Knowledge Resource Center for Ecological Environment in Arid Area
| 改性有机材料-植物根系固土功能演替过程及坡面生态修复机理研究 | |
| 杨晴雯 | |
| 出版年 | 2020 |
| 学位类型 | 博士 |
| 学位授予单位 | 成都理工大学 |
| 中文摘要 | 我国荒漠化面积占比达国土面积的27%,是全球荒漠化最为严重国家之一,荒漠化问题已严重威胁到人居生态环境安全,地域水源涵养区保护和国家生态文明建设,推进荒漠化治理,强化生态保护和恢复,建设美丽中国成为了国家明确政治部署。固土是荒漠化坡面修复的根本途径,然而现有机械固土法无法实现复绿,无机化学固土法破坏了土壤生态,植物根系固土法高度依赖人工补水,而综合固土法成本高昂,尤其这些方法都极难实现由人工干预到自然修复演替过程;在国家要求“最大限度采用近自然方法和生态化修复技术”背景下,环保可持续固土方法亟待研究。本文以最主要荒漠化坡面类型-沙化坡面为研究对象,以课题组自主研发的改性有机材料为固土材料,选择新疆干旱中度荒漠区开挖路堑边坡、西藏雅鲁藏布江流域中游半干旱重度荒漠区风沙化坡面、黄河上游若尔盖高寒湿润轻-中-重度荒漠区草地沙化坡面3类典型荒漠坡面,基于系列试块试验、盆栽试验、大型样地试验和物理模拟试验,开展改性有机材料—植物根系固土功能演替过程及坡面生态修复机理研究,获得以下成果:(1)基于随改性材料老化相关的加固土性能劣化特性和随植物根系生长的根系土性能强化特性测试,系统获得了改性材料加固土、天然植物根系土以及改性材料-根系加固土的基本性质特征:(i)改性材料和根系均能显著提高土体团聚性、力学强度,降低渗透性;(ii)改性材料-根系土固土特性优于单纯材料加固土或单纯根系土;(iii)改性材料-根系固土效果受根系形状、土体密度、有机质影响,即须根加固效果优于直根、低密度土根系发育密度好于高密度土、有机质促进根系发展。(2)基于干湿循环、冻融循环和紫外照射环境下材料加固土团聚性、力学强度和渗透性能的老化测试,获得了材料加固土性能随改性材料老化持续劣化特征,给出了材料加固土性能指标时效劣变定量数学描述;基于材料-根系土物-化-生性能随根系不断生长发育的强化特征,给出了改性材料根系土性能指标时效强化定量数学描述。由此,首次提出了改性有机材料-植物演替固土的方法,并基于此方法开展了至今已3年的大型样地试验,全面获得了改性材料-植物演替过程土体多学科(物理、化学、力学、水力学、生物、生态)指标现场数据,揭示了改性材料根系土指标的动态时变特性,划分了改性材料起始固土、材料-根系演替过度联合固土、植物根系稳定固土的材料-根系固土功能演替过程。进一步,以加固土体固化度(S)为指标,引入材料老化度(AI)、根系强化度(F)因子,建立了改性材料-植物根系固土功能演替过程定量评价体系。(3)基于所选典型荒漠化区环境背景,在一个水文年时间跨度内考虑风蚀、雨蚀、冻融3类主侵蚀营力的动态影响,设计了包含对照组的6个大型物理模型试验,模拟对应植物“春发—夏长—冬枯”年生过程的根系“发育—成长—休眠”阶段改性材料-根系坡面侵蚀,揭示了根系初生期以改性材料加固为主、根系生长成熟期以改性材料-根系联合加固、根系休眠期以改性材料-根系联合加固的单年坡面抗侵蚀规律。(4)从多层面揭示了改性材料-植物根系固土与坡面生态修复机理:(i)从微观结构层面揭示了改性材料固土的“物理团聚”和“化学黏合”机理,从细观力学层面揭示改性材料固土的依赖小孔隙毛细效应的基质吸力强化机理;(ii)从宏细观力学层面揭示了植物根系固土的力学“加筋”机理和与根系生理吸水相关的基质吸力强化机理;(iii)在此基础上,从微-细-宏观层面系统揭示了改性材料-植物根系固土的坡面抗侵蚀机理;(iv)进一步从物-化-生层面厘清和论证了改性材料-植物根系固土坡面土壤熟化内因,探讨了改性材料-植物根系演替长期过程坡面生态修复机理。基于以上研究成果,对所选研究区内三类典型荒漠化坡面开展因地制宜工程示范应用,多年监测结果显示出坡面生态修复获得良好效果,验证了本文改性有机材料-植物根系演替固土方法在坡面生态修复的有效性和可行性。 |
| 中文关键词 | 土壤改性材料 ; 根系土 ; 土体加固 ; 坡面抗侵蚀 ; 坡面修复机理 |
| 语种 | 中文 |
| 国家 | 中国 |
| 中图法分类号 | X171.4 |
| 来源机构 | 成都理工大学 |
| 资源类型 | 学位论文 |
| 条目标识符 | http://119.78.100.177/qdio/handle/2XILL650/354746 |
| 作者单位 | 成都理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 杨晴雯. 改性有机材料-植物根系固土功能演替过程及坡面生态修复机理研究[D]. 成都理工大学,2020. |
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