干旱区盐土表层结构力学特性与可蚀性研究

Solonchak composited of different kinds of salt has different structural and mechanical properties, and it will form different shapes of surface salt accumulation, thereby affecting the performance of its resistance to wind erosion. According to the basic theories of pedology, sandstorm physics, and gas-solid two-phase fluid dynamics, through field investigation, laboratory analysis and wind tunnel simulation, with the focus on five kinds of solonchak surface soils, by physical and chemical properties analysis and determination of compressive strength and shear strength,the relationship between different types of solonchak physical and chemical properties and their structural and mechanical properties will be studied. Then, through the wind tunnel blowing corrosion and abrasion experiments of wind strength and surface erosion morphological development under specification wind conditions, the erodibility of different solonchak will be determined and the relationship between main factors and erodibility of solonchak will be analyzed. The research result will be of great importance on understanding the erosion mechanism of the solonchak, improving soil erosion theory, and reducing the salt dust storm disasters in the arid areas.

不同盐分组成的盐土具有不同结构力学性质，同时会形成不同的地表积盐形态，进而影响其抗风蚀性能。依据土壤学、风沙物理学和气固两相流体动力学基本理论，采用野外调查、室内分析与风洞模拟相结合的方法，选择干旱区不同积盐形态的表层盐土为研究对象，通过理化性质分析与抗压、抗剪强度测定，研究不同盐分组成、含量与粒度组成对其土壤结构力学性质的影响；结合规范风力场条件下风蚀强度与表面风蚀形态发育的风洞吹蚀和磨蚀实验，测定不同盐土的可蚀性，研究分析盐土风蚀的主要影响因子及其与可蚀性的关系。研究成果对深入了解干旱区盐土的风蚀机理、完善土壤风蚀理论以及减轻盐尘暴灾害有着重要的科学意义。

土壤风蚀是一个全球性的土壤流失问题。本研究以西北干旱区盐土为研究对象，分析了结壳盐土、结皮盐土、蓬松盐土和普通盐土四种主要盐土理化性状与结构力学性质；结合风洞实验，测定了不同风力条件下四种盐土的净风与挟沙风风蚀量，分析了挟沙风吹蚀下的风蚀形态发育过程。项目研究成果和结论如下：. （1）理化性状与力学分析表明：四种盐土pH值呈碱性，四种盐土阳离子以Na+为主，阴离子以Cl-和SO42-为主，盐分类型为氯化钠盐或硫酸钠盐。土壤机械组成方面普通盐土以细砂（26.82 %）和中砂（25.51 %）为主，结壳盐土以细砂（33.79%）和粗砂（32.86 %）为主，蓬松盐霜盐土（30.14 %）和结皮盐土（34.28 %）均以中砂为主。四种盐土土壤硬度特征结壳盐土（146.31 kg/cm2）>结皮盐土（100.55 kg/cm2）>普通盐土（42.59 kg/cm2）>蓬松盐霜盐土（26.17 kg/cm2）。. （2）风洞实验结果：四种盐土净风风蚀量均较小，且随风速增加风蚀量无明显变化，净风风蚀量为蓬松盐霜盐土（0.02042 g·cm-2·min-1）>普通盐土（0.0173 g·cm-2·min-1）>结皮盐土（0.00594 g·cm-2·min-1）>结壳盐土（0.00523 g·cm-2·min-1）。挟沙风吹蚀蓬松盐霜盐土实验结果表明：土样磨蚀量、土样表面沙粒撞击量及挟沙风输沙率均随风速增加而增加，三者与风速之间均呈极显著线性正相关关系，相关系数分别为0.9654、0.9435、0.9623，与该土样净风实验风蚀总量相比，挟沙风实验磨蚀总量约为净风风蚀量的7倍。不同风速挟沙风吹蚀条件下，土样表面微地形有明显变化。吹蚀过程中，土样松软处最先开始磨蚀，表面逐渐出现风蚀槽、大量直径约0.5mm左右打磨小孔；随风速增加，土块磨蚀痕迹逐步加深、增多，磨蚀实验前后土样整体磨蚀下切约1-2.5cm。. 项目研究结论可为干旱区风蚀量预测、盐土土壤磨蚀起尘机制及过程研究提供科学参考。