分布：文冠果是我國(guó)特有的樹種，原產(chǎn)我國(guó)北部干旱寒冷地區(qū)，的一些舊喇嘛廟內(nèi)，至今仍有樹齡較大的老文冠果樹。

生長(zhǎng)習(xí)性：喜光，也耐半蔭；耐嚴(yán)寒和干旱，不耐澇；對(duì)土壤要求不嚴(yán)，在沙荒、石礫地、粘土及輕鹽堿土上均能生長(zhǎng)，但以肥沃、深厚、疏松、濕潤(rùn)而同期良好的土壤生長(zhǎng)好。深根性。主根發(fā)達(dá)，萌蘗力強(qiáng)。

篇4

1“濕地農(nóng)業(yè)”的提出

“濕地農(nóng)業(yè)”的概念是在“濕地”概念的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。多水（包括地下水、地表水）是濕地的基本特征。國(guó)際上提出濕地的概念，主要是鑒于該類自然資源對(duì)調(diào)節(jié)自然環(huán)境和保護(hù)生物物種的絕對(duì)重要性，即所謂“大地之腎”的特點(diǎn)提出來的，其核心是要加強(qiáng)對(duì)濕地的保護(hù)[6～7]。但對(duì)我國(guó)江漢平原乃至長(zhǎng)江流域來講，近600年來，已有大片的濕地被開墾成了以水稻田為主的人工濕地，該濕地的主要功能已轉(zhuǎn)變成農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)的基礎(chǔ)條件、生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品的功能上來。在該地區(qū)農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)中，除要保護(hù)好依然存在的部分自然濕地、發(fā)揮濕地的生物和生態(tài)功能外，農(nóng)業(yè)的經(jīng)營(yíng)本身還或多或少受到本區(qū)濕地特征的影響，如何根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)、處理好濕地開發(fā)、利用與保護(hù)之間的關(guān)系，是濕地農(nóng)業(yè)所要解決的關(guān)鍵問題。很早以前，我國(guó)勞動(dòng)人民針對(duì)南方多雨的特點(diǎn)，在有效排水和農(nóng)業(yè)利用上就創(chuàng)造了一套成功的方法，在珠江三角洲形成了著名的“桑基魚塘”系統(tǒng)，在長(zhǎng)江下游地區(qū)則有所謂“圩田”利用方式。而在長(zhǎng)江中游的兩湖平原，則是以湖垸形式的土地利用方式占優(yōu)勢(shì)。而且這部分地區(qū)在我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)上的地位十分突出。相對(duì)于我國(guó)北方干旱地區(qū)的干旱農(nóng)業(yè)而言，我國(guó)南方濕地季風(fēng)氣候條件下湖泊濕地地區(qū)的濕地農(nóng)業(yè)，還面臨著一系列特有的問題與挑戰(zhàn)。開展?jié)竦剞r(nóng)業(yè)研究意義十分重大[8～13]。

2江漢平原濕地農(nóng)業(yè)的特點(diǎn)

在低濕地上之所以短期內(nèi)發(fā)展了出色的農(nóng)業(yè)，固然與人口壓力密切相關(guān)，但也與其具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)息息相關(guān)。江漢平原地勢(shì)平坦，土地肥沃；光熱水資源豐富，雨熱同季，宜于農(nóng)作；交通發(fā)達(dá)，綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力雄厚，湖北省綜合經(jīng)濟(jì)實(shí)力百強(qiáng)縣大都位于江漢平原地區(qū)之內(nèi)。但是在20世紀(jì)50～80年代期間，江漢湖泊數(shù)量和面積急劇減少，耕地面積驟增，生態(tài)環(huán)境日益脆弱化。農(nóng)業(yè)災(zāi)害，包括洪、澇、漬、干旱、病蟲、冷熱等日益嚴(yán)重，農(nóng)業(yè)耕作和生活的設(shè)施水平與條件十分惡劣，農(nóng)業(yè)的結(jié)構(gòu)單一，勞動(dòng)生產(chǎn)力與土地生產(chǎn)力徘徊不前，農(nóng)業(yè)資源浪費(fèi)嚴(yán)重，比較效益低下。形成了江漢平原濕地農(nóng)業(yè)的基本背景[10，12]。江漢平原的濕地農(nóng)業(yè)還具有一些具體特點(diǎn)。

2.1垸田特征

江漢平原濕地墾殖所產(chǎn)生的直接結(jié)果是大量垸田的產(chǎn)生。所謂垸田，就是人為地由湖邊向湖心通過建立堤壩、排干湖水，建立相應(yīng)的水利設(shè)施，即所謂“圍湖造田”形成的農(nóng)田。最后在地貌上就自然形成了一個(gè)個(gè)由人工開挖形成的水系相對(duì)獨(dú)立的垸落。從大的方面來看，垸田由于開墾歷史不同，所屬各異，因而垸落與垸落之間形成各種人為的隔離和阻礙，道路和水系混亂，不利于農(nóng)田作業(yè)以及灌溉、排水與行洪。每逢5～10年一遇的大雨，往往形成大面積內(nèi)漬[1，14]。

垸田的另一特征是土壤長(zhǎng)期接納河流沖積物和湖漬物，因而表現(xiàn)為土體深厚、有機(jī)物豐富、土壤潛在肥力高但有效肥力低。由于其土地平整與水利設(shè)施大都不充分，因而排水不良。春季土壤升溫慢，形成所謂“冷漬田”。此外，還有一部分低湖田表現(xiàn)為土壤粘粒成分含量高、土壤結(jié)構(gòu)不良。從土壤營(yíng)養(yǎng)上來看，該地區(qū)土壤嚴(yán)重缺磷和缺鋅[4，15]。

2.2地貌和生態(tài)上的分異特征

江漢平原的農(nóng)田多由湖泊開墾形成，在地貌和生態(tài)上呈現(xiàn)出有規(guī)律的變化。王克林等在對(duì)洞庭湖濕地進(jìn)行探討時(shí)指出了洞庭湖區(qū)具有碟形盆地圈帶狀立體景觀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)。并將該濕地歸納成3個(gè)圈次，即1）內(nèi)環(huán)敞水帶；2）中環(huán)季節(jié)性淹沒帶；3）外環(huán)漬水性淹沒帶[2，8]。蔡述明等在江漢平原四湖地區(qū)監(jiān)利新興垸進(jìn)行的研究闡明了四湖地區(qū)“湖垸同體”，從湖邊到湖心可分為9種農(nóng)業(yè)利用地貌類型的規(guī)律[4]。我們通過對(duì)典型碟形洼地——高場(chǎng)示范區(qū)的剖析，觀察到一個(gè)沒有徹底完成墾殖過程的低湖地在多個(gè)土壤特征上（地下水位、土壤剖面結(jié)構(gòu)、土壤機(jī)械構(gòu)成、土壤營(yíng)養(yǎng)、土壤溫度和綜合土地質(zhì)量）存在明顯的梯級(jí)遞變，因而其適宜的農(nóng)業(yè)利用價(jià)值也是不同的。

2.3災(zāi)害加劇與生態(tài)脆弱化特征

由于本地區(qū)獨(dú)特的地理氣候特點(diǎn)，近幾十年來自然災(zāi)害的頻率和程度日益加劇。主要災(zāi)害有洪災(zāi)、澇漬、干旱和病蟲災(zāi)害等[16～18]。葉柏年等在分析湖北省旱澇發(fā)生情況時(shí)，論述了進(jìn)入上世紀(jì)80年代以來，災(zāi)害日益加重，如1980、1982、1983、1991、1993、1995、1996、1998年均為特大洪澇年，每年因洪澇使農(nóng)田成災(zāi)面積均超過66.7萬hm的標(biāo)準(zhǔn)，平均兩年就遇一次，其中1991年農(nóng)作物受災(zāi)174.97萬hm，農(nóng)業(yè)損失55億元。80年代與50年代相比，旱災(zāi)面積增加1.28倍，澇漬面積增加1.67倍。

王學(xué)雷等對(duì)江漢平原的生態(tài)脆弱性進(jìn)行過專題論述[19]。除上述以洪澇為主體形成的各種自然災(zāi)害外，江漢平原還面臨嚴(yán)重的生態(tài)脆弱化問題。包括，1）耕地面積日減，人口驟增，土地的承載壓力越來越大；2）土壤有機(jī)質(zhì)含量逐年下降，物理結(jié)構(gòu)劣化，生產(chǎn)性能下降；3）生物多樣性下降，時(shí)有暴發(fā)性或毀滅性病蟲害發(fā)生；4）水體面積減小，湖水水質(zhì)下降，漁農(nóng)矛盾日漸突出；5）農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)單一，農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)比較效益低，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)再生產(chǎn)難以完成；6）農(nóng)業(yè)設(shè)施老化，基本建設(shè)嚴(yán)重落后，農(nóng)民生活得不到應(yīng)有保障，等等，應(yīng)該說濕地地區(qū)的農(nóng)業(yè)面臨著一系列嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

3濕地農(nóng)業(yè)技術(shù)體系探討

局部性、季節(jié)性水環(huán)境惡化是南方低濕地的一個(gè)帶普遍性的問題。位于該地區(qū)的以湖泊為主體的自然濕地既是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的重要環(huán)境，又在該地區(qū)整體的水資源調(diào)度和控制中發(fā)揮著越來越重要的作用。必須從整體上來認(rèn)識(shí)南方低濕地區(qū)存在的各種問題，大力開展?jié)竦剞r(nóng)業(yè)技術(shù)研究（圖1）。

附圖

圖1“濕地農(nóng)業(yè)”構(gòu)成圖

3.1濕地農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)的探討

“九五”期間，我們對(duì)農(nóng)業(yè)濕地中的主體——澇漬地合理開發(fā)利用技術(shù)進(jìn)行了較深入的研究，關(guān)鍵技術(shù)包括：

（1）澇漬地農(nóng)業(yè)小區(qū)綜合整治開發(fā)規(guī)劃與實(shí)施研究建立了兩個(gè)分別代表典型“湖積地”和“沖積地”的澇漬地改良綜合開發(fā)示范區(qū)，在示范區(qū)的綜合整治與開發(fā)規(guī)劃中提出了以“單元水系”為基本單位整治澇漬地的觀點(diǎn)，將農(nóng)田基本建設(shè)作為整治澇漬地的先決手段。規(guī)劃中還引入了日本區(qū)域排水規(guī)劃的數(shù)理模型與土地分析的“數(shù)量化理論Ⅰ”，實(shí)踐證明上述兩種方法對(duì)江漢平原濕地地區(qū)微地域特點(diǎn)的分析具有較好的適用性。研究還將高場(chǎng)示范區(qū)的開發(fā)模式總結(jié)為“農(nóng)田整備+梯級(jí)開發(fā)”，岑河示范區(qū)的開發(fā)模式為“農(nóng)田整備+優(yōu)化模式”[22～24]。

（2）澇漬地排水改良技術(shù)

濕地農(nóng)業(yè)中農(nóng)田的排水是一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)[25～27]。研究開發(fā)和引進(jìn)了適合于濕地農(nóng)業(yè)小區(qū)排水的數(shù)學(xué)模型以及農(nóng)道、溝渠、土地平整的工程技術(shù)參數(shù)。深入探討了農(nóng)田澇漬相隨的作用過程和主要作物棉花、大豆、油菜在關(guān)鍵生育期的排漬標(biāo)準(zhǔn)和澇漬排水綜合控制指標(biāo)[28]。

（3）澇漬地土壤肥力特征及改良技術(shù)

選擇典型地域?qū)?0年來大范圍的江漢平原濕地農(nóng)田土壤肥力動(dòng)態(tài)演替進(jìn)行了分析和評(píng)價(jià)，采用土壤系統(tǒng)分類法，對(duì)澇漬地的土壤類型進(jìn)行了重新劃分，找出了不同類型澇漬土壤的特征與利用方法。探討了澇漬地土壤的分布與肥力演變規(guī)律。

（4）適生生物種質(zhì)資源的發(fā)現(xiàn)、引進(jìn)與鑒定

對(duì)多種水生經(jīng)濟(jì)植物蓮藕、芡實(shí)等的適宜特性進(jìn)行了鑒定。發(fā)掘并開發(fā)了新魚種——月鱧，繼續(xù)擴(kuò)大了對(duì)適宜于濕地的早熟西、甜瓜品種的篩選，選出適合于大面積推廣的新品種“黃寶石”、甜瓜“豐甜1號(hào)”。引進(jìn)篩選出“兩優(yōu)培九”和“豐兩優(yōu)1號(hào)”等品種作為濕地高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水稻換代“組合”。

（5）主要作物抗?jié)碀n的機(jī)理及抗?jié)n高產(chǎn)栽培

重點(diǎn)對(duì)水稻、油菜等作物不同抗（耐）性品種間差別產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行了探討，并總結(jié)出一套本地區(qū)水稻的抗?jié)n栽培技術(shù)體系。研究認(rèn)為栽培上應(yīng)重點(diǎn)抓好品種篩選和育苗技術(shù)兩個(gè)環(huán)節(jié)[29]。

（6）澇漬地作物病蟲草害的發(fā)生規(guī)律及綜合防治技術(shù)

重點(diǎn)對(duì)澇漬地上易發(fā)生的稻飛虱、稻螟和紋枯病、白葉枯病的發(fā)生特點(diǎn)進(jìn)行跟蹤調(diào)查，以有效排水和節(jié)水灌溉為出發(fā)點(diǎn)，探討了病蟲草害綜合防除策略。（7）澇漬地生態(tài)環(huán)境異化評(píng)價(jià)及生態(tài)恢復(fù)技術(shù)

濕地環(huán)境異化程度在日益加重，環(huán)境異化的根源在于人類對(duì)濕地資源的過度和不合理的利用。環(huán)境治理策略既要注重緩解環(huán)境壓力，也要注意照顧當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展，要做到二者的良性互動(dòng)。

（8）澇漬地高效農(nóng)業(yè)模式研究

濕地良好的土壤潛在肥力和充裕的光、溫、水等自然資源為本地區(qū)農(nóng)業(yè)的主體產(chǎn)品開發(fā)和農(nóng)田多熟制提供了十分難得的自然條件[5，30～32]。以“麥—瓜—稻”模式為基礎(chǔ)，面對(duì)新的農(nóng)村形勢(shì)，新創(chuàng)了4種高效農(nóng)業(yè)模式。這4種模式是系統(tǒng)針對(duì)本地區(qū)爽水型高產(chǎn)水田、旱田、農(nóng)牧肥結(jié)合以及保護(hù)地栽培方式分別形成的，在生產(chǎn)中已得到迅速推廣。

3.2濕地農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)典型模式探討

濕地農(nóng)業(yè)模式總體上可分成農(nóng)田高效農(nóng)業(yè)模式，農(nóng)林間（混）作模式，水體養(yǎng)殖模式，種養(yǎng)加一體化模式和碟形地域梯級(jí)開發(fā)模式等5類。每一類有若干種形式的模式。主要模式可以歸結(jié)為如下幾種：

（1）適宜于中小水面的分層混養(yǎng)模式；

（2）適宜于連片池塘的魚、豬—禽復(fù)合混養(yǎng)模式；

（3）適宜于大中型水面的網(wǎng)箱養(yǎng)魚與流水圍欄精養(yǎng)模式；

（4）野生水生植物人工種植園模式；

（5）適宜于河灘湖灘季節(jié)性淹水帶的耐漬經(jīng)濟(jì)植物模式；

（6）低湖田魚—稻—藕共生模式；

（7）湖區(qū)生態(tài)公園觀光農(nóng)業(yè)模式；

（8）適宜于大面積低湖田的一季中稻模式；

（9）適宜于典型碟形洼地的梯級(jí)開發(fā)模式；

（10）適宜于高產(chǎn)爽水區(qū)的多種農(nóng)田高效種植模式，包括：麥—瓜—豆—稻模式；油—瓜—稻模式；菜—甜瓜—雜交棉模式；大麥=玉米+綠豆—晚稻—畜禽模式。

優(yōu)化模式的實(shí)施產(chǎn)生了良好的生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。其中經(jīng)濟(jì)效益尤為顯著[3，5，33～36]。

3.3濕地農(nóng)業(yè)的若干技術(shù)難題

縱觀江漢平原過去幾十年來的研究，濕地農(nóng)業(yè)的技術(shù)研究多集中在點(diǎn)、區(qū)或者局部技術(shù)環(huán)節(jié)上，成績(jī)很大但有所偏頗。今后應(yīng)加強(qiáng)如下重大關(guān)鍵問題的研究。

（1）關(guān)于濕地農(nóng)作區(qū)國(guó)土綜合整治，即生產(chǎn)、泄洪和湖區(qū)水面面積的合理比例及其規(guī)劃建設(shè)問題。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，湖泊面積還在繼續(xù)減少，減少的部分主要用來作漁業(yè)養(yǎng)殖用。與低湖農(nóng)田的利用方式相比，漁業(yè)養(yǎng)殖兼顧了蓄水、生產(chǎn)和調(diào)節(jié)生態(tài)環(huán)境等多方面功能，生態(tài)與經(jīng)濟(jì)效益顯著，因而顯示出較大的優(yōu)越性。但江漢平原全域內(nèi)土地面積如何在生產(chǎn)、泄洪和湖區(qū)水面之間分配出一個(gè)合理的比例，并通過具體地規(guī)劃、布局（該布局還應(yīng)該與相關(guān)的水利、農(nóng)業(yè)設(shè)施相匹配），是今后濕地農(nóng)業(yè)中必須要解決的一個(gè)首要問題。應(yīng)該學(xué)習(xí)日本“土地改良區(qū)”的做法，大范圍統(tǒng)一規(guī)劃，整體分區(qū)建設(shè)；通過立法，集中來自于國(guó)家、地方和農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)者的有效投資；規(guī)劃與建設(shè)必須遵循統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范，做到資源的可持續(xù)利用與開發(fā)、保護(hù)的有機(jī)結(jié)合。

（2）關(guān)于拳頭產(chǎn)業(yè)的選擇與培育。要在減輕澇漬為害的同時(shí)，充分發(fā)揮濕地地區(qū)多水與土地肥沃的優(yōu)勢(shì)，培育特色產(chǎn)業(yè)，建立相應(yīng)的優(yōu)質(zhì)、名牌商品基地。而這一方面恰好是江漢平原濕地農(nóng)業(yè)過去的薄弱環(huán)節(jié)。具體來講，需水較多的水稻、油菜，水生動(dòng)物（魚、鴨、鵝等）養(yǎng)殖，水生經(jīng)濟(jì)植物產(chǎn)品是本地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的潛在優(yōu)勢(shì)，但一直以來未形成相應(yīng)的產(chǎn)業(yè)和產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)，今后應(yīng)重點(diǎn)研究其從基地化生產(chǎn)到加工、包裝和銷售一體化的技術(shù)，形成濕地農(nóng)業(yè)的特色。

（3）關(guān)于恢復(fù)優(yōu)美環(huán)境與確保食物安全。江漢平原的地理特點(diǎn)決定了該地區(qū)各種用水可能在不同區(qū)域之間產(chǎn)生多次循環(huán)使用，而且人畜飲水、農(nóng)業(yè)灌溉用水與生活排水之間極易相互混雜。以水作媒介，農(nóng)藥、化肥及有機(jī)污染物容易得到迅速傳播與分布，從而導(dǎo)致對(duì)環(huán)境的大面積污染，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的污染。在江漢平原這個(gè)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)集約區(qū)和國(guó)家農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)基地，如何保證農(nóng)村廣大土地以及農(nóng)產(chǎn)品免遭污染，改善農(nóng)業(yè)從業(yè)者的生產(chǎn)與生活環(huán)境，將是今后濕地農(nóng)業(yè)技術(shù)體系中的一個(gè)難點(diǎn)。

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篇5

關(guān)鍵詞：膨脹土；研究進(jìn)展；綜述

Abstract：With the increase of project construction of expansive soils, the engineering hazard of expansive soils is more prominent, which resulted the hazards of the expansive soil in the project geotechnical have become a technology problem of global, calls for an immediate solution. This paper reviews the study of expansive soils, focuses on the properties of physical and mechanical of expansive soils, composition and structure, expansion mechanism, identification and classification, permeability, improved methods and the development trend. The overview basically reflects the current status of expansive soils, can provide a relevant reference for future theoretical analysis and experimental research of the expansive soils.

Key words：Expansive soil；Research advance；Review

中圖分類號(hào)：TU475文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

引言

膨脹土是指吸水后顯著膨脹、失水后顯著收縮的高塑性粘性土。隨著工程中膨脹土問題的逐漸增多，膨脹土對(duì)工程的危害已成為當(dāng)今巖土工程界急需解決的全球性技術(shù)難題之一。20世紀(jì)30年代，國(guó)外首先開始注意到膨脹土的破壞現(xiàn)象。50年代末，美國(guó)首次全國(guó)性的膨脹性粘土學(xué)術(shù)會(huì)議在科羅拉多州召開。60年代到70年代后期，英國(guó)、美國(guó)、羅馬尼亞、前蘇聯(lián)及日本都相繼在正式的土工規(guī)范及鐵路規(guī)范等文件中增列了有關(guān)膨脹土的條文內(nèi)容。我國(guó)于20世紀(jì)50年代初，在修建成渝鐵路工程中，首次遇到成都粘土膨脹危害問題，從而拉開了我國(guó)膨脹土研究的序幕。到了60年代，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開始從膨脹土的結(jié)構(gòu)、礦物成分、分類及膨脹基本特性等方面開展了詳細(xì)研究工作。70年代中期，膨脹土的普查工作已在國(guó)內(nèi)大規(guī)模的進(jìn)行。80年代后期，國(guó)內(nèi)膨脹土的研究重點(diǎn)主要集中在鐵路路基處理上，并于1987年制定了《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)定》[1]。迄今為止，國(guó)內(nèi)外已召開過多次國(guó)際膨脹土研究與工程會(huì)議及國(guó)際非飽和土研究與工程會(huì)議，國(guó)外許多國(guó)家也都相繼制定了膨脹土地區(qū)建設(shè)的規(guī)范文件[2]。有關(guān)膨脹土的結(jié)構(gòu)特征、力學(xué)特性、變形特點(diǎn)等問題都取得了一定的突破。膨脹土的研究逐漸從一個(gè)國(guó)家或地區(qū)的研究逐漸發(fā)展成為世界性共同研究的課題。本文主要在前人研究基礎(chǔ)上對(duì)膨脹土的研究現(xiàn)狀作簡(jiǎn)要概述。

膨脹土的分布及成因類型

1.1膨脹土的分布

膨脹土在我國(guó)及世界范圍內(nèi)的堆積歷史都較為悠久。跨越了第四紀(jì)、新第三紀(jì)及其以前若干時(shí)期。目前，已發(fā)現(xiàn)多達(dá)40余個(gè)國(guó)家存在膨脹土堆積，其中我國(guó)是世界上膨脹土分布最廣，面積最大的國(guó)家之一。自50年代以來，我國(guó)先后發(fā)現(xiàn)膨脹土危害的地區(qū)已達(dá)20余個(gè)省、市、自治區(qū)。分布范圍主要集中于珠江、長(zhǎng)江中下游、黃河中下游及淮河、海河流域的廣大平原、盆地、河流階地以及平緩丘陵地帶。

1.2膨脹土的成因類型

據(jù)國(guó)內(nèi)外大量膨脹土研究成果，膨脹土的類型主要有以下幾種類型：

（1）殘積(風(fēng)化)型膨脹土

殘積(風(fēng)化)型膨脹土不僅是工程問題和地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的一種膨脹土，同時(shí)也是熱帶、亞熱帶氣候區(qū)特別是干旱草原、荒漠區(qū)最主要的膨脹土類型。殘積型膨脹土具有高空隙性、高含水量和強(qiáng)烈脹縮的特點(diǎn)，這種不良特性來自化學(xué)風(fēng)化作用，可使母巖結(jié)構(gòu)破壞，礦物化學(xué)分解，堿及堿土金屬和碳酸鹽淋失，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)物不均勻開裂變形、結(jié)構(gòu)破壞等。根據(jù)母巖成分不同形成的膨脹土有:a）玄武巖、輝長(zhǎng)巖形成的含蒙脫石的殘積膨脹土；b）泥灰?guī)r、鈣質(zhì)泥巖殘積膨脹土；c）泥質(zhì)巖殘積型膨脹土。

（2）沉積型膨脹土

工程實(shí)踐和理論研究表明，并非所有的粘土都具有顯著的膨脹性，而僅僅是有效蒙脫石含量大于8%～10%的高塑性粘土才具有顯著的膨脹性。由于蒙脫石是微堿性富含Mg的地球化學(xué)環(huán)境下的產(chǎn)物，因此富含蒙脫石及其混層礦物的沉積型粘土主要形成和分布在半濕潤(rùn)、半干旱的暖溫帶和南北亞熱帶半干旱草原氣候環(huán)境的沉積盆地中，其形成方式可以是湖積、洪積、坡積或冰水沉積。

（3）熱液蝕變型膨脹土

地下熱水和溫泉分布區(qū)由于熱水和溫泉與巖石的相互作用，導(dǎo)致巖石中長(zhǎng)石等礦物分解轉(zhuǎn)化為蒙脫石而形成膨脹土，但并非各種巖石都可以產(chǎn)生蒙脫石化作用，通常僅是中基性火成巖，如玄武巖、輝綠巖、安山粉巖等。因此，熱液蝕變型膨脹土這種類型并不普遍，我國(guó)僅在內(nèi)蒙古阿巴嘎旗第四紀(jì)玄武巖和溫泉發(fā)育區(qū)有灰綠色熱液蝕變型膨脹性粘土的分布。國(guó)外在近代火山活動(dòng)頻繁、溫泉熱水發(fā)育的地區(qū)較多。

膨脹土的結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)是影響膨脹土工程性質(zhì)的另一個(gè)重要因素。膨脹土的結(jié)構(gòu)包括宏觀結(jié)構(gòu)和微觀結(jié)構(gòu)，其中宏觀結(jié)構(gòu)的主要特征是膨脹土的多裂隙性。多裂隙所構(gòu)成的裂隙面及軟弱面是宏觀結(jié)構(gòu)對(duì)膨脹土工程性質(zhì)影響的最直接原因[3]。由于裂隙的存在破壞了土體的完整性，從而使強(qiáng)度評(píng)價(jià)產(chǎn)生困難。同時(shí)由于裂隙具有不均一性和變動(dòng)性，使膨脹土表現(xiàn)出不同的強(qiáng)度特性[4]。耿建彬[5]將裂隙的形成和發(fā)育分為原生裂隙和次生裂隙，并研究了影響次生裂隙形成發(fā)育的因素。易順民[6]結(jié)合分形幾何和裂隙結(jié)構(gòu)，探討了膨脹土裂隙研究的定量化模式。膨脹土的微結(jié)構(gòu)是膨脹土在一定的地質(zhì)環(huán)境和條件下，由土粒孔隙和膠體結(jié)構(gòu)等組成的整體結(jié)構(gòu)。對(duì)膨脹土微觀結(jié)構(gòu)的研究，有助于了解膨脹土的力學(xué)特性。隨著X-射線衍射(XRD)、掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)等測(cè)試技術(shù)的發(fā)展以及數(shù)字化圖像處理技術(shù)的應(yīng)用，使人們對(duì)土的微觀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)更深一步,發(fā)展到定量研究階段。Delage[7]認(rèn)為對(duì)非飽和土力學(xué)性質(zhì)的理解需要用可靠的概念模型來實(shí)現(xiàn)。第一種概念模型涉及到非飽和土的微結(jié)構(gòu)，第二種模型即非飽和土的彈塑性模型。Delage等在對(duì)壓縮淤泥的微結(jié)構(gòu)研究中注意到各種狀態(tài)下壓縮土的結(jié)構(gòu)特征，以及含水量變化對(duì)土結(jié)構(gòu)的影響。Alonso[8]等在研究膨脹土的結(jié)構(gòu)特性后提出雙結(jié)構(gòu)模型，指出微結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)飽和的內(nèi)部凝聚孔隙，它主要受黏土與水的物理化學(xué)相互作用，并認(rèn)為微結(jié)構(gòu)具有可逆性。劉松玉[9]用分形理論研究了膨脹土的微觀結(jié)構(gòu)，并建立了相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型。對(duì)膨脹土的微結(jié)構(gòu)的研究有助于我們對(duì)土的力學(xué)性質(zhì)、脹縮機(jī)理的深入理解和認(rèn)識(shí)，但還需要深入研究土體微結(jié)構(gòu)變化對(duì)工程性質(zhì)的影響。

膨脹土的判別分類

在膨脹土地區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，必須正確識(shí)別膨脹土與非膨脹土，并對(duì)膨脹土進(jìn)行分類，即將工程性質(zhì)基本相似的膨脹土劃分為同一類別，以便為工程的設(shè)計(jì)與施工提供合理的參數(shù)和科學(xué)依據(jù)。

膨脹土在世界各地都有分布，成因類型多種，關(guān)于膨脹土的判別，國(guó)內(nèi)外尚不統(tǒng)一，就我國(guó)也有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，如：公路工程地質(zhì)勘察規(guī)范(JTJ064-98)、公路路基設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG D30-2004)、公路土工試驗(yàn)規(guī)程(JTJ051-93)、巖土工程勘察規(guī)范(GB 50021 2001)、膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范(GBJ112-87)等。

上述各規(guī)范對(duì)膨脹土的規(guī)定互有出入，即使公路部門執(zhí)行的公路標(biāo)準(zhǔn)也還存在如何執(zhí)行的問題。雖各標(biāo)準(zhǔn)界限和強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)有所不同，但各標(biāo)準(zhǔn)都是以自由膨脹率δep為初判的標(biāo)準(zhǔn)，以脹縮總率（eps或ep50)為終判標(biāo)準(zhǔn)[10]，見表2、表3。各種規(guī)范(規(guī)程)對(duì)膨脹土的定義和判定標(biāo)準(zhǔn)不盡相同，說明各行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)有所差異。膨脹土的含義、命名、判別方法及工程性質(zhì)評(píng)價(jià)仍主要以《膨脹土地區(qū)建筑技術(shù)規(guī)范》(GBJll2-87)為依據(jù)。在此基礎(chǔ)上，許多學(xué)者對(duì)判別指標(biāo)的選取及評(píng)判方法進(jìn)行了相關(guān)研究，取得一定的成果，如楊世基指標(biāo)[11]等。

表2 膨脹土的初判標(biāo)準(zhǔn)

規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)代號(hào) 膨脹土等級(jí) 自由膨脹率δep /% 說明

I 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ、V 強(qiáng) ＞90 I 、Ⅱ 、Ⅲ強(qiáng)調(diào)“高塑性，高液限”， IV 、V 強(qiáng)調(diào)綜合判斷.

中 65～90

弱 40～65

表3 膨脹土的終判標(biāo)準(zhǔn)

規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)代號(hào) 判斷計(jì)算式 脹縮總率eps或ep50 說明

I 、Ⅱ 、Ⅲ 脹縮總率 eps:>4% 強(qiáng) 主要考慮士的可能含水量變化

eps /% eps:2～4% 中

eps:0.7～2.0% 弱

Ⅳ、V 地基脹縮變形量Sc /mm Sc: >70 mm 強(qiáng) 除考慮含水量變化外，還考慮地基的工作應(yīng)力

Sc:35～70 mm 中

Sc:

注：ωn均為地基收縮過程中可能產(chǎn)生含水量的下限值；ω為土的天然含水量山；λn為收縮系數(shù)，通過收縮試驗(yàn)確定；ep50為50 kPa 壓力下的膨脹率；σepi為第i層土在地基應(yīng)力作用下的膨脹值(mm)；∆ωi為第i層土可能發(fā)生含水量變化值(以小數(shù)表示)。

膨脹土的物理力學(xué)性質(zhì)

4.1 膨脹土工程特性

（1）脹縮性。脹縮性指膨脹土吸水后體積膨脹，失去水分后體積收縮的特性。如膨脹受阻產(chǎn)生膨脹力可使路面隆起，失去可使路面下沉或土體干裂。膨脹土不同于其它粘土的脹縮性，反復(fù)的干縮濕脹導(dǎo)致土體的有效凝聚力下降，使得土體的強(qiáng)度降低。

（2）多裂隙性。膨脹土中的裂隙，主要可分為垂直裂隙、水平裂隙與斜交裂隙三種類型。這些裂隙將土體層分割成具有幾何形狀的塊體，如菱塊狀、短柱狀等，破壞了土體的完整性。膨脹土路基邊坡的破壞，大多與土中裂隙有關(guān)，且滑動(dòng)面的形成主要受裂隙軟弱結(jié)構(gòu)面控制。目前有兩種觀點(diǎn)闡述膨脹土的裂隙性，一是認(rèn)為裂隙的產(chǎn)生由于膨脹土的脹縮特性導(dǎo)致，由于反復(fù)的吸水膨脹、失水干縮，反復(fù)周期變化，導(dǎo)致土體結(jié)構(gòu)松散，而結(jié)構(gòu)的松散使得雨水進(jìn)入，又為脹縮創(chuàng)造了條件。另一觀點(diǎn)認(rèn)為，裂隙性引起的應(yīng)力集中和吸力下降等原因造成了土層軟化，引起土體的破壞。

（3）遇水崩解性。膨脹土浸水后體積膨脹，在無側(cè)限的條件下則發(fā)生吸水濕化。不同類型的膨脹土崩解性不同，強(qiáng)膨脹土浸水后，幾分鐘很快就完全崩解；弱膨脹土浸水后，則需要經(jīng)過較長(zhǎng)的時(shí)間才能逐步崩解，且不完全崩解。

（4）超固結(jié)性。膨脹土大多具有超固結(jié)性，天然空隙比較小，干密度較大，初始結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較高。超固結(jié)膨脹土路基開挖后，將產(chǎn)生土體超固結(jié)力釋放，邊坡與路面出現(xiàn)卸載膨脹，并常在坡腳形成應(yīng)力集中區(qū)和塑性區(qū)，使邊坡容易破壞。超固結(jié)性是膨脹土的一個(gè)重要特征，這個(gè)特征越來越受到重視，并被認(rèn)為是導(dǎo)致邊坡漸進(jìn)性破壞的一個(gè)重要原因。

（5）強(qiáng)度衰減性。膨脹土強(qiáng)度為典型的變動(dòng)強(qiáng)度，具有峰值極高而殘余強(qiáng)度極低的特性。由于膨脹土的超固結(jié)性，其初期強(qiáng)度高，隨著土體受脹縮效應(yīng)和風(fēng)化作用時(shí)間的增加，抗剪強(qiáng)度將大幅度衰減。強(qiáng)度衰減的幅度與速度和土體的物質(zhì)組成、土的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)、風(fēng)化作用以及脹縮性的大小有關(guān)。

（6）易風(fēng)化特性。膨脹土受氣候因素影響，極易產(chǎn)生風(fēng)化破壞作用。路基開挖后，土體在風(fēng)化作用下，很快產(chǎn)生碎裂、剝落和泥化等現(xiàn)象，使土體結(jié)構(gòu)破壞、強(qiáng)度降低。按其風(fēng)化程度不同，一般可將膨脹土劃為強(qiáng)、弱、微三層。

4.2膨脹土物理特性

膨脹土按粘土礦物分類，可以歸納為兩大類，一類以蒙脫石為主，另一類以伊利土和高嶺土為主。蒙脫石粘土在含水量增加時(shí)出現(xiàn)膨脹，而伊利土和高嶺土則發(fā)生有限的膨脹，引起膨脹土發(fā)生變化的條件，有一下幾方面：

（1）含水量。膨脹土具有很高的膨脹潛勢(shì)，這與它含水量的大小及變化有關(guān)，如果其含水量保持不變，則不會(huì)有體積變化。在工程施工中，建造在含水量保持不變的粘土上的構(gòu)造物不會(huì)遭受由膨脹而引起的破壞。當(dāng)粘土的含水量發(fā)生變化，立即就會(huì)產(chǎn)生垂直和水平兩個(gè)方向的體積膨脹，含水量的輕微變化，僅1%～2%的量值，就足以引起有害的膨脹。

（2）干容重。粘土的干容重與其天然含水量是息息相關(guān)的，干容重是膨脹土的另一重要指標(biāo)。γ=18.0KN/m3的粘土，通常顯示很高的膨脹潛勢(shì)。這表明著粘土將不可避免地出現(xiàn)膨脹問題。

（3）滲透性。飽和滲流是非飽和土力學(xué)的重要組成部分，也是水文地質(zhì)、地下水資源與環(huán)境和農(nóng)田水利等學(xué)科領(lǐng)域共同關(guān)心的問題。Richards[12]將Darcy定律推廣應(yīng)用到非飽和滲流中，建立起水相滲流所滿足的控制方程，即通常稱為的Richards方程以后，人們才開始了非飽和滲流的研究。基于Richards控制方程的飽和-非飽和滲流得到了深入的研究，并成功地應(yīng)用到許多實(shí)際工程中。早期對(duì)非飽和滲流的研究主要是定性研究和在理論上求精確解或級(jí)數(shù)解。Coleman和Bodman[13]最早研究了入滲后土壤剖面含水率分布，他們將含水率剖面分為四個(gè)區(qū)，即飽和區(qū)、過渡區(qū)、傳導(dǎo)區(qū)和濕潤(rùn)區(qū)，這使人們對(duì)入滲過程有了初步的定性認(rèn)識(shí)。20世紀(jì)60年代，隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，基于Richards方程的非飽和滲流數(shù)值模擬得到了前所未有的發(fā)展，早期主要用有限差分方法求解Richards方程，后來隨著有限元方法的迅速發(fā)展成熟，后者逐漸取代了前者成為非飽和滲流數(shù)值模擬的主要方法。高驥等[14]對(duì)堤壩中由于洪水暴漲暴落產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)滲流作了飽和-非飽和數(shù)值模擬研究，在有限差分方法中采用了全隱式交替方向迭代法以及添加附加項(xiàng)來模擬飽和-非飽和滲流。

（4）液限、液性指數(shù)。液限、液性指數(shù)（不叫液限指數(shù)）以及塑限、塑性指數(shù)在土力學(xué)中是評(píng)價(jià)粘性土的主要指標(biāo)。同一種粘性土隨其含水量的不同而分別處于固態(tài)、半固態(tài)、可塑狀態(tài)及流動(dòng)狀態(tài)。

土由半固態(tài)轉(zhuǎn)到可塑狀態(tài)的界限含水量稱為塑限，由可塑狀態(tài)到流動(dòng)狀態(tài)的界限含水量稱為液限。土的塑限和液限都可通過試驗(yàn)得到。塑性指數(shù)和液性指數(shù)可以根據(jù)土的塑限和液限通過計(jì)算求得：

塑性指數(shù)=液限含水量－塑限含水量，液性指數(shù)=（土的天然含水量－塑限含水量）/塑性指數(shù)。根據(jù)塑性指數(shù)可以對(duì)粘性土進(jìn)行分類，根據(jù)液性指數(shù)可以判斷土物理狀態(tài)，土的液性指數(shù)越小，土越硬。

（5）黏粒含量。膨脹土按黏土礦物分類，可以歸納為兩大類，一類以蒙脫石為主，另一類以伊利土和高嶺土為主。蒙脫石黏土在含水量增加時(shí)出現(xiàn)膨脹，而伊利土和高嶺土則發(fā)生有限的膨脹。膨脹土的黏土礦物成分是決定其工程特性的主要內(nèi)在因素。已有的研究表明，當(dāng)黏土礦物中蒙脫石的含量達(dá)到5%時(shí)，即對(duì)土的膨脹性與強(qiáng)度產(chǎn)生影響，若蒙脫石含量超過20%，即土的工程性質(zhì)主要由蒙脫石所決定，一般蒙脫石含量在12%以上的土，則具有較強(qiáng)的脹縮性[15]。

4.3膨脹土的基本力學(xué)性質(zhì)

（1）變形與固結(jié)特性。膨脹土主要表現(xiàn)為吸水膨脹軟化，失水干縮，即產(chǎn)生強(qiáng)烈的脹縮變形。膨脹土的變形可分為兩大類：1）外加荷載作用下的壓縮變形；2）外加荷載與入滲或浸水共同作用下的濕脹、濕化變形，或外加荷載與蒸發(fā)、風(fēng)干、水位下降共同作用下的干縮變形。膨脹土的變形特性是膨脹土研究的重要研究?jī)?nèi)容之一，也是相關(guān)工程防治的關(guān)鍵，必須依據(jù)大量的室內(nèi)試驗(yàn)和工程實(shí)例，分析并建立反映濕脹、濕陷、干縮特性的非飽和膨脹土的新型本構(gòu)模型，才能較準(zhǔn)確地描述膨脹土的變形特性。黃庚祖[9]通過膨脹土膨脹變形試驗(yàn)研究了膨脹變形的定性規(guī)律；徐永福[21]根據(jù)膨脹土的膨脹變形試驗(yàn)，提出膨脹土膨脹變形的模型，并利用這個(gè)模型解釋了膨脹土的膨脹變形特征、通過統(tǒng)計(jì)各地區(qū)膨脹土的膨脹變形資料，得到膨脹變形與含水量和壓力之間的定量關(guān)系、用輕便固結(jié)儀對(duì)寧夏膨脹土進(jìn)行研究，得出膨脹量是含水量的線性函數(shù)，膨脹量的對(duì)數(shù)和壓力的對(duì)數(shù)呈線性相關(guān)的規(guī)律。

（2）強(qiáng)度特性。膨脹土的強(qiáng)度特性較之普通的粘土要復(fù)雜得多。它既是膨脹土體抵抗破壞能力的表征，也是計(jì)算路塹、渠道、路堤、土壩等斜坡穩(wěn)定性，以及支擋結(jié)構(gòu)物土壓力的重要參數(shù)。通常情況下膨脹土的峰值抗剪強(qiáng)度相當(dāng)高，但從失穩(wěn)的膨脹土邊坡反算出的抗剪強(qiáng)度卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其峰值。

膨脹土膨脹性

膨脹土脹縮性能及其指標(biāo)

在工程地質(zhì)中，這種粘土的膨脹現(xiàn)象很普遍，我們通過土工實(shí)驗(yàn)，得出粘土的力學(xué)指標(biāo)，以供土質(zhì)力學(xué)上的計(jì)算。通常對(duì)膨脹土的力學(xué)分析，主要是對(duì)其膨脹潛勢(shì)和膨脹壓力的研究后得出的。

（1）膨脹潛勢(shì)，膨脹潛勢(shì)就是在室內(nèi)按AASHO標(biāo)準(zhǔn)壓密實(shí)驗(yàn)，把試樣在最佳含水量時(shí)壓密到最大容重后，使有側(cè)限的試樣在一定的附加荷載下，浸水后測(cè)定的膨脹百分率。膨脹率可以用來預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)物的最大潛在的膨脹量。膨脹量的大小主要取決于環(huán)境條件，如潤(rùn)濕程度.潤(rùn)濕的持續(xù)時(shí)間和水分的轉(zhuǎn)移方式等。因此，在工程施工中，改造膨脹土周圍的環(huán)境條件，是解決膨脹土工程問題的一個(gè)出發(fā)點(diǎn)。自由膨脹率Fs是指膨脹土經(jīng)過粉碎風(fēng)干后，一定體積的的松散土粒在水中沒有任何限制條件下充分吸水產(chǎn)生自由膨脹，體積增大，試樣穩(wěn)定后的體積增量與初始體積之比。自由膨脹率與液限呈線性關(guān)系。線膨脹率δep是指膨脹土試樣在無荷載(有荷載)有側(cè)向限制條件下吸水后沿垂直方向膨脹的增量與初始試樣高度之比。

（2）膨脹力，膨脹力就是膨脹壓力。通俗的講，就是試樣膨脹到最大限度以后，再加荷載直到回復(fù)到其初始體積為止所需的壓力。對(duì)某種給定的粘土來說，其膨脹壓力是常數(shù)，它僅隨干容重而變化。因此，膨脹力可以方便的用作衡量粘土的膨脹特性的一種尺度。對(duì)于未擾動(dòng)的粘土來講，干容重是土的原位特征。所以在原位干容重時(shí)土的膨脹壓力可以直接用來論述膨脹特性。膨脹力Pe指土體的體積膨脹受到限制時(shí)吸水后所產(chǎn)生的最大應(yīng)力，膨脹土的膨脹力與原始含水量(或飽和度)和干容重之間有密切關(guān)系，即膨脹力隨原始含水量的增大而減少，隨干容重的增大而增大。膨脹力與膨脹率有近似線性關(guān)系。

（3）收縮含水量，收縮含水量ωs指土體失水收縮穩(wěn)定后的最低含水量，也就是土體在水分被蒸發(fā)散失時(shí)體積產(chǎn)生收縮并到達(dá)恒定而不繼續(xù)縮小時(shí)的界限含水量，一般稱為縮限。

（4）收縮量，收縮量是指一定體積的膨脹土體在水分蒸發(fā)過程中其體積的縮小量值。在工程中，常采體縮率和線縮率表征。

綜上所述，膨脹土的變化除了土的膨脹與收縮特性這兩個(gè)內(nèi)在的因素外，壓力與含水量的變化則是兩個(gè)非常重要的外在因素。準(zhǔn)確地了解膨脹土的特性及變化的條件，就有可能估計(jì)到建造在這個(gè)地基上的路基及構(gòu)造物將會(huì)產(chǎn)生怎樣的變形，從而采取相應(yīng)的地基處理措施。

膨脹土膨脹機(jī)理

膨脹土的礦物學(xué)理論研究者從礦物晶格構(gòu)造出發(fā)，認(rèn)為膨脹土的膨脹取決于膨脹土的礦物成分及其結(jié)構(gòu)以及顆粒表面交換陽離子成分[2]等，膨脹土物理化學(xué)理論中以滲透理論、雙電層理論應(yīng)用較普遍，此理論認(rèn)為膨脹土膨脹的主要原因是膨脹土顆粒表面產(chǎn)生了復(fù)雜的物理化學(xué)作用。膨脹土的膨脹性主要取決于礦物表面結(jié)合水層與擴(kuò)散雙電層的厚度(Grime R E；Lounghmm F C；華東水利學(xué)院土力學(xué)教研室)。膨脹土膨脹的物理力學(xué)理論包括有效應(yīng)力理論、毛細(xì)管理論和彈性理論等[16]，該理論認(rèn)為膨脹土的膨脹是在一定的外力作用下由膨脹土與水相互作用產(chǎn)生的物理力學(xué)效應(yīng)引起的。

在這些理論中，應(yīng)用較普遍是晶格擴(kuò)張理論和雙電層理論，晶格擴(kuò)張理論認(rèn)為膨脹土晶格構(gòu)造中存在膨脹晶格構(gòu)造，水易滲入晶層間形成水膜夾層，從而引起晶格擴(kuò)張，使土體體積增大。但晶格擴(kuò)張理論僅僅局限于晶層間吸附結(jié)合水膜的楔入作用，而沒有考慮粘土顆粒間及聚集體間吸附結(jié)合水的作用。事實(shí)上，粘土膨脹不僅發(fā)生在晶格構(gòu)造內(nèi)部晶層之間，同時(shí)也發(fā)生在顆粒和顆粒之間以及聚集體和聚集體之間[10]。雙電層理論認(rèn)為雙電層內(nèi)的離子對(duì)水分子具有吸附能力，被吸附的水分子在電場(chǎng)力作用下按一定取向排列，在粘土礦物顆粒周圍形成表面結(jié)合水膜。由于結(jié)合水膜增厚“楔開”土顆粒，從而使固體顆粒之間的距離增大，導(dǎo)致土體膨脹。雙電層理論彌補(bǔ)了晶格擴(kuò)張理論在解釋粘土脹縮原因方面的不足，發(fā)展了結(jié)合水膜在膨脹理論中的應(yīng)用，使得膨脹機(jī)理的理論更加全面和充實(shí)。

膨脹良

大量的工程實(shí)踐表明，化學(xué)方法改良膨脹土是十分有效并且廣泛適用的工程處理方法。因?yàn)橐环矫孢x用的化合物本身可以固結(jié)土體，起到粘結(jié)土粒的作用，例如水玻璃，樹脂等進(jìn)行灌漿處理。另一方面化合物和土本身還可以進(jìn)行一些復(fù)雜的物理-化學(xué)反應(yīng)改變膨脹土的親水性質(zhì)。目前，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用化學(xué)方法改良膨脹土的添加劑主要有石灰，水泥，粉煤狄及其它各種可溶性的無機(jī)鹽，有機(jī)類的有表面活性劑，各種有機(jī)聚合物等。還有使用無機(jī)有機(jī)復(fù)配體系，如聚合表面活性劑與石灰，水泥復(fù)配[17]。

6.1無機(jī)類改良劑

（1）石灰類改良劑

在膨脹土中加入石灰進(jìn)行改性，主要是針對(duì)礦物中易親水的蒙脫石、伊利石，使其與石灰發(fā)生化學(xué)離子交換，通過微結(jié)構(gòu)的改變來改變工程性質(zhì)即膨脹土中加入石灰后，由于石灰水化產(chǎn)生大量鈣離子，與蒙脫石，伊利石等活動(dòng)性礦物層起吸附水作用；同時(shí)也把大量鈣離子和溶液中析出的Ca(OH)2粒子吸附到顆粒周圍，使礦物顆粒一晶格邊緣斷鏈所產(chǎn)生的電荷吸附鈣離子來取得平衡，形成石灰的水化物在膨脹土礦物顆粒表面聚集，其作用過程與Ca(OH)2的硬化過程同時(shí)進(jìn)行。

具有擴(kuò)張型晶體的蒙脫石類礦物，其離子交換量很大，易于和生石灰發(fā)生陽離子交換，從而限制了礦物的脹縮性，聚集和粘結(jié)在礦物表面的Ca(OH)2，經(jīng)硬化結(jié)晶，形成一種防止膨脹土顆粒內(nèi)水外散和外水內(nèi)侵的固化層，其結(jié)果使膨脹土減弱親水性，自身穩(wěn)定性增加，石灰土試件達(dá)到一定的力學(xué)強(qiáng)度。當(dāng)膨脹土中加入石灰以后，其擊實(shí)土樣結(jié)構(gòu)形態(tài)多為團(tuán)粒較大的集粒結(jié)構(gòu)和基質(zhì)狀結(jié)構(gòu)，這類結(jié)構(gòu)也不利于吸水膨脹，因而用石灰處理后的石灰土的膨脹性也就得到了改良。利用生石灰改良含水量偏大的膨脹土也有比較理想的效果，生石灰在轉(zhuǎn)化為熟石灰的過程中，要吸收大量水分，同時(shí)產(chǎn)生熱量，使土體中水分蒸發(fā)，降低土體含水量，有利于施工。但生石灰不易保存，施工時(shí)仍多以熟石灰為主。

（2）水泥類改良劑

水泥對(duì)膨脹土的固化，主要有以下幾個(gè)方面的作用：a)水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的C-S-H和C-A-H凝膠，附著在土顆粒表面，具有較強(qiáng)的膠結(jié)力，并形成了Ca(OH)2；b)Ca2+與土顆粒表面吸附離子發(fā)生陽離子交換反應(yīng)，使土顆粒親水性能降低和團(tuán)粒化，增加膨脹土的水穩(wěn)定性；c) Ca2+、OH滲透進(jìn)入土顆粒內(nèi)部，與粘土礦物發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)，繼續(xù)生成上述膠凝物質(zhì)，可減少親水粘土礦物的含量，并提高土顆粒間的連接強(qiáng)度[18]。

許多研究表明，隨著水泥摻量增加，固化膨脹土強(qiáng)度有一定增加。但因水泥水化反應(yīng)的體積縮減和水化作用消耗粘粒吸附水而引起干燥收縮，當(dāng)水泥摻量超過6％時(shí)，穩(wěn)定土的裂縫將顯著增加。隨著水泥的摻量增加，穩(wěn)定土的收縮性能變差，而且固化土的經(jīng)濟(jì)成本直線上升，因此考慮固化效果和經(jīng)濟(jì)成本，固化膨脹土的水泥摻量一般在4％～10％之間。

（3）工業(yè)廢渣類改良劑

粉煤灰、礦渣等工業(yè)廢渣配合石灰、水泥也常被用來固化膨脹土，由于工業(yè)廢渣在石灰、水泥水化的堿性環(huán)境中具有潛在水化活性，人們從經(jīng)濟(jì)和環(huán)保角度出發(fā)，用其來固化、穩(wěn)定土體其固化機(jī)理與石灰類、水泥類固化劑類似。用工業(yè)廢渣加固膨脹土，最大的優(yōu)點(diǎn)是比較經(jīng)濟(jì)和環(huán)保，但其早期強(qiáng)度不高，而且通常需要較大的摻量。

6.2有機(jī)類改良劑

（1）有機(jī)高分子改良劑

有機(jī)高分子化合物是利用有機(jī)聚合物的聚合反應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)土的固化增強(qiáng)，常用的此類改良劑有丙烯酸鹽系列、聚液態(tài)丁二烯等。有機(jī)高分子類改良劑由于聚合物與土顆粒中粘土礦物一般不發(fā)生反應(yīng)，其固化膨脹土的作用主要是在土中進(jìn)行聚合反應(yīng)，經(jīng)過鏈的引發(fā)、鏈的增長(zhǎng)等過程，使液狀丙烯酸鹽聚合成不溶于水的網(wǎng)狀高分子凝膠體，這樣土顆粒就被強(qiáng)度高、有塑性的鏈包圍，形成一個(gè)空間網(wǎng)，形成土顆粒-聚合物-土顆粒的結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)可提高土顆粒間連結(jié)強(qiáng)度，使土體具有較高強(qiáng)度和變形率，表現(xiàn)為土的抗拉、抗剪和單軸抗壓強(qiáng)度提高。

（2）表面活性劑改良劑

表面活性劑作為一種新興的改良材料與前面提到的各種改良劑比起來有較大的優(yōu)勢(shì)。主要表現(xiàn)在其改良效率高，施加方便，旌工比較簡(jiǎn)單，而且改良周期較短，能縮短施工時(shí)間，節(jié)省施工成本，再者大部分的表面活性劑都是無毒性的，也很環(huán)保。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外很多學(xué)者都開始做以表面活性劑作土壤固化劑的研發(fā)工作并已初有成效[19]。

7膨脹土的危害、防治

7.1膨脹土病害類型

（1）膨脹土邊坡

膨脹土邊坡不穩(wěn)定，地基會(huì)產(chǎn)生水平向和垂直向的變形，坡地上的建筑物損壞要比平地上更嚴(yán)重。另外，膨脹土的脹縮性除使邊坡房屋發(fā)生開裂、傾斜外，還會(huì)使公路路基發(fā)生破壞，路塹產(chǎn)生淺層滑坡和表面溜坍，路堤邊坡發(fā)生坡角坍滑、腰部潰爬、路肩錯(cuò)落滑坍等，涵洞、橋梁等剛性結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生不均勻沉降，導(dǎo)致開裂等。

（2）膨脹土地基

在地勘初始過程中，由于膨脹土一般強(qiáng)度較高壓縮性低，因此易被誤認(rèn)為是建筑性能較好的地基土。隨季節(jié)性氣候的變化而反復(fù)不斷地產(chǎn)生不均勻的升降，而使建在膨脹土地基上的建筑物開裂遭到破壞。建筑物的開裂破壞具有地區(qū)性成群出現(xiàn)的特點(diǎn)，建筑物裂縫隨氣候變化不停地張開和閉合。并以低層磚混結(jié)構(gòu)損壞最為嚴(yán)重，因?yàn)檫@類建筑物房屋質(zhì)量輕，整體結(jié)構(gòu)性較差且基礎(chǔ)埋置淺、地基土易受外界環(huán)境變化的影響而產(chǎn)生脹縮變形。

7.2膨脹土病害的防治措施

在膨脹土地基上進(jìn)行工程建設(shè)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、地基脹縮等級(jí)、場(chǎng)地工程地質(zhì)和水文條件，結(jié)合當(dāng)?shù)亟ㄖ┕そ?jīng)驗(yàn)，因地制宜避免大開挖，依山就勢(shì)建筑，并采取綜合措施。

（1）路基邊坡方面可采取的措施

①加強(qiáng)隔水，做好排水。路塹邊坡或切坡建房時(shí)，應(yīng)及早封閉，做好排水工作。施工時(shí)，注意工程用水和雨水的排泄，減少對(duì)基坑的浸泡時(shí)間；

②支擋防護(hù)。對(duì)不高的邊坡，采取輕型防護(hù)，如方格骨架護(hù)坡、草皮護(hù)坡等；對(duì)較高邊坡，采用擋護(hù)結(jié)合或分級(jí)擋護(hù)；

③改良土壤。用砂、碎石屑與膨脹土拌和，回填、夯實(shí)邊坡。

（2）建筑物地基及基礎(chǔ)方面措施

①換土墊層

將膨脹土全部或部分挖掉，換填非膨脹黏性土、砂、碎石墊層，并作好排水輔助措施。其作用主要是抑制膨脹土的升降變形引起的危害，減小地基脹縮變形和調(diào)節(jié)膨脹土地基沉降量。該方法施工工藝簡(jiǎn)單，可就地取材，是處理膨脹土地基的一種較為適用和經(jīng)濟(jì)的方法。

②增大基礎(chǔ)埋置深度

其作用為：相應(yīng)減小膨脹土厚度；增大基礎(chǔ)面以上土的自重；加大基礎(chǔ)與土的摩擦力；增大至基底的滲透距離和改變蒸發(fā)條件，致使地溫和濕度的變化較穩(wěn)定；

③樁基礎(chǔ)

樁基礎(chǔ)應(yīng)穿透膨脹土層，使樁尖進(jìn)入非膨脹土層，或進(jìn)入大氣影響急劇層以下的。

④濕度控制法

通過控制膨脹土含水量的變化,保持地基中的水分少受蒸發(fā)及降雨入滲的影響,從而抑制地基的脹縮變形。目前比較成功的保濕方法有:預(yù)浸水法、暗溝保濕法、帳幕保濕法和全封閉法[14]。

⑤壓實(shí)控制法

用機(jī)械方法將膨脹土壓實(shí)到所需要的狀態(tài)，充分利用膨脹土的強(qiáng)度與脹縮特性隨含水量、干密度及荷載應(yīng)力水平的變化規(guī)律,盡，量增大擊實(shí)膨脹土的強(qiáng)度指標(biāo)，是一種處理弱膨脹土較為理想的方法。

⑥土質(zhì)改良法

利用物理改良或化學(xué)改良加固機(jī)理，通過改變膨脹土的物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)和其物理力學(xué)性質(zhì)，集成化學(xué)改良土水穩(wěn)定性較好、有較大的凝聚力和物理改良材料有較高內(nèi)摩擦角及無脹縮性的優(yōu)勢(shì)，達(dá)到強(qiáng)化膨脹土的土質(zhì)改良效果。該法常充分利用一些固體廢棄物與價(jià)格低廉的材料，如粉煤灰、礦渣與砂礫石等，有利于環(huán)境保護(hù)，且改良質(zhì)量良好，得到了工程界的普遍重視。

8 結(jié)論

本文簡(jiǎn)要總結(jié)了膨脹土近年的研究進(jìn)展及研究方向。文中第一部分主要介紹了膨脹土的分布及成因類型，以期對(duì)膨脹土有初步的了解，第二、三部分簡(jiǎn)要講述了膨脹土的結(jié)構(gòu)及判別分類，后闡述了膨脹土物理力學(xué)相關(guān)性質(zhì)、膨脹性及改良相關(guān)研究。最后例舉具體實(shí)例講述了膨脹土的危害及其防治。鑒于膨脹土的研究是一個(gè)復(fù)雜極其龐大的工程，本文只屬一般綜述性文章，只能就近年來有關(guān)膨脹土的研究作初步探索，以期今后在此基礎(chǔ)上有所突破。我國(guó)是世界上膨脹土危害較嚴(yán)重國(guó)家之一，目前很多對(duì)膨脹土的研究還處于定性階段，很多理論和技術(shù)都不太成熟，對(duì)膨脹土的研究挑戰(zhàn)還很多，后續(xù)研究還得加大力度。

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