土壤剖面的概念范文

导语：如何才能写好一篇土壤剖面的概念，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：土壤地理学；教学内容；实验；改革

中图分类号 G642.0 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）03-04-158-02

土壤地理学是土壤学与地理学、环境科学、地球化学、生态学等多个学科的交叉学科，属于高等师范院校自然地理与环境专业、人文地理与城乡规划专业与高等农业院校农业资源与环境专业必修的主干课程之一。该课程学习的目的是使学生认识土壤圈圈层特点及其在陆地生态系统中的地位，土壤的基本特征、形成演化及土壤剖面形态特征以及土壤野外描述，不同空间的土壤分布规律，土壤景观的认识以及土壤系统分类等基本知识[2]。通过这些知识的学习，帮助学生认识土壤资源、土壤资源的变化以及人类影响下土壤资源的演化趋势进行预测。

对于师范院校来说，土壤地理学可以分为两大部分来学习，包括理论与实验实习两大部分。理论部分包括土壤学基本概念的学习，如土壤的基本理化性质、土壤的形成、分类体系等，接着是土壤的地理分布规律的学习。在试验实习部分主要涉及到土壤的李欢分析手段与方法以及土壤野外调查与制图的基本理论与方法。总的来说土壤地理学教学、实验、实习是培养学生独立分析问题和解决问题的能力，初步培养学生的科研思维，也是学生毕业后能够胜任中学地理教学以及组织学生进行第二兴趣小组，开展课外活动的能力。土壤地理学的实验、实习也为日后学生从事研究生工作、学习打下了良好的基础。

1 教学中存在的问题

1.1 传统教学模式与当今社会需求不相适应[3] 传统的土壤地理学教学内容陈旧，应与当前社会需求相适应。随着科研的不断提升，土壤方面的热点问题不断涌现，最新的科学研究热点问题、最新的研究方法应及时补充到大学教材中去。这样才会达到科研促进教学的目的。如土壤碳库变化、古土壤解译古气候、土壤中碳氮元素循环等。

1.2 传统的教学方式不能达到较好的教学效果 教学过程中，多是采用老师教授，学生听的方式[4]。尤其是在大学授课当中，两节课的大课所涵盖的内容多、知识量大，学生很难对课中所讲解的内容全盘理解和接受。并且在讲授过程中，土壤地理学的一些理论，如土壤发生学原理、土壤分类体系等，比较枯燥、乏味，很多学生对于空洞乏味的讲授毫不感兴趣，缺乏兴趣，以致学生不爱听课，或是听课当中开小差，玩手机现象较多。针对这一现象，土壤地理学在授课过程中应多增加实习授课，在实习过程中讲授理论。如土壤剖面的观察，让学生亲自参加土壤剖面的挖掘过程，并且讲授挖掘剖面所要注意的事项，如挖掘剖面方向的选择，要大致计算好太阳角度的变化，计算好剖面挖掘的时间，这样才会使得剖面挖掘完给土壤剖面照相才不会有阴影。让学生在参与土壤剖面挖掘的过程中，随着挖掘的难易程度就能感受到土壤的硬度，对剖面挖掘好后土壤层次的划分打下了基础。若只是在课堂中采用土壤剖面照片进行讲授，学生很能理解土壤的结构、颜色、质地等，在野外实习中，通过学生自己亲自挖取土壤剖面，在剖面中讲授土壤相关的物理性质，学生会理解的更加透彻，从而增加了学生的兴趣，为以后从事科研工作打下良好的基础。

2 实验教学存在的问题

2.1 实验仪器缺乏 目前各师范院校地理科学专业开设的实验课程主要包括3个项目。分别是物理性质的测定，如容重、水分、土壤颗粒组成的测定以及土壤pH的测定。而关于土壤地理学中的实验例如土壤氮、磷、钾、有机质等传统实验都没有开设。而大多数师范院校在开设地理科学专业的同时，配备的实验课非常少，远远不能满足土壤地理学实验的需求。因此，师范院校应该在土壤地理学仪器购置时，应投入一定的资金力度，比如建立一个土壤地理学实验室，不仅可以满足传统教学的需求，对于学生日后做毕业论文，也提供了一个良好的实验平台。

2.2 传统的实验教学模式

2.2.1教学模式 目前大多数院校开设的土壤地理学实验多是验证性的实验，学生只要按照实验方法、步骤去做，都可以完成，教师处于主导地位，而学生缺乏自己思考的空间，缺乏对学生创新和解决实际问题的能力的培养[5]。传统的教学模式主要是学生被动的记忆、被动的接受知识，增加了学生的记忆负担。因此，应该除了传统土壤地理学实验项目的开设以外，还应增加探究性实验，例如不同立地条件下土壤养分状况对比研究、不同区域土壤结构分析等，使得学生在掌握实验分析的同时，去设计整个实验的设计过程，初步培养和锻炼学生的逻辑思维。

2.2.2 实验的前期准备 前期的实验器材以及实验药品的配置，都是实验员准备，学生完全不知道药品怎么配，尤其是对于地理科学专业的学生，由于没有分析化学的基础，缺乏对药品试剂配置的基本能力[6]。但是土壤地理学侧重土壤与地理环境之间的关系研究，只有学生之前了解样品采集地的地理发生、发育环境，才能对实验所做的数据进行合理的分析，从而得出合理的结论。用老师准备好的实验样品，学生就不会对样品采集地的环境有所了解，学生就会对所做的数据凭空分析，造成一定的误差。因此，在开设实验分析项目之前，让学生参与样品采集的过程，样品的前处理过程以及药品的配置。

2.2.3 实验考核方式 学生完成实验后，大多数都是抄写实验报告，而我们的考核方法大多是以学生抄写的实验报告作为打分的依据。并且实验过程中，都是小组的形式，很多学生不动手，不参与实验。在实验过程中，应把实验的考核等同与基础理论课的考试，不能对实验课的考核流于形式，确实有学生实验操作能力不够或者实验过程中不参与的，可以给予挂课或者不合格处理，下学期继续补考。这样有了严格的实验考核机制，学生才会重视实验。

2.3 缺少研究性实验 基础性实验可以锻炼培养学生的基本实验操作与技能，比如实验仪器的使用，实验技能的训练等，但对于学生兴趣的培养、创新精神的锻炼确有着明显的不足。研究性实验可以围绕当前土壤地理学的科研热点，引导学生选题、进而解决问题、分析问题，最终使得学生学会研究成果的表述[7]。这样一个过程不仅培养了学生的独立思考问题的能力、解决实际问题的能力，也使学生学会了怎样去学习。

3 组织好土壤地理调查实习

土壤地理学属于交叉学科，是理论性和实践性很强的课程，学生在平时理论课讲授过程中只接受了书本上的理论知识的教育，对土壤类型的认识，土壤剖面的观察，仅限于图片，很难对土壤地理学的知识有深刻的理解。首先在野外实习过程中，要带领学生到野外观察土壤剖面，这个土壤剖面要让亲自参与挖掘过程，要在老师的严格指导下，按照专业的标准，挖取标准的剖面。其次，要划分土壤发生层次，土壤发生层次要依据土壤颜色、质地、结构、水分、新生体等进行划分。接着要按照野外土壤剖面描述手册的要求，对土壤发生层的各层次进行描述。最终采取土壤样品。这样一套土壤地理学的剖面描述、观察、采样，学生全程参与，不仅掌握了土壤地理学理论课中很多难理解的知识，而且学会了土壤样品的一种采集方法。在实习过程中，还可以利用简单的野外工具做室外实验，如利用稀盐酸看土壤样品是否有气泡冒出，进而推测该样品是否有碳酸钙的存在。

我们可以开展一些特色的教学实习，如结合伊犁本地特色，伊犁气候、水资源丰富，是盛产苹果的区域。我院地理科学专业还可以与当地林果业相关部门合作，通过老师的指导，开发一些无公害苹果、树上干杏、桃等，从而理解这些无公害生产需要怎样的土壤条件，从而使学生掌握野外土壤调查的基本技能。

4 实验与实习有机结合起来

目前大多数院校开始的土壤地理学实验课程，实验分析中所需的样品都是老师事先准备好的，学生没有参与前期样品的采集过程，或者说分析的样品与后期野外实习采样的样品不是同一个样品。这样学生在实验过程中，对所得到的数据分析中，很难对土壤所处的地理环境很好的把握与理解，势必造成一定程度的误差，因此，应把学生在野外采集的样品作为室内分析实验的样品，从而为分析结果提供准确可靠的保障。

总之，土壤地理学是地理科学专业的专业基础课程，也是学习自然地理学的基本专业知识，只有安排好教学、实验、实习，使得三者有机的结合起来，才能培养学生的专业基础知识、扎实的实验操作技能及初步的科研思维，为以后学习打下良好的基础。

参考文献

[1]李天杰，郑应顺，王云.土壤地理学[M].北京：高等教育出版社，1990.

[2]朱鹤健，何宣庚.土壤地理学[M].北京：高等教育出版社，1992.

[3]房莉，余健.对土壤地理学传统教学方式的思考[J].教育教学论坛，2011，11（31）：99-100.

[4]华珞，王学东.关于 “土壤地理学”教学的几点思考[J].首都师范大学学报（自然科学版），2009，30（3）：44-47.

[5]李粉如，段立珍，张永峰.土壤地理学实验教学改革探讨[J].安徽农学通报，2009，15（12）：207-209.

[6]李春红，冯维波.地理专业《土壤地理学》实验教学的改革探讨[J].科技创新导报，2011，10（30）：198-199.

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影响因子对比预测法

公式推导说明1)仅选用一些影响土壤风蚀强度的主要因子作为预测因子，忽略其它因素对铁路工程中土壤风蚀带来的影响。2)公式中各影响因子对铁路工程中土壤风蚀强度的影响作用是相互独立的，而土壤风蚀是各个因子所产生影响的综合。3)各个影响因子施工时段所产生的微小变化不影响预测结果。预测公式E=WSRCT(1)式中，E为单元地表风力侵蚀模数(年单位面积风蚀量);W为区域气候侵蚀力因子;S为地表土壤抗蚀性因子;R为地表粗糙度因子;C为地表覆盖度因子;T为地形因子。各因子值的确定从式(1)中选定的几个影响因子可以看出。区域气候侵蚀力因子是气候因素决定的一个土壤风蚀量的值，它反映了气候对地表土壤造成风蚀的能力，对于某一铁路工程段的某一地形单元来说，铁路建设前后区域气候侵蚀力因子是不变的。铁路工程对用地范围内地表土壤风蚀产生的影响是通过土壤的抗蚀性、地表粗糙度、地表覆盖度及地形等四个因素决定的。1)S值的确定S值是反映土壤抗侵蚀的能力，与土壤类型有关。具体数据可根据土壤质地、土壤有机质百分含量、土壤结构、土壤透水性等几个主要因子，查土壤可蚀性因子诺谟图获得。如土壤类型主要为黄壤、紫色土等，其可蚀性因子一般为0.02～0.75。也可以利用查图表法确定，可以根据该地段土壤表层的风砂粒(0.050～0.002mm)和黏粒(＜0.002mm)的含量，通过查土壤质地三角图，确定相应的土壤质地名称，然后利用该名称和有机质含量，查有关地表土壤抗蚀性因子值表，就可确定该土壤剖面的地表土壤抗蚀性因子值。由于所查表只列有有机质含量≤40g/kg的土壤，对于有机质含量＞40g/kg的土壤没法确定，为此制定了一个地表土壤抗蚀性因子值修正系数表。当土壤有机质含量＞40g/kg时，先按40g/kg查出地表土壤抗蚀性因子值，再按照实际有机质含量査高有机质含量地表土壤抗蚀性因子值修正系数表(表略)，二者相乘，则可得到高有机质含量土壤的地表土壤抗蚀性因子值。实际预测时，还可以利用式(2)计算地表土壤抗蚀性因子值（式略）(2)式中，Dg为土壤的几何平均粒径，mm，可以通过现场取样进行试验测得。部分地段S值计算结果（表略）2)R值的确定:地表粗糙度是影响土壤风蚀强度的重要因子，对气流产生强烈影响，这种影响可分为两个方面:一是改变流速梯度;二是决定各流速梯度的范围。研究表明，同样外部条件和土壤特征条件下，粗糙地表较平滑地表更难以被侵蚀。地表粗糙度不仅作为土壤侵蚀的影响因子对风蚀强度直接产生影响，而且还通过影响其它因子从而对风蚀产生间接影响。如地表粗糙度会影响土壤的渗透率、地表径流以及地表土壤水分的蒸发率等因素，而这些都是土壤风蚀的直接或间接影响因素。地表粗糙度本身受降雨大小、风况以及耕作等因素的影响。Luttrell提出了地表粗糙度系数的概念，Allmaras等提出了“随机粗糙度指数”的概念。Potter提出了一种测量土壤表面粗糙度的方法———钉法;Sale找到一种新的粗糙度测量方法———链法。根据地区环境的特点及工程特点，本文建议地面粗糙度直接由对数公式计算出来。己知两个高度的风速时，可根据式(3)计算（公式略）式中，Z0为地表粗糙度;U2、U1分别是Z1、Z2高度处的风速。在确定地表粗糙度因子时，只要测其下垫面两个高度处的风速即可求得。次是植被的存在，影响地面以上的风能，增加地表土壤被吹蚀的难度。植被覆盖度降低导致生态环境恶化，是沙漠化扩展的主要原因，董治宝等研究认为，植被覆盖度减少引起风蚀率增加的过程体现了自然界量变引起质变的普遍规律。在实验风速12.7m/s条件下，植被覆盖度＞60%时，风蚀率几乎为零，随着植被覆盖度减少，风蚀率开始缓慢增加，当植被覆盖度减少到20%左右时，风蚀率骤然增加。研究者对植被覆盖度与土壤侵蚀量的关系从不同角度进行了分析，均说明随着植被覆盖度的增大，土壤侵蚀量下降，50%～60%的植被覆盖度能够稳定地减少风蚀强度。除植被覆盖度外，植被对地表土坡的保护作用还与植被的存在状态、高度和大小等因素有关。植被的存在状态对保护地表土壤免于风蚀的影响非常大，直立生长的庄稼保护地表土坡免于被风蚀的能力约为同等数量倒伏庄稼的6倍。由此可见地表覆盖因子在土壤风蚀中的重要性。对于植被降低地表风速方面可以采取式(4)计算（式略）式中，SLRS为土壤风蚀量的减少比率，SA为直立植被或残茬的侧面轮廓面积，等于1m2范围内直立植被的棵数乘以植株的平均直径(cm)，再乘以植株的平均高度(cm)。植被对地表土壤的遮盖保护作用可以采用式(5)计算（公式略）式中，SLRc为因植被的遮蔽保护作用而使土壤风蚀量减少的比率，cc为地表覆盖度。因铁路施工后地表植被遭到完全破坏，植被对地表土壤的保护作用及降低风速作用均不存在，故对于工程建设中植被被全部破坏而产生的地表，地表覆盖度因子C等于1。根据有关研究成果，部分地段C值可参照表4取值。T值可根据开发建设项目设计资料，各开挖或回填边坡、开挖或回填场地的坡度和坡长进行计算。平坦场地不考虑地形因子，取T=1。利用项目区大比例尺地形图和土地利用现状图，制作地类属性坡度图，同一地类属性同一坡度划分为一个图斑。求得各图斑顺坡向(垂直于等高线)长度最大值作为坡长水平投影长度Y1，由式(7)采用三角关系计算坡长Y（公式略）式中，Y为坡长，m;a为百分比坡度;B为坡度角;m为坡长因子，n为坡度因子。当25°＜B＜35°时，m=0.4;当15°＜B＜≤25°时，m=0.3;当5°＜B＜≤15°时，m=0.2;B≤5°时，m=0.1～0.15。坡度因子n值为1.3～1.4，可取1.35。

风蚀量计算方法

铁路项目在建设施工前，保持原有的地貌特征，可利用当地有关水土保持的监测资料，确定相应的土壤侵蚀模数及原地貌的土壤风蚀侵蚀模数。假设原地貌的土壤侵蚀模数为E0，施工期的土壤侵蚀模数为E1，E1/E0表示工程施工后的风蚀模数是施工前风蚀模数的倍数，即加速侵蚀系数。这样就可以确定出施工过程中土壤风蚀侵蚀模数，从而计算出项目建设过程中的风蚀量，为项目建设后采取的防治措施提供更好的设计依据，减轻因工程建设而导致的土壤侵蚀危害。

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论文摘要：举例防风固沙与水土保持植物及其应用，大量资料表明防风固沙与水土保持植物已大量应用在现代工业中，并在未来更有越来越多的应用，对其发展进行了一些展望。

1基本概念

1.1防风固沙与水土保持植物

多为较高大的乔、灌木植物和少数多年生草本植物，具有防风固沙，水土保持功能，以及耐干旱、盐碱、抗风沙作用。

1.2乡土植物

是指经过长期的自然选择及物种演替后，对某一特定地区有高度生态适应性(包括引入物种经驯化后，已成为当地生栽的物种)的自然植物区系成分的总称。在丰富的园林植物中，乡土植物是最能适应当地自然生长条件的，并且具有抗逆性强、资源广、苗源多、易栽植的特点，不仅能达到适地适树，满足于城市水土保持的要求，而且还代表了一定的植被文化和地域风情。

1.3防风林

是在干旱多风的地区，为了降低风速、阻挡风沙而种植的防护林[1]。防风林的主要作用是降低风速、防风固沙、改善气候条件、涵养水源、保持水土，还可以调节空气的湿度、温度、减少冻害和其他灾害的危害

要达到最好的防风效果，应由：10行以上的树组成，选择具有抗风性能强、根系发达的树种种植成行、成网、成带、成片的防风林，能起到抗风、护岸、防风固沙、降低风速、增加空气温度、调节水源，改善环境和维持生态平衡。

1.4土壤侵蚀

指土壤和成土母质在外营力作用下被分离、破坏和移动的过程。

1.5风侵蚀

由于风的吹东带走土壤颗粒而形成的侵蚀。

1.6水土保持植物措施

是水土保持三大措施之一，与工程措施、农耕措施组成一个有机的水土流失综合防治体系。水土保持植物措施是在林草植被遭到破坏的水土流失地区，实施人工植树种草或通过封禁实现自然恢复的措施，以增加地面有效植被覆盖，实现涵养水源、保持水土、防风固沙、改善生态的目标。植物措施不仅是一种生态治理措施，更是一种农民改善生产生活条件措施，它能很好地解决水土流失治理与水土资源配置及高效利用、农民就业机会增加与收入提高及生活质量改善、区域生态安全与经济振兴及可持续发展等一系列问题。因此，要加快水土流失治理步伐，必须加强水土保持植物措施建设。

2资源分布

水土保持植物没有特定的界限，几乎在全国大部分地区都有分布。其主要分布于二大区域。一是“三北”戈壁沙漠及沙地风沙区。主要分布于长城沿线以北地区，该区域气候干旱少雨，风力侵蚀强烈，荒漠化严重，沙漠蚕蚀绿洲，直接危害农、林、牧业。包括新疆、青海、甘肃、宁夏、内蒙古、陕西等省、自治区的沙漠及沙漠周围地区。面积187.6万km2，约占全国总面积的19.0%。其特点是在本区气候干旱少雨，大部分地区年降水量在200mm以下，风力强劲，风沙活动频繁而强烈。二是沿河、环湖、滨海平原风沙区。该区域主要是江、河、湖、海岸边沉积的泥沙，干燥遇大风形成并逐步扩大，造成掩埋各类生产用地的危害。

3特殊的利用

3.1沙棘（HippophaerhamnoidesLinn.）

沙棘之所以受到社会各界广泛、持久的关注，是由于其具有巨大的生态和经济效益以及广阔的市场前景。

（1）沙棘具有较强的生态防护功能，是我国造林绿化、国土整治和建立比较完备的林业生态体系的主要先锋树种。沙棘有发达的根系，抗旱性强，在防风固沙和水土保持方面被称为是吹不倒的“挡风墙”，冲不垮的“生物堤坝”。沙棘的生态防护功能主要表现在涵养水源、保持水土、护堤护坝、防风固沙、治理盐碱地、保护和改良草牧场、生物围栏【1】。

（2）沙棘生物量大，燃烧值高，是我国农村优质薪柴。沙棘每隔4-5年可以平茬一次，平茬物可作为燃料。一公顷4年生的沙棘林，大约可收干柴6000公斤。沙棘枝叶繁茂，耐平茬和畜啃，具有较广的饲用价值。沙棘叶含蛋白质达20.6%，脂肪6.56%，高于饲料之王紫花苜蓿。沙棘根系发达，固氮能力强，是改良土壤的有效植物【1】。

（3）沙棘具有较高的药用医疗保健价值。沙棘药品用在我国有着悠久的历史。公元8世纪，我国的藏医经典《四部医典》、《中国药典》、《中药大辞典》中记载沙棘果具有活血散瘀、止渴化痰、平喘健胃、生津止渴、消食化滞、清热止泻之功效。沙棘之所以能有这样奇特的医疗功能，是由它所含的成分决定的。沙棘除含有丰富的维生素A、B、C、E、K、P外，

还有人体所需的微量元素锌、铁、钙、铜及各种对人体有益的活性物质180多种。

（40研制生产沙棘化妆品具有十分广阔的前景。由于沙棘果汁和油含有极其丰富的生物活性物质，国内研制的沙棘美容霜对皮肤黄褐斑、黑色素沉着、皮肤皱纹、角质硬化、脱皮、老年斑等均有疗效，且皮肤普遍变得白净、细嫩。沙棘通过综合利用，不但可以产生可观的经济效益，而且有益于人类健康【2】。

3.2雪狐

雪狐抗旱、抗寒性极强；耐瘠薄，耐盐碱；产草量较高；适应性广，抗逆性强；长寿型，持久性极好；适于高寒干旱和半干旱地区建立永久草地、退化草地补播改良和水土保持、防风固沙、植被恢复。

适应性及利用:“雪狐”扁穗冰草属旱生、沙生植物，适应性广，抗逆性强，耐瘠薄，耐盐碱，具有很强的抗旱性和抗寒性，能在年降水量230~380mm的地区良好生长。适宜干燥寒冷的气候，是高寒、干旱和半干旱地区的优良牧草【3】。“雪狐”扁穗冰草在适应区域寿命极长，适宜在我国东北、西北(包括青藏高原)、华北和西南地区种植建立永久草地。“雪狐”抽穗期刈割，营养价值高，延期收割，茎叶变粗硬，饲用价值降低。一般每年可刈割2~3次，鲜草产量30~40·5t/hm2。“雪狐”扁穗冰草质地柔软，是优良牧草之一，在干旱草原区把它作为催肥牧草，反刍家畜采食后的消化率和可消化成分高。“雪狐”扁穗冰草种子产量高，易于收集，发芽力强；既可以放牧又可以刈割，既可以单播又可以与豆科牧草混播建立永久草地或退化草地补播改良。“雪狐”扁穗冰草的须根密生、具砂套、入土较深，也是一种良好的护坡、水土保持和固沙植物品种。

3.1

3.2

3.3乡土植物

乡土植物尤其是乡土树种真正体现了一个国家、一个地区植物区系的特色，由于乡土植物的应用大多历史较长或悠久，许多植物被赋予一些民间传说和典故，具有丰富的文化底蕴。因此，城市水土保持应首选乡土植物，要以乡土植物为主，引进植物为辅，以新优稀特为点缀的百花齐放的综合发展格局，充分体现城镇绿化植物的多样性和发挥最佳生态效益。用丰富的乡土植物创造有鲜明地方特色的最佳人居环境。以下列出几点乡土植物在城市绿化中的应用【4】。

3.3.1道路绿化

道路绿化可以选择国槐、红花刺槐、刺槐、馒头柳、垂柳、旱柳、银中杨、新疆杨、小叶杨、臭椿、栾树、暴马丁香等，这些树种生态功能强、观赏价值高、景观效果也好，更为重要的是，这些树种树冠大、树形优美、抗病虫害能力强、抗风性能也好，既能提供市民所需要的绿荫，也方便园林部门管理。

3.3.2公园绿化

公园绿化可以选择观花、观形、观叶、观果等各类乡土植物，带有浓厚的本土气息，野趣天成、千姿百态，如国槐，高大古朴、冠大荫浓，花开时清香扑鼻，应用这些植物构建城市园林，可为居民区提供一个近似于自然林地和开阔田野的环境。诸如山桃稠李、江南槐、樱花、海棠花、月季、丁香、绣线菊、太平花、迎红杜鹃、黄刺玫、红刺玫、馒头柳、龙爪槐、桃叶卫矛、金银忍冬、鸡树条荚迷、银杏、蝴蝶槐、五角枫、火炬树等。

3.3.3庭院、居住区绿化

庭院、居住区绿化可以利用的乔木树种有:新疆杨、银中杨、加杨、旱柳、刺槐、臭椿、暴马丁香、蝴蝶槐、桃叶卫矛、龙爪桑、碧桃、圆冠榆、辽梅杏、槐树、白蜡、垂柳、馒头柳、栾树、假色槭、火炬树、五角枫等；灌木树种有连翘、榆叶梅、黄刺玫、紫丁香、锦带、太平花、金银忍冬、接骨木、绣线菊、白娟梅、白刺玫、紫叶李、紫叶碧桃、紫叶小檗、砂地柏、铺地柏、丰花月季、金山绣线菊等；藤本植物有:五叶地锦、爬山虎、紫藤、蛇葡萄、葡萄、啤酒花、杠柳等。这些树种的合理配植、远近结合、速慢生搭配，常绿、落叶按比例栽植，讲究季相变化，可以为人们提供一个良好的工作、学习、居住环境【4】。

3．3．1

3.3.3

3.4香根草（Vetiveriazizanioiaes）

香根草作为一种非常理想的水土保持植物，受到世界银行的广泛推荐。世界银行选定香根草作为水土保持的有效生物措施，已在除南极洲以外的世界各洲建立了示范推广点，迄今为止，全世界已有30多个国家利用香根草作为水土保持植物，并取得了非常显著的效益。我国浙江、广东、福建、海南等地曾把香根草作为香料植物栽培过。1988年以来，在世界银行的极力支持下，闽浙赣川湘粤滇黔数省也把推广香根草作为水土保持措施。专家们预言，二十一世纪将是香根草用作水土保持的一个既实用又经济的时代。除了将其主要作为水土保持植物外，香根草也正被利用来治理污染、开发荒地、培育食用菌，等等。目前它的应用领域主要有以下几方面:

（1）旱坡地种植园的水土保持。将香根草呈篱笆状等高种植在旱坡地种植园边或行间，宽度约50cm左右，当迳流泥水流经草丛时，速度减缓、分散，泥沙49资料荟萃大部分滞留下来，水分一部分渗入土内，一部分从草丛中慢慢流出，侵蚀能力大为减弱，久之，草丛根部随泥沙淤积慢慢提高，逐渐形成梯田，进一步减少水土流失。目前国内外在果园、茶园、橡胶园中应用香根草来取代工程措施已成为研究热点【5】。

（2）道路、堤堰、水利工程的护坡。道路两旁、水库的堤坝、以及其它水利工程设施，都有非常陡峭的坡面，崩塌滑坡现象十分普遍。采用工程设施费用昂贵，且需要经常维护，难以取得理想的效果。香根草在这方面具有广阔的应用前景【6】。广东省公路局与华南植物所合作，在105国道从化路段开展应用香根草篱治理公路滑坡试验，结果令人满意。

（3）河岸、渠埂、水田埂的保护。香根草具有耐水湿的特点，非常适合于作河岸、渠埂、水田埂的保护植物，可减少长时间的流动水对土壤的冲刷。

（4）污水池、废弃垃圾场的治理。香根草对许多处重金属元素具有很强的抵抗能力，在污染严重的地方都有生长良好，可将其种植于污水池、废弃垃圾场等地，既治理了环境，又可繁殖大量种苗。

（5）防风固沙【7】。滨海地区风沙的侵蚀是农作物生长的主要障碍因子，种植香根草作风障可减缓风速，制止或减轻风蚀现象的发生，保证作物的正常生长。

（6）天然防火线。鲜活的香根草植株不易燃烧，在田间，香根草篱是天然的防火线。

（7）提取香根草油。香根草根中含有3%的香根油，化学成分为岩兰草醇，是一种天然的香料，可作为化妆品工业等的原料，每公斤价格40美元左右。但以水土保持为目的而种植的香根草不能挖根取油，否则就达不到保持水土的目的。

（8）培养食用菌。香根草是一种优质的菌草，它的茎叶是培制香菇、毛木耳、黑木耳、平菇、金针菇、猴头菇等食用、药用菌的优质原料。

（9）开发荒地的先锋植物。香根草由于适应性广、抗逆性强，在开发荒地时是非常理想的先锋植物。非洲的Sahel和印度北部的Bharatpur在火山和干旱等特殊地区种植香根草已有几百年的历史【7】。

（10）其它用途。香根草可编织工艺品，也可作为茅屋、棚舍顶的材料，还可作为牲畜的垫栏材料和燃料，以及作为种植园的地面覆盖材料【8】。

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

蓑草根系长度及其在土壤剖面中的分布在120cm×90cm土体内，蓑草根系总长98714.8cm，平均根长0.91cm/cm3，在土壤表层高达9.42cm/cm3。研究土体周长420cm，根系总长度相当于缠绕整个土体235圈，正是根系的这种缠绕固结作用显著提高了土壤抗侵蚀的能力。在土壤剖面的横向分布上，蓑草根系随着距蓑草中心距离的增加而减少，且集中分布在蓑草植株左右40~50cm左右的土体内，其中近50%的根系分布在植株左右20cm以内，近65%分布在左右30cm以内，80%分布在左右40cm内，近90%分布在50cm左右【9】在土壤剖面纵向分布上随土层深度增减而递减，且集中分布在40cm以上土体内，其中60%分布在20cm以上土体内，80%分布在40cm以上土体内，90%分布在60cm以上土体内(图2)。因此，蓑草根系对表层尤其是40cm以内相对肥沃土壤的渗透性、抗冲性和抗剪性的提高具有重要意义，对防止因土壤侵蚀引起的土壤质量退化具有重要作用，且其提高土壤抗侵能力的有效性也势必随土层深度的增加而逐渐减弱。

蓑草根系平均直径0.20mm~0.50mm，95%的根系平均直径小于0.40mm。土体根系总体积85.13cm3，根系总表面积10139.68cm2，约为土体表面积的39%，在土壤表层根系表面积高达土体表面积的2~3倍。]在研究黄土高原草地植被恢复对土壤腐殖质及水稳性团聚体的影响时发现，0.1mm~0.4mm毛根对于团聚体的形成除了“缠绕、串联”作用外，根系的网络及根土界面的粘结作用可能也有重要意义；毛根的作用主要体现在大型团聚体(>2mm)的形成上，根系表面积指标与团聚体的相关性比毛根长度要好，他认为，用毛根表面积分析评价其提高土壤水稳性团粒、强化抗冲性的作用比用有效根密度或根系生物量更能揭示其固结土壤的作用机制【9】。由于蓑草根系极为丰富且以0.25~0.35mm的细根为主，表面积大，粘接作用明显，故其改善土壤抗侵蚀性能的有效性显著，对提高50cm以内土体的土壤抗侵蚀能力尤为突出。

2003到2004年的监测结果表明，在12度坡度情况下，坡改梯后净作蓑草(PECC)年径流量仅为49.90m3/hm2，年土壤流失量为155.78kg/hm2，而未坡改梯且农作情况下(FNC)，年径流量314.29m3/hm2为前者的6.30倍，年土壤流失量3322.50kg/hm2为前者的21.33倍。在24度坡度情况下，坡改梯后土埂及边坡种植蓑草、坡面农作(PERBC)年径流量248.04m3/hm2，年土壤流失量612.00kg/hm2，坡改梯后净作蓑草(PECC)径流量42.44m3/hm2，土壤流失量153.75kg/hm2，而未坡改梯且农作(FNC)情况下年径流量高达785.73m3/hm2，分别为处理1的3.17倍，处理2的18.52倍，年土壤流失量高达37503kg/hm2，分别为处理1的61.33倍，处理2的244.12倍。由此可见，蓑草的水土保持效益十分突出，蓑草是长江上游丘陵地区重要的水保草种资源，蓑草植物篱农作技术体系是坡耕地保护利用的重要技术措施【10】。

根据2003到2004年径流监测结果，按降雨量大小排序，以降雨量为x，径流量为y，在不考虑降雨强度的情况下做直线回归趋势分析，结果表明，径流量与降雨量具有显著的线性相关关系，可以认为蓑草通过地表覆盖、丰富的根系与土壤的相互作用过程对改善土壤抗侵蚀环境的效益十分显著，蓑草不仅对小降雨量、小强度的降雨径流具有显著的防止作用，而且对降雨量和降雨强度大、持续时间长的降雨径流也具有显著的防止作用。蓑草植物篱减少径流的效益随坡度增大而增加【10】.

4．开发潜力

按照1994年10月在巴黎签署的联合国防治荒漠化公约中的定义，“荒漠化系指包括气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的土地退化”。

荒漠化被称为“地球的癌症”，是20世纪下半叶以来现代人类社会面临的四大生态环境问题之一，其他三个是全球气候变化、生物多样性保育与环境污染

按照1994年10月在巴黎签署的联合国防治荒漠化公约中的定义，“荒漠化系指包括气候变异和人类活动在内的种种因素造成的干旱、半干旱和亚湿润干旱地区的土地退化”。

我国政府已将水土保持生态建设确立为21世纪经济和社会发展的一项重要的基础工程，水土保持生态建设的资金投入已经大幅度稳定增加，水土保持规模、速度已远远超过以往任何时期。为适应这种需求，2005年，由水利部、中国科学院、中国工程院联合组织的由20余位院士、几百名专家参加“中国水土流失与生态安全综合科学考察”；2007年5月，国家将“中国主要水蚀区土壤侵蚀过程与调控机制研究”列入国家重大基础研究计划。这表明我国水土保持科技事业遇到了前所未有的发展机遇，将对水土保持科学发展产生历史性巨大的促进作用。

项目拟解决的三个关键科学问题：

（1）主要水蚀区土壤侵蚀的发生发展过程与驱动机制。复杂的自然条件、巨大的人口压力和悠久的农业开垦历史，使我国成为世界上土壤侵蚀类型最多、分布面积最广、侵蚀程度最严重的国家。所以，研究中国土壤侵蚀的发生发展过程与驱动机制就是解决世界土壤侵蚀科学的难题

（2）复杂环境下土壤侵蚀模型构建的理论与方法。由于我国土壤侵蚀环境因子复杂，国际上流行的，如美国、欧洲的侵蚀模型在我国难以应用，考虑到区域差异和尺度的影响，急需研究建立适合我国自然环境的土壤侵蚀模型理论与方法.

（3）水土流失与水土保持环境效应评价理论与调控机理。严重的水土流失引起了严重的生态问题和社会问题，长期的水土保持活动也产生了明显的效益，建立科学的评价指标体系为指导全国水土保持提供科学依据，已经成为水土保持科学研究的重要任务。陵区、西北黄土高原区、西南紫色土山丘区等4个水力侵蚀区。前两个区是我国主要商品粮生产区；后两个区分别是我国黄河、长江两大河流中上游泥沙主要来源区。研究队伍集中了全国水土保持研究的主要力量，包括中科院7个研究所、8所大专院校及黄河、长江两大流域研究机构本学科领域主要骨干。李锐研究员介绍说，项目总体框架可用“1357”概括，即一个总课题，拟解决3个关键科学问题，包括了5个方面的研究内容。

5.特色种类

5.1沙拐枣（Calligonummongolicum）

别名：头发草

科：蓼科

产地分布：分布于中国甘肃、新疆、内蒙古等省区

形态特征：老枝灰白色，开展。1年生枝草质，绿色，有关节。叶条形，托叶鞘膜质，瘦果宽椭圆形。花期5~6月。

生长习性：极耐高温、干旱和严寒。萌芽性强，被流沙埋压后，仍能由茎部发生不定根、不定芽。多生于沙地、戈壁滩、干河床以及山前沙砾地。

景观用途：沙拐枣为防风固沙植物。花、果及老枝均有一定观赏价值，适宜点缀公园。也可盆栽。全株可入药。

培育繁殖：用种子或压条繁殖。

5.2山荞麦（Polygvnumaubertii）

别名：木藤蓼、康藏何首乌

科：蓼科

产地分布：产于陕西、甘肃。内蒙、山西等省区也有分布。

形态特征：茎缠绕或近直立，初为草质，1-2年后变为木质或近木质，长达数米。叶互生或簇生，长圆状卵形，先端急尖，基部浅心形，两面光滑无毛。花序圆锥状，顶生。苞膜质，内含3-6朵花。花小，白色，花被5深裂。果实卵状三棱形，黑褐色。

景观用途：山荞麦开花时一片雪白，有微香。是良好的攀援和蜜源植物。

培育繁殖：可播种或扦插繁殖，发芽率很高。

5.1

5.2

5.3苎麻（Boehmerianivea）

科名：荨麻科

别名：家苎麻、白麻、圆麻

产地分布：湖南、湖北、四川、安徽、江西、广西、浙江、贵州、河南、陕西、江苏、云南、福建、广东和台湾等省(自治区)均有。以湖南、湖北和四川省为最多。

形态特征：半灌木，高1～2m；茎、花序和叶柄密生,短或长柔毛。

5.4沙棘（HippophaerhamnoidesLinn.）

科：胡颓子科

形态特征：落叶灌木或乔木，高5～10m，具粗壮棘刺。枝幼时密被褐锈色鳞片。互生，线性或线状披针形，两端钝尖，下面密被淡白色鳞片；叶柄极短。花先叶开放，雌雄异株；短总状花序腋生于头年枝上；花小，淡黄色，雄花花被2裂，雄蕊4；雌花花被筒囊状，顶端2裂。果为肉质花被筒包围，近球形，橙黄色。花期3～4月，果期9～10月。生于河边、高山、草原。

生长习性：沙棘能适应不良的环境条件，沙棘适应性强，耐旱耐寒，不择土壤，无论干瘠、水湿及盐碱的地方都能生长。

产地分布：广泛分布于我国西北、华北以及西南地区。

用途：沙棘在荒山、荒坡、荒滩治理中成为了生态建设的造林先锋树种，在调节微气候、改良土壤、涵养水源、防风固沙、创造野生动物的生存条件等方面发挥着巨大的作用，有着无可比拟的重大生态价值。沙棘的防风固沙作用很强，当沙棘根系网络形成以后，当地的沙粒基本可以固着。一方面是地上枝叶部分的阻隔，另一方面是地表枯落层和密集的草本植物的覆盖。这样在风沙源地带种植沙棘，在控制沙尘暴源头的沙尘上，有着重大的作用。

5.3

5.4

5.5紫穗槐（AmorphafruticosaL）

别名：绵槐、紫花槐，

科：豆科

形态特征：多年生落叶丛生小灌木，高l一4米。羽状复叶；小叶11-25，卵形、椭圆形或披针状椭圆形，长1.5-4厘米，宽0．6-1.5厘米，顶端圆或微凹，有短尖，基部圆形，两面有白色短柔毛。穗状花序集生于枝条上部。花冠紫色，旗瓣心形，没有翼瓣和龙骨瓣；雄蕊10，每5个一组，苞于旗瓣之中，伸出花冠外。荚果下垂，弯曲，长7-9毫米，宽约3毫米，棕褐色，有瘤状腺点。花果期5-10月

产地分布：在我国大部分地区均适宜栽植栽培，广布于我国东北、华北、河南、华东、湖北、四川等地。

生长习性：紫穗槐对土地要求不严，耐盐碱、耐瘠薄、耐干旱、耐涝、耐寒、抗沙压、抗逆性强、根系发达，并具有很强的抗病、虫、抗烟和抗污染能力。|

经济用途：紫穗槐较强的生命力可以有效抑制杂草的生长，用于公路边坡绿化，不仅可以降低雨水对边坡的冲刷强度，保护路肩、边坡，而且在一定程度上降低了养路成本。若在陡坡和高填方路段进行栽植，对减少水土流失，保护公路边坡，美化环境，减少污染等方面，更是有着明显的效果。

5.6文冠果（XanthocerassorbifoliaBunge）

科：无患子科

形态特征：落叶小乔木或灌木，高可达8m。树皮灰褐色，粗糙条裂；小枝幼时紫褐色，有毛，后脱落。奇数羽状复叶互生。花杂性，整齐，白色，基部有由黄变红之斑晕；蒴果椭圆形，径4-6cm，具有木质厚壁。花期4-5月；果熟期8-9月。

产地分布：文冠果是我国特有的树种，原产我国北部干旱寒冷地区，的一些旧喇嘛庙内，至今仍有树龄较大的老文冠果树。

生长习性：喜光，也耐半荫；耐严寒和干旱，不耐涝；对土壤要求不严，在沙荒、石砾地、粘土及轻盐碱土上均能生长，但以肥沃、深厚、疏松、湿润而同期良好的土壤生长好。深根性。主根发达，萌蘖力强。

篇4

1“湿地农业”的提出

“湿地农业”的概念是在“湿地”概念的基础上发展起来的。多水（包括地下水、地表水）是湿地的基本特征。国际上提出湿地的概念，主要是鉴于该类自然资源对调节自然环境和保护生物物种的绝对重要性，即所谓“大地之肾”的特点提出来的，其核心是要加强对湿地的保护[6～7]。但对我国江汉平原乃至长江流域来讲，近600年来，已有大片的湿地被开垦成了以水稻田为主的人工湿地，该湿地的主要功能已转变成农业经营的基础条件、生产农产品的功能上来。在该地区农业经营中，除要保护好依然存在的部分自然湿地、发挥湿地的生物和生态功能外，农业的经营本身还或多或少受到本区湿地特征的影响，如何根据其特点进行农业经营、处理好湿地开发、利用与保护之间的关系，是湿地农业所要解决的关键问题。很早以前，我国劳动人民针对南方多雨的特点，在有效排水和农业利用上就创造了一套成功的方法，在珠江三角洲形成了著名的“桑基鱼塘”系统，在长江下游地区则有所谓“圩田”利用方式。而在长江中游的两湖平原，则是以湖垸形式的土地利用方式占优势。而且这部分地区在我国农产品生产上的地位十分突出。相对于我国北方干旱地区的干旱农业而言，我国南方湿地季风气候条件下湖泊湿地地区的湿地农业，还面临着一系列特有的问题与挑战。开展湿地农业研究意义十分重大[8～13]。

2江汉平原湿地农业的特点

在低湿地上之所以短期内发展了出色的农业，固然与人口压力密切相关，但也与其具有独特的优点息息相关。江汉平原地势平坦，土地肥沃；光热水资源丰富，雨热同季，宜于农作；交通发达，综合经济实力雄厚，湖北省综合经济实力百强县大都位于江汉平原地区之内。但是在20世纪50～80年代期间，江汉湖泊数量和面积急剧减少，耕地面积骤增，生态环境日益脆弱化。农业灾害，包括洪、涝、渍、干旱、病虫、冷热等日益严重，农业耕作和生活的设施水平与条件十分恶劣，农业的结构单一，劳动生产力与土地生产力徘徊不前，农业资源浪费严重，比较效益低下。形成了江汉平原湿地农业的基本背景[10，12]。江汉平原的湿地农业还具有一些具体特点。

2.1垸田特征

江汉平原湿地垦殖所产生的直接结果是大量垸田的产生。所谓垸田，就是人为地由湖边向湖心通过建立堤坝、排干湖水，建立相应的水利设施，即所谓“围湖造田”形成的农田。最后在地貌上就自然形成了一个个由人工开挖形成的水系相对独立的垸落。从大的方面来看，垸田由于开垦历史不同，所属各异，因而垸落与垸落之间形成各种人为的隔离和阻碍，道路和水系混乱，不利于农田作业以及灌溉、排水与行洪。每逢5～10年一遇的大雨，往往形成大面积内渍[1，14]。

垸田的另一特征是土壤长期接纳河流冲积物和湖渍物，因而表现为土体深厚、有机物丰富、土壤潜在肥力高但有效肥力低。由于其土地平整与水利设施大都不充分，因而排水不良。春季土壤升温慢，形成所谓“冷渍田”。此外，还有一部分低湖田表现为土壤粘粒成分含量高、土壤结构不良。从土壤营养上来看，该地区土壤严重缺磷和缺锌[4，15]。

2.2地貌和生态上的分异特征

江汉平原的农田多由湖泊开垦形成，在地貌和生态上呈现出有规律的变化。王克林等在对洞庭湖湿地进行探讨时指出了洞庭湖区具有碟形盆地圈带状立体景观结构的特点。并将该湿地归纳成3个圈次，即1）内环敞水带；2）中环季节性淹没带；3）外环渍水性淹没带[2，8]。蔡述明等在江汉平原四湖地区监利新兴垸进行的研究阐明了四湖地区“湖垸同体”，从湖边到湖心可分为9种农业利用地貌类型的规律[4]。我们通过对典型碟形洼地——高场示范区的剖析，观察到一个没有彻底完成垦殖过程的低湖地在多个土壤特征上（地下水位、土壤剖面结构、土壤机械构成、土壤营养、土壤温度和综合土地质量）存在明显的梯级递变，因而其适宜的农业利用价值也是不同的。

2.3灾害加剧与生态脆弱化特征

由于本地区独特的地理气候特点，近几十年来自然灾害的频率和程度日益加剧。主要灾害有洪灾、涝渍、干旱和病虫灾害等[16～18]。叶柏年等在分析湖北省旱涝发生情况时，论述了进入上世纪80年代以来，灾害日益加重，如1980、1982、1983、1991、1993、1995、1996、1998年均为特大洪涝年，每年因洪涝使农田成灾面积均超过66.7万hm的标准，平均两年就遇一次，其中1991年农作物受灾174.97万hm，农业损失55亿元。80年代与50年代相比，旱灾面积增加1.28倍，涝渍面积增加1.67倍。

王学雷等对江汉平原的生态脆弱性进行过专题论述[19]。除上述以洪涝为主体形成的各种自然灾害外，江汉平原还面临严重的生态脆弱化问题。包括，1）耕地面积日减，人口骤增，土地的承载压力越来越大；2）土壤有机质含量逐年下降，物理结构劣化，生产性能下降；3）生物多样性下降，时有暴发性或毁灭性病虫害发生；4）水体面积减小，湖水水质下降，渔农矛盾日渐突出；5）农业内部结构单一，农业经营比较效益低，农业经济再生产难以完成；6）农业设施老化，基本建设严重落后，农民生活得不到应有保障，等等，应该说湿地地区的农业面临着一系列严峻的挑战。

3湿地农业技术体系探讨

局部性、季节性水环境恶化是南方低湿地的一个带普遍性的问题。位于该地区的以湖泊为主体的自然湿地既是当地农业的重要环境，又在该地区整体的水资源调度和控制中发挥着越来越重要的作用。必须从整体上来认识南方低湿地区存在的各种问题，大力开展湿地农业技术研究（图1）。

附图

图1“湿地农业”构成图

3.1湿地农业关键技术的探讨

“九五”期间，我们对农业湿地中的主体——涝渍地合理开发利用技术进行了较深入的研究，关键技术包括：

（1）涝渍地农业小区综合整治开发规划与实施研究建立了两个分别代表典型“湖积地”和“冲积地”的涝渍地改良综合开发示范区，在示范区的综合整治与开发规划中提出了以“单元水系”为基本单位整治涝渍地的观点，将农田基本建设作为整治涝渍地的先决手段。规划中还引入了日本区域排水规划的数理模型与土地分析的“数量化理论Ⅰ”，实践证明上述两种方法对江汉平原湿地地区微地域特点的分析具有较好的适用性。研究还将高场示范区的开发模式总结为“农田整备+梯级开发”，岑河示范区的开发模式为“农田整备+优化模式”[22～24]。

（2）涝渍地排水改良技术

湿地农业中农田的排水是一项关键技术[25～27]。研究开发和引进了适合于湿地农业小区排水的数学模型以及农道、沟渠、土地平整的工程技术参数。深入探讨了农田涝渍相随的作用过程和主要作物棉花、大豆、油菜在关键生育期的排渍标准和涝渍排水综合控制指标[28]。

（3）涝渍地土壤肥力特征及改良技术

选择典型地域对近20年来大范围的江汉平原湿地农田土壤肥力动态演替进行了分析和评价，采用土壤系统分类法，对涝渍地的土壤类型进行了重新划分，找出了不同类型涝渍土壤的特征与利用方法。探讨了涝渍地土壤的分布与肥力演变规律。

（4）适生生物种质资源的发现、引进与鉴定

对多种水生经济植物莲藕、芡实等的适宜特性进行了鉴定。发掘并开发了新鱼种——月鳢，继续扩大了对适宜于湿地的早熟西、甜瓜品种的筛选，选出适合于大面积推广的新品种“黄宝石”、甜瓜“丰甜1号”。引进筛选出“两优培九”和“丰两优1号”等品种作为湿地高产优质水稻换代“组合”。

（5）主要作物抗涝渍的机理及抗渍高产栽培

重点对水稻、油菜等作物不同抗（耐）性品种间差别产生的机理进行了探讨，并总结出一套本地区水稻的抗渍栽培技术体系。研究认为栽培上应重点抓好品种筛选和育苗技术两个环节[29]。

（6）涝渍地作物病虫草害的发生规律及综合防治技术

重点对涝渍地上易发生的稻飞虱、稻螟和纹枯病、白叶枯病的发生特点进行跟踪调查，以有效排水和节水灌溉为出发点，探讨了病虫草害综合防除策略。（7）涝渍地生态环境异化评价及生态恢复技术

湿地环境异化程度在日益加重，环境异化的根源在于人类对湿地资源的过度和不合理的利用。环境治理策略既要注重缓解环境压力，也要注意照顾当前经济发展，要做到二者的良性互动。

（8）涝渍地高效农业模式研究

湿地良好的土壤潜在肥力和充裕的光、温、水等自然资源为本地区农业的主体产品开发和农田多熟制提供了十分难得的自然条件[5，30～32]。以“麦—瓜—稻”模式为基础，面对新的农村形势，新创了4种高效农业模式。这4种模式是系统针对本地区爽水型高产水田、旱田、农牧肥结合以及保护地栽培方式分别形成的，在生产中已得到迅速推广。

3.2湿地农业综合开发典型模式探讨

湿地农业模式总体上可分成农田高效农业模式，农林间（混）作模式，水体养殖模式，种养加一体化模式和碟形地域梯级开发模式等5类。每一类有若干种形式的模式。主要模式可以归结为如下几种：

（1）适宜于中小水面的分层混养模式；

（2）适宜于连片池塘的鱼、猪—禽复合混养模式；

（3）适宜于大中型水面的网箱养鱼与流水围栏精养模式；

（4）野生水生植物人工种植园模式；

（5）适宜于河滩湖滩季节性淹水带的耐渍经济植物模式；

（6）低湖田鱼—稻—藕共生模式；

（7）湖区生态公园观光农业模式；

（8）适宜于大面积低湖田的一季中稻模式；

（9）适宜于典型碟形洼地的梯级开发模式；

（10）适宜于高产爽水区的多种农田高效种植模式，包括：麦—瓜—豆—稻模式；油—瓜—稻模式；菜—甜瓜—杂交棉模式；大麦=玉米+绿豆—晚稻—畜禽模式。

优化模式的实施产生了良好的生态、经济和社会效益。其中经济效益尤为显著[3，5，33～36]。

3.3湿地农业的若干技术难题

纵观江汉平原过去几十年来的研究，湿地农业的技术研究多集中在点、区或者局部技术环节上，成绩很大但有所偏颇。今后应加强如下重大关键问题的研究。

（1）关于湿地农作区国土综合整治，即生产、泄洪和湖区水面面积的合理比例及其规划建设问题。进入20世纪90年代以后，湖泊面积还在继续减少，减少的部分主要用来作渔业养殖用。与低湖农田的利用方式相比，渔业养殖兼顾了蓄水、生产和调节生态环境等多方面功能，生态与经济效益显著，因而显示出较大的优越性。但江汉平原全域内土地面积如何在生产、泄洪和湖区水面之间分配出一个合理的比例，并通过具体地规划、布局（该布局还应该与相关的水利、农业设施相匹配），是今后湿地农业中必须要解决的一个首要问题。应该学习日本“土地改良区”的做法，大范围统一规划，整体分区建设；通过立法，集中来自于国家、地方和农业经营者的有效投资；规划与建设必须遵循统一的技术规范，做到资源的可持续利用与开发、保护的有机结合。

（2）关于拳头产业的选择与培育。要在减轻涝渍为害的同时，充分发挥湿地地区多水与土地肥沃的优势，培育特色产业，建立相应的优质、名牌商品基地。而这一方面恰好是江汉平原湿地农业过去的薄弱环节。具体来讲，需水较多的水稻、油菜，水生动物（鱼、鸭、鹅等）养殖，水生经济植物产品是本地区农业发展的潜在优势，但一直以来未形成相应的产业和产品优势，今后应重点研究其从基地化生产到加工、包装和销售一体化的技术，形成湿地农业的特色。

（3）关于恢复优美环境与确保食物安全。江汉平原的地理特点决定了该地区各种用水可能在不同区域之间产生多次循环使用，而且人畜饮水、农业灌溉用水与生活排水之间极易相互混杂。以水作媒介，农药、化肥及有机污染物容易得到迅速传播与分布，从而导致对环境的大面积污染，进而导致对农产品的污染。在江汉平原这个传统的农业集约区和国家农产品生产基地，如何保证农村广大土地以及农产品免遭污染，改善农业从业者的生产与生活环境，将是今后湿地农业技术体系中的一个难点。

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篇5

关键词：膨胀土；研究进展；综述

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

中图分类号：TU475文献标识码：A 文章编号：

引言

膨胀土是指吸水后显著膨胀、失水后显著收缩的高塑性粘性土。随着工程中膨胀土问题的逐渐增多，膨胀土对工程的危害已成为当今岩土工程界急需解决的全球性技术难题之一。20世纪30年代，国外首先开始注意到膨胀土的破坏现象。50年代末，美国首次全国性的膨胀性粘土学术会议在科罗拉多州召开。60年代到70年代后期，英国、美国、罗马尼亚、前苏联及日本都相继在正式的土工规范及铁路规范等文件中增列了有关膨胀土的条文内容。我国于20世纪50年代初，在修建成渝铁路工程中，首次遇到成都粘土膨胀危害问题，从而拉开了我国膨胀土研究的序幕。到了60年代，国内已经开始从膨胀土的结构、矿物成分、分类及膨胀基本特性等方面开展了详细研究工作。70年代中期，膨胀土的普查工作已在国内大规模的进行。80年代后期，国内膨胀土的研究重点主要集中在铁路路基处理上，并于1987年制定了《膨胀土地区建筑技术规定》[1]。迄今为止，国内外已召开过多次国际膨胀土研究与工程会议及国际非饱和土研究与工程会议，国外许多国家也都相继制定了膨胀土地区建设的规范文件[2]。有关膨胀土的结构特征、力学特性、变形特点等问题都取得了一定的突破。膨胀土的研究逐渐从一个国家或地区的研究逐渐发展成为世界性共同研究的课题。本文主要在前人研究基础上对膨胀土的研究现状作简要概述。

膨胀土的分布及成因类型

1.1膨胀土的分布

膨胀土在我国及世界范围内的堆积历史都较为悠久。跨越了第四纪、新第三纪及其以前若干时期。目前，已发现多达40余个国家存在膨胀土堆积，其中我国是世界上膨胀土分布最广，面积最大的国家之一。自50年代以来，我国先后发现膨胀土危害的地区已达20余个省、市、自治区。分布范围主要集中于珠江、长江中下游、黄河中下游及淮河、海河流域的广大平原、盆地、河流阶地以及平缓丘陵地带。

1.2膨胀土的成因类型

据国内外大量膨胀土研究成果，膨胀土的类型主要有以下几种类型：

（1）残积(风化)型膨胀土

残积(风化)型膨胀土不仅是工程问题和地质灾害最严重的一种膨胀土，同时也是热带、亚热带气候区特别是干旱草原、荒漠区最主要的膨胀土类型。残积型膨胀土具有高空隙性、高含水量和强烈胀缩的特点，这种不良特性来自化学风化作用，可使母岩结构破坏，矿物化学分解，碱及碱土金属和碳酸盐淋失，导致结构物不均匀开裂变形、结构破坏等。根据母岩成分不同形成的膨胀土有:a）玄武岩、辉长岩形成的含蒙脱石的残积膨胀土；b）泥灰岩、钙质泥岩残积膨胀土；c）泥质岩残积型膨胀土。

（2）沉积型膨胀土

工程实践和理论研究表明，并非所有的粘土都具有显著的膨胀性，而仅仅是有效蒙脱石含量大于8%～10%的高塑性粘土才具有显著的膨胀性。由于蒙脱石是微碱性富含Mg的地球化学环境下的产物，因此富含蒙脱石及其混层矿物的沉积型粘土主要形成和分布在半湿润、半干旱的暖温带和南北亚热带半干旱草原气候环境的沉积盆地中，其形成方式可以是湖积、洪积、坡积或冰水沉积。

（3）热液蚀变型膨胀土

地下热水和温泉分布区由于热水和温泉与岩石的相互作用，导致岩石中长石等矿物分解转化为蒙脱石而形成膨胀土，但并非各种岩石都可以产生蒙脱石化作用，通常仅是中基性火成岩，如玄武岩、辉绿岩、安山粉岩等。因此，热液蚀变型膨胀土这种类型并不普遍，我国仅在内蒙古阿巴嘎旗第四纪玄武岩和温泉发育区有灰绿色热液蚀变型膨胀性粘土的分布。国外在近代火山活动频繁、温泉热水发育的地区较多。

膨胀土的结构

结构是影响膨胀土工程性质的另一个重要因素。膨胀土的结构包括宏观结构和微观结构，其中宏观结构的主要特征是膨胀土的多裂隙性。多裂隙所构成的裂隙面及软弱面是宏观结构对膨胀土工程性质影响的最直接原因[3]。由于裂隙的存在破坏了土体的完整性，从而使强度评价产生困难。同时由于裂隙具有不均一性和变动性，使膨胀土表现出不同的强度特性[4]。耿建彬[5]将裂隙的形成和发育分为原生裂隙和次生裂隙，并研究了影响次生裂隙形成发育的因素。易顺民[6]结合分形几何和裂隙结构，探讨了膨胀土裂隙研究的定量化模式。膨胀土的微结构是膨胀土在一定的地质环境和条件下，由土粒孔隙和胶体结构等组成的整体结构。对膨胀土微观结构的研究，有助于了解膨胀土的力学特性。随着X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等测试技术的发展以及数字化图像处理技术的应用，使人们对土的微观结构的认识更深一步,发展到定量研究阶段。Delage[7]认为对非饱和土力学性质的理解需要用可靠的概念模型来实现。第一种概念模型涉及到非饱和土的微结构，第二种模型即非饱和土的弹塑性模型。Delage等在对压缩淤泥的微结构研究中注意到各种状态下压缩土的结构特征，以及含水量变化对土结构的影响。Alonso[8]等在研究膨胀土的结构特性后提出双结构模型，指出微结构对应饱和的内部凝聚孔隙，它主要受黏土与水的物理化学相互作用，并认为微结构具有可逆性。刘松玉[9]用分形理论研究了膨胀土的微观结构，并建立了相应的数学模型。对膨胀土的微结构的研究有助于我们对土的力学性质、胀缩机理的深入理解和认识，但还需要深入研究土体微结构变化对工程性质的影响。

膨胀土的判别分类

在膨胀土地区进行工程建设，必须正确识别膨胀土与非膨胀土，并对膨胀土进行分类，即将工程性质基本相似的膨胀土划分为同一类别，以便为工程的设计与施工提供合理的参数和科学依据。

膨胀土在世界各地都有分布，成因类型多种，关于膨胀土的判别，国内外尚不统一，就我国也有多个标准，如：公路工程地质勘察规范(JTJ064-98)、公路路基设计规范(JTG D30-2004)、公路土工试验规程(JTJ051-93)、岩土工程勘察规范(GB 50021 2001)、膨胀土地区建筑技术规范(GBJ112-87)等。

上述各规范对膨胀土的规定互有出入，即使公路部门执行的公路标准也还存在如何执行的问题。虽各标准界限和强调重点有所不同，但各标准都是以自由膨胀率δep为初判的标准，以胀缩总率（eps或ep50)为终判标准[10]，见表2、表3。各种规范(规程)对膨胀土的定义和判定标准不尽相同，说明各行业标准有所差异。膨胀土的含义、命名、判别方法及工程性质评价仍主要以《膨胀土地区建筑技术规范》(GBJll2-87)为依据。在此基础上，许多学者对判别指标的选取及评判方法进行了相关研究，取得一定的成果，如杨世基指标[11]等。

表2 膨胀土的初判标准

规范、标准代号 膨胀土等级 自由膨胀率δep /% 说明

I 、Ⅱ 、Ⅲ 、Ⅳ、V 强 ＞90 I 、Ⅱ 、Ⅲ强调“高塑性，高液限”， IV 、V 强调综合判断.

中 65～90

弱 40～65

表3 膨胀土的终判标准

规范、标准代号 判断计算式 胀缩总率eps或ep50 说明

I 、Ⅱ 、Ⅲ 胀缩总率 eps:>4% 强 主要考虑士的可能含水量变化

eps /% eps:2～4% 中

eps:0.7～2.0% 弱

Ⅳ、V 地基胀缩变形量Sc /mm Sc: >70 mm 强 除考虑含水量变化外，还考虑地基的工作应力

Sc:35～70 mm 中

Sc:

注：ωn均为地基收缩过程中可能产生含水量的下限值；ω为土的天然含水量山；λn为收缩系数，通过收缩试验确定；ep50为50 kPa 压力下的膨胀率；σepi为第i层土在地基应力作用下的膨胀值(mm)；∆ωi为第i层土可能发生含水量变化值(以小数表示)。

膨胀土的物理力学性质

4.1 膨胀土工程特性

（1）胀缩性。胀缩性指膨胀土吸水后体积膨胀，失去水分后体积收缩的特性。如膨胀受阻产生膨胀力可使路面隆起，失去可使路面下沉或土体干裂。膨胀土不同于其它粘土的胀缩性，反复的干缩湿胀导致土体的有效凝聚力下降，使得土体的强度降低。

（2）多裂隙性。膨胀土中的裂隙，主要可分为垂直裂隙、水平裂隙与斜交裂隙三种类型。这些裂隙将土体层分割成具有几何形状的块体，如菱块状、短柱状等，破坏了土体的完整性。膨胀土路基边坡的破坏，大多与土中裂隙有关，且滑动面的形成主要受裂隙软弱结构面控制。目前有两种观点阐述膨胀土的裂隙性，一是认为裂隙的产生由于膨胀土的胀缩特性导致，由于反复的吸水膨胀、失水干缩，反复周期变化，导致土体结构松散，而结构的松散使得雨水进入，又为胀缩创造了条件。另一观点认为，裂隙性引起的应力集中和吸力下降等原因造成了土层软化，引起土体的破坏。

（3）遇水崩解性。膨胀土浸水后体积膨胀，在无侧限的条件下则发生吸水湿化。不同类型的膨胀土崩解性不同，强膨胀土浸水后，几分钟很快就完全崩解；弱膨胀土浸水后，则需要经过较长的时间才能逐步崩解，且不完全崩解。

（4）超固结性。膨胀土大多具有超固结性，天然空隙比较小，干密度较大，初始结构强度较高。超固结膨胀土路基开挖后，将产生土体超固结力释放，边坡与路面出现卸载膨胀，并常在坡脚形成应力集中区和塑性区，使边坡容易破坏。超固结性是膨胀土的一个重要特征，这个特征越来越受到重视，并被认为是导致边坡渐进性破坏的一个重要原因。

（5）强度衰减性。膨胀土强度为典型的变动强度，具有峰值极高而残余强度极低的特性。由于膨胀土的超固结性，其初期强度高，随着土体受胀缩效应和风化作用时间的增加，抗剪强度将大幅度衰减。强度衰减的幅度与速度和土体的物质组成、土的结构和状态、风化作用以及胀缩性的大小有关。

（6）易风化特性。膨胀土受气候因素影响，极易产生风化破坏作用。路基开挖后，土体在风化作用下，很快产生碎裂、剥落和泥化等现象，使土体结构破坏、强度降低。按其风化程度不同，一般可将膨胀土划为强、弱、微三层。

4.2膨胀土物理特性

膨胀土按粘土矿物分类，可以归纳为两大类，一类以蒙脱石为主，另一类以伊利土和高岭土为主。蒙脱石粘土在含水量增加时出现膨胀，而伊利土和高岭土则发生有限的膨胀，引起膨胀土发生变化的条件，有一下几方面：

（1）含水量。膨胀土具有很高的膨胀潜势，这与它含水量的大小及变化有关，如果其含水量保持不变，则不会有体积变化。在工程施工中，建造在含水量保持不变的粘土上的构造物不会遭受由膨胀而引起的破坏。当粘土的含水量发生变化，立即就会产生垂直和水平两个方向的体积膨胀，含水量的轻微变化，仅1%～2%的量值，就足以引起有害的膨胀。

（2）干容重。粘土的干容重与其天然含水量是息息相关的，干容重是膨胀土的另一重要指标。γ=18.0KN/m3的粘土，通常显示很高的膨胀潜势。这表明着粘土将不可避免地出现膨胀问题。

（3）渗透性。饱和渗流是非饱和土力学的重要组成部分，也是水文地质、地下水资源与环境和农田水利等学科领域共同关心的问题。Richards[12]将Darcy定律推广应用到非饱和渗流中，建立起水相渗流所满足的控制方程，即通常称为的Richards方程以后，人们才开始了非饱和渗流的研究。基于Richards控制方程的饱和-非饱和渗流得到了深入的研究，并成功地应用到许多实际工程中。早期对非饱和渗流的研究主要是定性研究和在理论上求精确解或级数解。Coleman和Bodman[13]最早研究了入渗后土壤剖面含水率分布，他们将含水率剖面分为四个区，即饱和区、过渡区、传导区和湿润区，这使人们对入渗过程有了初步的定性认识。20世纪60年代，随着计算机的出现，基于Richards方程的非饱和渗流数值模拟得到了前所未有的发展，早期主要用有限差分方法求解Richards方程，后来随着有限元方法的迅速发展成熟，后者逐渐取代了前者成为非饱和渗流数值模拟的主要方法。高骥等[14]对堤坝中由于洪水暴涨暴落产生的动态渗流作了饱和-非饱和数值模拟研究，在有限差分方法中采用了全隐式交替方向迭代法以及添加附加项来模拟饱和-非饱和渗流。

（4）液限、液性指数。液限、液性指数（不叫液限指数）以及塑限、塑性指数在土力学中是评价粘性土的主要指标。同一种粘性土随其含水量的不同而分别处于固态、半固态、可塑状态及流动状态。

土由半固态转到可塑状态的界限含水量称为塑限，由可塑状态到流动状态的界限含水量称为液限。土的塑限和液限都可通过试验得到。塑性指数和液性指数可以根据土的塑限和液限通过计算求得：

塑性指数=液限含水量－塑限含水量，液性指数=（土的天然含水量－塑限含水量）/塑性指数。根据塑性指数可以对粘性土进行分类，根据液性指数可以判断土物理状态，土的液性指数越小，土越硬。

（5）黏粒含量。膨胀土按黏土矿物分类，可以归纳为两大类，一类以蒙脱石为主，另一类以伊利土和高岭土为主。蒙脱石黏土在含水量增加时出现膨胀，而伊利土和高岭土则发生有限的膨胀。膨胀土的黏土矿物成分是决定其工程特性的主要内在因素。已有的研究表明，当黏土矿物中蒙脱石的含量达到5%时，即对土的膨胀性与强度产生影响，若蒙脱石含量超过20%，即土的工程性质主要由蒙脱石所决定，一般蒙脱石含量在12%以上的土，则具有较强的胀缩性[15]。

4.3膨胀土的基本力学性质

（1）变形与固结特性。膨胀土主要表现为吸水膨胀软化，失水干缩，即产生强烈的胀缩变形。膨胀土的变形可分为两大类：1）外加荷载作用下的压缩变形；2）外加荷载与入渗或浸水共同作用下的湿胀、湿化变形，或外加荷载与蒸发、风干、水位下降共同作用下的干缩变形。膨胀土的变形特性是膨胀土研究的重要研究内容之一，也是相关工程防治的关键，必须依据大量的室内试验和工程实例，分析并建立反映湿胀、湿陷、干缩特性的非饱和膨胀土的新型本构模型，才能较准确地描述膨胀土的变形特性。黄庚祖[9]通过膨胀土膨胀变形试验研究了膨胀变形的定性规律；徐永福[21]根据膨胀土的膨胀变形试验，提出膨胀土膨胀变形的模型，并利用这个模型解释了膨胀土的膨胀变形特征、通过统计各地区膨胀土的膨胀变形资料，得到膨胀变形与含水量和压力之间的定量关系、用轻便固结仪对宁夏膨胀土进行研究，得出膨胀量是含水量的线性函数，膨胀量的对数和压力的对数呈线性相关的规律。

（2）强度特性。膨胀土的强度特性较之普通的粘土要复杂得多。它既是膨胀土体抵抗破坏能力的表征，也是计算路堑、渠道、路堤、土坝等斜坡稳定性，以及支挡结构物土压力的重要参数。通常情况下膨胀土的峰值抗剪强度相当高，但从失稳的膨胀土边坡反算出的抗剪强度却远远低于其峰值。

膨胀土膨胀性

膨胀土胀缩性能及其指标

在工程地质中，这种粘土的膨胀现象很普遍，我们通过土工实验，得出粘土的力学指标，以供土质力学上的计算。通常对膨胀土的力学分析，主要是对其膨胀潜势和膨胀压力的研究后得出的。

（1）膨胀潜势，膨胀潜势就是在室内按AASHO标准压密实验，把试样在最佳含水量时压密到最大容重后，使有侧限的试样在一定的附加荷载下，浸水后测定的膨胀百分率。膨胀率可以用来预测结构物的最大潜在的膨胀量。膨胀量的大小主要取决于环境条件，如润湿程度.润湿的持续时间和水分的转移方式等。因此，在工程施工中，改造膨胀土周围的环境条件，是解决膨胀土工程问题的一个出发点。自由膨胀率Fs是指膨胀土经过粉碎风干后，一定体积的的松散土粒在水中没有任何限制条件下充分吸水产生自由膨胀，体积增大，试样稳定后的体积增量与初始体积之比。自由膨胀率与液限呈线性关系。线膨胀率δep是指膨胀土试样在无荷载(有荷载)有侧向限制条件下吸水后沿垂直方向膨胀的增量与初始试样高度之比。

（2）膨胀力，膨胀力就是膨胀压力。通俗的讲，就是试样膨胀到最大限度以后，再加荷载直到回复到其初始体积为止所需的压力。对某种给定的粘土来说，其膨胀压力是常数，它仅随干容重而变化。因此，膨胀力可以方便的用作衡量粘土的膨胀特性的一种尺度。对于未扰动的粘土来讲，干容重是土的原位特征。所以在原位干容重时土的膨胀压力可以直接用来论述膨胀特性。膨胀力Pe指土体的体积膨胀受到限制时吸水后所产生的最大应力，膨胀土的膨胀力与原始含水量(或饱和度)和干容重之间有密切关系，即膨胀力随原始含水量的增大而减少，随干容重的增大而增大。膨胀力与膨胀率有近似线性关系。

（3）收缩含水量，收缩含水量ωs指土体失水收缩稳定后的最低含水量，也就是土体在水分被蒸发散失时体积产生收缩并到达恒定而不继续缩小时的界限含水量，一般称为缩限。

（4）收缩量，收缩量是指一定体积的膨胀土体在水分蒸发过程中其体积的缩小量值。在工程中，常采体缩率和线缩率表征。

综上所述，膨胀土的变化除了土的膨胀与收缩特性这两个内在的因素外，压力与含水量的变化则是两个非常重要的外在因素。准确地了解膨胀土的特性及变化的条件，就有可能估计到建造在这个地基上的路基及构造物将会产生怎样的变形，从而采取相应的地基处理措施。

膨胀土膨胀机理

膨胀土的矿物学理论研究者从矿物晶格构造出发，认为膨胀土的膨胀取决于膨胀土的矿物成分及其结构以及颗粒表面交换阳离子成分[2]等，膨胀土物理化学理论中以渗透理论、双电层理论应用较普遍，此理论认为膨胀土膨胀的主要原因是膨胀土颗粒表面产生了复杂的物理化学作用。膨胀土的膨胀性主要取决于矿物表面结合水层与扩散双电层的厚度(Grime R E；Lounghmm F C；华东水利学院土力学教研室)。膨胀土膨胀的物理力学理论包括有效应力理论、毛细管理论和弹性理论等[16]，该理论认为膨胀土的膨胀是在一定的外力作用下由膨胀土与水相互作用产生的物理力学效应引起的。

在这些理论中，应用较普遍是晶格扩张理论和双电层理论，晶格扩张理论认为膨胀土晶格构造中存在膨胀晶格构造，水易渗入晶层间形成水膜夹层，从而引起晶格扩张，使土体体积增大。但晶格扩张理论仅仅局限于晶层间吸附结合水膜的楔入作用，而没有考虑粘土颗粒间及聚集体间吸附结合水的作用。事实上，粘土膨胀不仅发生在晶格构造内部晶层之间，同时也发生在颗粒和颗粒之间以及聚集体和聚集体之间[10]。双电层理论认为双电层内的离子对水分子具有吸附能力，被吸附的水分子在电场力作用下按一定取向排列，在粘土矿物颗粒周围形成表面结合水膜。由于结合水膜增厚“楔开”土颗粒，从而使固体颗粒之间的距离增大，导致土体膨胀。双电层理论弥补了晶格扩张理论在解释粘土胀缩原因方面的不足，发展了结合水膜在膨胀理论中的应用，使得膨胀机理的理论更加全面和充实。

膨胀良

大量的工程实践表明，化学方法改良膨胀土是十分有效并且广泛适用的工程处理方法。因为一方面选用的化合物本身可以固结土体，起到粘结土粒的作用，例如水玻璃，树脂等进行灌浆处理。另一方面化合物和土本身还可以进行一些复杂的物理-化学反应改变膨胀土的亲水性质。目前，国内外应用化学方法改良膨胀土的添加剂主要有石灰，水泥，粉煤狄及其它各种可溶性的无机盐，有机类的有表面活性剂，各种有机聚合物等。还有使用无机有机复配体系，如聚合表面活性剂与石灰，水泥复配[17]。

6.1无机类改良剂

（1）石灰类改良剂

在膨胀土中加入石灰进行改性，主要是针对矿物中易亲水的蒙脱石、伊利石，使其与石灰发生化学离子交换，通过微结构的改变来改变工程性质即膨胀土中加入石灰后，由于石灰水化产生大量钙离子，与蒙脱石，伊利石等活动性矿物层起吸附水作用；同时也把大量钙离子和溶液中析出的Ca(OH)2粒子吸附到颗粒周围，使矿物颗粒一晶格边缘断链所产生的电荷吸附钙离子来取得平衡，形成石灰的水化物在膨胀土矿物颗粒表面聚集，其作用过程与Ca(OH)2的硬化过程同时进行。

具有扩张型晶体的蒙脱石类矿物，其离子交换量很大，易于和生石灰发生阳离子交换，从而限制了矿物的胀缩性，聚集和粘结在矿物表面的Ca(OH)2，经硬化结晶，形成一种防止膨胀土颗粒内水外散和外水内侵的固化层，其结果使膨胀土减弱亲水性，自身稳定性增加，石灰土试件达到一定的力学强度。当膨胀土中加入石灰以后，其击实土样结构形态多为团粒较大的集粒结构和基质状结构，这类结构也不利于吸水膨胀，因而用石灰处理后的石灰土的膨胀性也就得到了改良。利用生石灰改良含水量偏大的膨胀土也有比较理想的效果，生石灰在转化为熟石灰的过程中，要吸收大量水分，同时产生热量，使土体中水分蒸发，降低土体含水量，有利于施工。但生石灰不易保存，施工时仍多以熟石灰为主。

（2）水泥类改良剂

水泥对膨胀土的固化，主要有以下几个方面的作用：a)水泥水化反应产生的C-S-H和C-A-H凝胶，附着在土颗粒表面，具有较强的胶结力，并形成了Ca(OH)2；b)Ca2+与土颗粒表面吸附离子发生阳离子交换反应，使土颗粒亲水性能降低和团粒化，增加膨胀土的水稳定性；c) Ca2+、OH渗透进入土颗粒内部，与粘土矿物发生物理化学反应，继续生成上述胶凝物质，可减少亲水粘土矿物的含量，并提高土颗粒间的连接强度[18]。

许多研究表明，随着水泥掺量增加，固化膨胀土强度有一定增加。但因水泥水化反应的体积缩减和水化作用消耗粘粒吸附水而引起干燥收缩，当水泥掺量超过6％时，稳定土的裂缝将显著增加。随着水泥的掺量增加，稳定土的收缩性能变差，而且固化土的经济成本直线上升，因此考虑固化效果和经济成本，固化膨胀土的水泥掺量一般在4％～10％之间。

（3）工业废渣类改良剂

粉煤灰、矿渣等工业废渣配合石灰、水泥也常被用来固化膨胀土，由于工业废渣在石灰、水泥水化的碱性环境中具有潜在水化活性，人们从经济和环保角度出发，用其来固化、稳定土体其固化机理与石灰类、水泥类固化剂类似。用工业废渣加固膨胀土，最大的优点是比较经济和环保，但其早期强度不高，而且通常需要较大的掺量。

6.2有机类改良剂

（1）有机高分子改良剂

有机高分子化合物是利用有机聚合物的聚合反应实现对土的固化增强，常用的此类改良剂有丙烯酸盐系列、聚液态丁二烯等。有机高分子类改良剂由于聚合物与土颗粒中粘土矿物一般不发生反应，其固化膨胀土的作用主要是在土中进行聚合反应，经过链的引发、链的增长等过程，使液状丙烯酸盐聚合成不溶于水的网状高分子凝胶体，这样土颗粒就被强度高、有塑性的链包围，形成一个空间网，形成土颗粒-聚合物-土颗粒的结构，这一结构可提高土颗粒间连结强度，使土体具有较高强度和变形率，表现为土的抗拉、抗剪和单轴抗压强度提高。

（2）表面活性剂改良剂

表面活性剂作为一种新兴的改良材料与前面提到的各种改良剂比起来有较大的优势。主要表现在其改良效率高，施加方便，旌工比较简单，而且改良周期较短，能缩短施工时间，节省施工成本，再者大部分的表面活性剂都是无毒性的，也很环保。现在国内外很多学者都开始做以表面活性剂作土壤固化剂的研发工作并已初有成效[19]。

7膨胀土的危害、防治

7.1膨胀土病害类型

（1）膨胀土边坡

膨胀土边坡不稳定，地基会产生水平向和垂直向的变形，坡地上的建筑物损坏要比平地上更严重。另外，膨胀土的胀缩性除使边坡房屋发生开裂、倾斜外，还会使公路路基发生破坏，路堑产生浅层滑坡和表面溜坍，路堤边坡发生坡角坍滑、腰部溃爬、路肩错落滑坍等，涵洞、桥梁等刚性结构物产生不均匀沉降，导致开裂等。

（2）膨胀土地基

在地勘初始过程中，由于膨胀土一般强度较高压缩性低，因此易被误认为是建筑性能较好的地基土。随季节性气候的变化而反复不断地产生不均匀的升降，而使建在膨胀土地基上的建筑物开裂遭到破坏。建筑物的开裂破坏具有地区性成群出现的特点，建筑物裂缝随气候变化不停地张开和闭合。并以低层砖混结构损坏最为严重，因为这类建筑物房屋质量轻，整体结构性较差且基础埋置浅、地基土易受外界环境变化的影响而产生胀缩变形。

7.2膨胀土病害的防治措施

在膨胀土地基上进行工程建设，应根据当地的气候条件、地基胀缩等级、场地工程地质和水文条件，结合当地建筑施工经验，因地制宜避免大开挖，依山就势建筑，并采取综合措施。

（1）路基边坡方面可采取的措施

①加强隔水，做好排水。路堑边坡或切坡建房时，应及早封闭，做好排水工作。施工时，注意工程用水和雨水的排泄，减少对基坑的浸泡时间；

②支挡防护。对不高的边坡，采取轻型防护，如方格骨架护坡、草皮护坡等；对较高边坡，采用挡护结合或分级挡护；

③改良土壤。用砂、碎石屑与膨胀土拌和，回填、夯实边坡。

（2）建筑物地基及基础方面措施

①换土垫层

将膨胀土全部或部分挖掉，换填非膨胀黏性土、砂、碎石垫层，并作好排水辅助措施。其作用主要是抑制膨胀土的升降变形引起的危害，减小地基胀缩变形和调节膨胀土地基沉降量。该方法施工工艺简单，可就地取材，是处理膨胀土地基的一种较为适用和经济的方法。

②增大基础埋置深度

其作用为：相应减小膨胀土厚度；增大基础面以上土的自重；加大基础与土的摩擦力；增大至基底的渗透距离和改变蒸发条件，致使地温和湿度的变化较稳定；

③桩基础

桩基础应穿透膨胀土层，使桩尖进入非膨胀土层，或进入大气影响急剧层以下的。

④湿度控制法

通过控制膨胀土含水量的变化,保持地基中的水分少受蒸发及降雨入渗的影响,从而抑制地基的胀缩变形。目前比较成功的保湿方法有:预浸水法、暗沟保湿法、帐幕保湿法和全封闭法[14]。

⑤压实控制法

用机械方法将膨胀土压实到所需要的状态，充分利用膨胀土的强度与胀缩特性随含水量、干密度及荷载应力水平的变化规律,尽，量增大击实膨胀土的强度指标，是一种处理弱膨胀土较为理想的方法。

⑥土质改良法

利用物理改良或化学改良加固机理，通过改变膨胀土的物质组成结构和其物理力学性质，集成化学改良土水稳定性较好、有较大的凝聚力和物理改良材料有较高内摩擦角及无胀缩性的优势，达到强化膨胀土的土质改良效果。该法常充分利用一些固体废弃物与价格低廉的材料，如粉煤灰、矿渣与砂砾石等，有利于环境保护，且改良质量良好，得到了工程界的普遍重视。

8 结论

本文简要总结了膨胀土近年的研究进展及研究方向。文中第一部分主要介绍了膨胀土的分布及成因类型，以期对膨胀土有初步的了解，第二、三部分简要讲述了膨胀土的结构及判别分类，后阐述了膨胀土物理力学相关性质、膨胀性及改良相关研究。最后例举具体实例讲述了膨胀土的危害及其防治。鉴于膨胀土的研究是一个复杂极其庞大的工程，本文只属一般综述性文章，只能就近年来有关膨胀土的研究作初步探索，以期今后在此基础上有所突破。我国是世界上膨胀土危害较严重国家之一，目前很多对膨胀土的研究还处于定性阶段，很多理论和技术都不太成熟，对膨胀土的研究挑战还很多，后续研究还得加大力度。

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