邱德勛，張含玉，姜自龍，劉前進*，陳錦鴻，韓曜蔚

棕壤與褐土擊實容重對含水量的響應①

邱德勛1,2，張含玉1,2，姜自龍3，劉前進1,2*，陳錦鴻1,2，韓曜蔚1,2

(1 臨沂大學山東省水土保持與環(huán)境保育重點實驗室，山東臨沂 276005；2 臨沂大學資源環(huán)境學院，山東臨沂 276005；3 臨沂市蘭山區(qū)住房和城鄉(xiāng)建設局，山東臨沂 276000)

土壤在農(nóng)業(yè)機械或者夯實壓力下，容重會發(fā)生變化，其變化的程度受到土壤含水量的影響。為揭示棕壤與褐土受力后容重變化對含水量的響應特征，對土壤在不同的含水量下進行擊實試驗。結(jié)果表明：隨著擊實能量的增大，棕壤容重迅速增大后趨于穩(wěn)定，而褐土容重達到穩(wěn)定狀態(tài)較慢。兩種土壤容重隨含水量的變化，因擊實次數(shù)不同而具有差異性。棕壤容重隨含水量增加，總體呈先增大后小幅度減小趨勢，但在較低擊實次數(shù)下，含水量為88.3 g/kg 時容重略微減??；褐土容重在擊實次數(shù)較低時，隨土壤含水量增加呈先減小后增大趨勢，而在擊實次數(shù)較高時，呈先減小后增大而后又減小趨勢，在含水量136.5 g/kg 時出現(xiàn)最大值。含水量與擊實能量對土壤擊實容重的影響存在差異。在耕作條件(容重≤1.6 g/cm3)和工程條件(容重>1.6 g/cm3)下，影響棕壤擊實容重的最主要因素分別為含水量和擊實次數(shù)，而影響褐土擊實容重的最主要因素均為擊實次數(shù)。在耕作條件下，棕壤擊實容重在較低含水量(<50 g/kg)下數(shù)值較低，且隨擊實次數(shù)增多，容重變化較小；褐土的較小容重出現(xiàn)在較低擊實能量范圍內(nèi)(<90 kJ/m3)，且受含水量的影響較小。在工程條件下，當棕壤與褐土的含水量為150 g/kg左右時，獲得較大容重所需的擊實能量最低。

容重；含水量；擊實；棕壤；褐土

土壤壓實是普遍存在的現(xiàn)象，通常是指受外力作用導致表層土壤下沉、容重增加，土壤透水透氣性降低[1]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，幾乎所有類型的農(nóng)業(yè)機械在行駛過程中都會明顯增加土壤緊實度，造成土壤壓實[2-4]。土壤壓實可使土壤對水分的調(diào)節(jié)能力下降[5]，降低土壤的水分儲存能力，減少土壤中水分入滲[6]，增大徑流和水土流失風險[7]。土壤壓實成為導致土壤環(huán)境破壞與退化的主要因素之一[8-9]。土壤容重增大還會使耕作阻力增大，造成能源損耗和工作效率降低，增加土地管理成本[10]。因此，減輕農(nóng)機對于土壤的壓實程度已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需要解決的重要問題。在工程建設中，如水壩、擋土墻、公路和機場，需要將土壤夯實，使土壤處于高容重的狀態(tài)，其目的是為了改善土壤的工程性質(zhì)，提高其抗剪強度，降低其壓縮性及滲透性[11]。在土壤侵蝕試驗研究中，經(jīng)常采用夯實法按照一定的容重[11-13]或者一定的擊實力[14-15]填充土壤。因此，研究土壤擊實容重對實際生產(chǎn)和科學研究具有指導意義。

目前，對于土壤壓實所引起的容重變化研究，主要集中在工程建設和農(nóng)業(yè)耕作兩方面。土木工程中的擊實試驗研究表明，影響土壤擊實容重的因素包括土壤含水量、質(zhì)地等[16-17]。土壤在一定的擊實能量下達到最大容重時對應的含水量稱為最優(yōu)含水量。處于最優(yōu)含水量的土壤擊實效果最好，含水量過低與過高均不利于擊實質(zhì)量。土壤中的粉粒和黏粒含量越高，土壤的塑性指數(shù)越大，土壤的最優(yōu)含水量也就越大，但所對應的最大容重越小。砂性土的最優(yōu)含水量小于黏性土，但最大容重大于黏性土[18]。通過擊實試驗得到最優(yōu)含水量和最大容重，以及達到最大容重需要的擊實能量，可指導施工過程中選擇合理的擊實方案，提高擊實效果和擊實效率[19]。在耕作條件下土壤受到壓力后容重變化的研究較少[20]，主要研究表明土壤壓實直接造成土壤容重增大，孔隙度降低[1]。Munkholm和Schj?nning[21]提出在一定載荷作用下，土壤壓實程度隨著含水量增加而增大。Liu等[15]研究表明，粉壤土與粉黏土在耕作條件(容重<1.6 g/cm3)下，容重隨著含水量增加呈先減小后增大趨勢，而在工程條件(容重>1.6 g/cm3)下則呈先增大后減小趨勢。但是，含水量與擊實次數(shù)對容重的影響并未定量化，且其他質(zhì)地土壤的擊實容重隨著含水量的變化趨勢仍不清楚。

棕壤與褐土是分布于我國暖溫帶濕潤與半濕潤地區(qū)的地帶性土壤。兩種土壤都是我國北方地區(qū)的主要農(nóng)業(yè)土壤[22]，農(nóng)業(yè)歷史悠久。本試驗選取棕壤與褐土為研究對象，定量研究擊實能量與含水量對擊實容重的影響，可為深入理解耕作土壤的擊實特征，以及確定工程施工中土壤擊實的最優(yōu)含水量和最大容重提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用棕壤與褐土為耕作層土壤，基本物理特性見表1。土壤采回實驗室后進行風干處理，并過2 mm篩。土壤顆粒組成采用Mastersizer2000型激光粒度分析儀(英國馬爾文公司)測定，按美國土壤質(zhì)地標準(USDA)進行分類。

表1 供試土壤的顆粒組成(%)

1.2 研究方法

試驗于2017年7—9月在山東省水土保持與環(huán)境保育重點實驗室進行。擊實試驗常規(guī)方法是將土壤在模具中進行擊實[14,23-24]。土壤的擊實過程是土壤顆粒在不排水條件下的重組過程，因此，試驗土壤含水量一般低于土壤塑限。采用搓滾法[25]得到棕壤和褐土的塑限分別在231 g/kg 和205 g/kg。采用烘干稱重法測定棕壤與褐土的風干土含水量分別為12.4 g/kg 和25.5 g/kg。本試驗將含水量設置在風干土含水量與塑限之間，即棕壤含水量為8個處理(20、40、60、90、120、150、180和200 g/kg)，褐土含水量為6個處理(30、60、90、120、150和180 g/kg)，每個處理重復3次，共42個樣品。利用公式(1)計算不同處理土樣的加水量：

式中：1為配置一定含水量土樣所需加水量，g；2為風干土質(zhì)量，g；0為風干土含水量，g/kg；為預制含水量，g/kg。

采用攪拌法制備不同含水量的土壤樣品。將4 000.00 g風干土置于攪拌機中 (38 r/min)，在攪拌的過程中，用噴霧器將水以霧狀的形式均勻噴灑在土壤上(300 ml/min)，使土壤與水充分混合，達到規(guī)定加水量后，關(guān)閉攪拌機。用刮刀將附著在攪拌機轉(zhuǎn)筒內(nèi)壁上的土壤刮下，之后啟動攪拌機再轉(zhuǎn)動1 min左右，使其全部混合。將攪拌后的土壤放置在加蓋小桶中，密封保存24 h，使水分再分配和土壤顆粒水化。在擊實試驗前，利用烘干法測定不同處理的土壤實際含水量。

式中：為土壤體積，cm3；為擊實筒的內(nèi)直徑，cm；為容重，g/cm3。

根據(jù)普氏擊實試驗標準，由公式(4)計算擊實能量。

式中：E為擊實能量，kJ/m3；W為擊實錘的重量，N；H為擊實錘下落的高度，m；NB為每層擊打的次數(shù)；NL為擊實土層的數(shù)量；V0為土壤體積，m3。

2 結(jié)果與分析

2.1 擊實能量對容重的影響

圖2表明，擊實能量隨擊實次數(shù)增加呈線性增大，但是增大的幅度在不同處理間具有差異性。棕壤含水量在118.9g/kg 時，擊實能量增速最大，而在22.7 g/kg時，擊實能量增速最小；褐土含水量在136.5 g/kg時，擊實能量增速最大，在79.5g/kg和57.7g/kg時增速最小。其原因是在不同含水量下，土壤體積受力變化的幅度不同[26]。

圖3是棕壤和褐土不同含水量處理下?lián)魧嵞芰颗c容重的關(guān)系。隨著擊實能量的增大，兩種土壤的擊實容重均呈先增大后趨于穩(wěn)定的趨勢。相對于棕壤，褐土在不同含水量下的變化曲線出現(xiàn)交叉現(xiàn)象較多，表明變化趨勢更為復雜。棕壤在含水量大于151.7 g/kg 時，擊實容重達到基本穩(wěn)定時所需能量較小，容重穩(wěn)定在2.0 ~ 2.2 g/cm3；隨著含水量減小，穩(wěn)定容重呈減小趨勢。總體上，褐土的擊實容重比棕壤小，穩(wěn)定后最大值范圍(1.8 ~ 1.9 g/cm3)出現(xiàn)在含水量為136.5 g/kg 的處理，穩(wěn)定容重的最小值出現(xiàn)在57.7 g/kg 和79.5 g/kg 含水量處理。試驗結(jié)果與以往研究結(jié)果一致，即土壤擊實程度隨著農(nóng)機行駛次數(shù)的增加而增大，多次進地會產(chǎn)生持久性破壞，造成嚴重土壤壓實[27]。但是，本試驗進一步表明，在相同的壓力下，土壤容重隨著含水量的不同具有較大差異。

圖2 棕壤和褐土不同含水量處理下?lián)魧嵈螖?shù)與擊實能量關(guān)系

圖3 棕壤和褐土不同含水量處理下?lián)魧嵞芰颗c容重關(guān)系

2.2 含水量對容重的影響

土壤含水量是影響土壤擊實過程的重要因素[28-29]。在一定能量下，由試驗確定的擊實土壤容重與含水量的關(guān)系稱為擊實曲線，如圖4所示。棕壤擊實曲線總體呈先升高后小幅度降低趨勢，容重最小值出現(xiàn)在最低含水量22.7 g/kg處。在較低擊實次數(shù)下(<55次)，含水量為88.3 g/kg時容重呈略微減小趨勢。棕壤最優(yōu)含水量隨擊實次數(shù)的增加而減小，由197.7 g/kg逐漸減小至118.9 g/kg，對應最大容重為2.23 g/cm3。

褐土在擊實次數(shù)<40次時，擊實容重隨土壤含水量增加呈先減小后增大趨勢，容重最大值出現(xiàn)在最高含水量197.6 g/kg處，含水量在79.5 ~ 103.0 g/kg范圍內(nèi)獲得容重最小值。隨著擊實次數(shù)增加，擊實曲線呈先降低后升高，而后又降低的趨勢，擊實容重在含水量136.5 g/kg時出現(xiàn)最大值，在含水量57.7 g/kg ~ 79.5 g/kg范圍內(nèi)出現(xiàn)最小值。

圖4 棕壤和褐土不同擊實次數(shù)下含水量與容重關(guān)系

已有研究表明，土壤中的粉粒和黏粒含量越高，其最優(yōu)含水量越大，對應的最大容重越小，而砂性土的最優(yōu)含水量小于黏性土，但最大容重大于黏性土[18]。本試驗中，在擊實次數(shù)>200次時，與已有研究結(jié)果相同。但是在較低擊實次數(shù)時，砂壤土(棕壤)的最優(yōu)含水量高于粉壤土(褐土)。表明土壤最優(yōu)含水量不僅與土壤質(zhì)地有關(guān)，且受擊實能量的影響。

棕壤與褐土擊實曲線的變化趨勢可能受土壤質(zhì)地和土壤結(jié)構(gòu)的影響[30]。土壤容重隨含水量增加呈先增大后減小趨勢，其原因可能是[31]：在土壤含水量較低時，增加含水量，會使土壤顆粒周圍形成水膜，具有潤滑作用，使土壤顆粒易移動和重新分布，形成更致密的結(jié)構(gòu)，容重隨之增大；當土壤含水量超過一定限度時，含水量的增加只能增大土壤顆粒間的空隙，由于空隙中所填充水的質(zhì)量小于同體積土壤的質(zhì)量，因此容重減小。凹形擊實曲線可以歸因于土壤結(jié)構(gòu)受擊實作用的破碎程度和土壤水對土壤顆粒運動的潤滑作用：當含水量較低(<30 g/kg)時，褐土中團聚體很小，基本呈粉末狀，結(jié)構(gòu)較差；隨著土壤含水量的增加，團聚體變大，從絮狀結(jié)構(gòu)(含水量50 ~ 80 g/kg)變?yōu)閴K狀結(jié)構(gòu)(含水量>80 g/kg)。受到擊實力后，當含水量較低(<80 g/kg)時，絮狀土樣結(jié)構(gòu)未被全部破壞，其空隙大于粉末狀土樣，從而具有較小容重；當土壤含水量較高(>80 g/kg)時，土壤水的潤滑作用對土壤顆粒運動的影響比中等含水量(50 ~ 80 g/kg)大，因此容重較大。擊實曲線的變化趨勢反映了棕壤與褐土在低擊實能量(農(nóng)業(yè)耕作)和高擊實能量(工程建設)下容重對含水量的響應機制。

2.3 含水量與擊實能量對容重的綜合影響

含水量和擊實次數(shù)(能量)是影響土壤擊實容重的主要因素。為使結(jié)果對耕作活動和工程夯實具有實際指導意義，將擊實處理根據(jù)當?shù)爻Ｒ姼魅葜?<1.6 g/cm3)劃分為耕作和工程條件兩類。通過一般線性模型分析，得到含水量和擊實次數(shù)及其交互作用的顯著性和貢獻率。棕壤在耕作與工程條件下的擊實容重均受含水量與擊實次數(shù)的極顯著影響(<0.01)(表2)。其中，耕作條件(容重≤1.6 g/cm3)下，含水量對容重的影響最大，貢獻率為50.1%；工程條件(容重>1.6 g/cm3)下，擊實次數(shù)對容重的影響最大，貢獻率為65.4%；總體來看，擊實次數(shù)的影響比含水量影響大，貢獻率達73.3%。耕地條件下，含水量與擊實次數(shù)之間交互作用不顯著(>0.05)，但在工程條件和總體上，兩者的交互作用達到極顯著水平(<0.01)，但貢獻率較低，分別為8.4% 和5.9%。

表2 含水量與擊實次數(shù)對棕壤和褐土擊實容重的影響和貢獻

注：×表示交互作用；Sig.為顯著性；VC為方差貢獻率。

褐土在耕作與工程條件下的擊實容重均受含水量、擊實次數(shù)及其交互作用的極顯著影響(<0.01) (表2)。在耕地和工程兩種條件下，擊實次數(shù)均比含水量的貢獻大；但是總體來看，含水量的影響比擊實次數(shù)影響大。由此表明，含水量與擊實次數(shù)對擊實容重的影響不但受到土壤質(zhì)地的影響，且在不同容重范圍內(nèi)影響程度具有差異性。圖5為棕壤與褐土擊實容重隨含水量和擊實能量變化的等值線圖。在耕作條件(容重≤1.6 g/cm3)下，棕壤擊實容重對含水量變化較敏感，但在較低含水量(<50 g/kg)下容重總體較低，且隨著擊實次數(shù)增加，容重變化幅度較小。表明在棕壤耕地中進行農(nóng)業(yè)耕作時，農(nóng)業(yè)機械需在含水量較低條件下作業(yè)才能減小對土壤的壓實，當機械載重加大時，土壤容重增大幅度較小。褐土較小容重出現(xiàn)在較小擊實能量范圍(<90 kJ/m3)內(nèi)，且在此范圍內(nèi)受含水量的影響較小，表明輕型農(nóng)業(yè)機械在褐土耕地進行農(nóng)業(yè)耕作，特別是土壤處于微濕潤狀態(tài)(含水量約80 g/kg)時，對土壤的壓實作用較小。

在工程條件(容重>1.6 g/cm3)下，棕壤的較大擊實容重范圍大于褐土。棕壤在含水量120 ~ 200 g/kg 時，褐土在含水量130 ~ 170 g/kg 時，可獲得較大容重。另外，在不同的含水量下，為獲得較大容重需要選取相應的擊實能量。當棕壤與褐土的含水量在150 g/kg 時，獲得較大容重所需的擊實能量最低，分別為1 100、1 400 kJ/m3。

3 結(jié)論

1)土壤容重與擊實能量(次數(shù))密切相關(guān)，隨著擊實能量的增加，兩種土壤的擊實容重均呈現(xiàn)先增大后趨于穩(wěn)定的趨勢。但是，棕壤容重迅速增大后趨于穩(wěn)定，而褐土容重達到穩(wěn)定狀態(tài)較慢，且變化趨勢更為復雜。總體上，褐土的擊實容重比棕壤小。在相同的壓力下，土壤容重隨著含水量的不同具有較大差異。

2)含水量對土壤容重影響顯著，相同擊實次數(shù)下，棕壤容重隨含水量增加，總體呈現(xiàn)先增大后小幅度減小趨勢，但在較低擊實次數(shù)下，含水量為88.3 g/kg 時容重略微減?。粨魧嵈螖?shù)較低時，褐土容重隨土壤含水量增加呈先減小后增大趨勢，擊實次數(shù)較高時，趨勢變?yōu)橄葴p小后增大再減小，在含水量136.5 g/kg 時達到最大值。

圖5 含水量和擊實能量控制的土壤容重等值線圖

3)在耕作條件和工程條件下，影響棕壤擊實容重的最主要因素分別為含水量和擊實次數(shù)，而影響褐土擊實容重的最主要因素均為擊實次數(shù)。含水量與擊實次數(shù)對擊實容重的影響不僅受土壤質(zhì)地的影響，且在不同的容重范圍內(nèi)影響程度具有差異性。

4)在耕作條件下，棕壤擊實容重在較低含水量(<50 g/kg)時數(shù)值較小，且受擊實次數(shù)的影響較??；褐土較小容重出現(xiàn)在較小擊實能量范圍(<90 kJ/m3)內(nèi)，含水量的變化對其影響較小，特別是土壤處于微濕潤狀態(tài)(含水量約80 g/kg)時，輕型農(nóng)業(yè)機械對土壤的壓實作用最小。在工程條件下，當棕壤與褐土的含水量在150 g/kg左右時，獲得較大容重所需的擊實能量最低。

[1] 何娜, 王立海. 擊實對土壤理化特性及土壤呼吸的影響研究進展[J]. 森林工程, 2010, 26(1): 7–11

[2] Hambleton J P, Drescher A. Modeling wheel-induced rutting in soils: Indentation[J]. Journal of Terramechanics, 2008, 45(6): 201–211

[3] Raper R L. Agricultural traffic impacts on soil[J]. Journal of Terramechanics, 2005, 42(3/4): 259–280

[4] 王麗麗, 周通, 李柱, 等. 土壤緊實度對伴礦景天生長及鎘鋅吸收性的影響研究[J]. 土壤, 2017, 49(5): 951–957

[5] 楊金玲, 張甘霖, 趙玉國, 等. 城市土壤壓實對土壤水分特征的影響—— 以南京市為例[J]. 土壤學報, 2006, 43(1): 33–38

[6] 楊金玲, 張甘霖. 城市功能區(qū)、植被類型和利用年限對土壤壓實的影響[J]. 土壤, 2007, 39(2): 263–269

[7] Troldborga M, Aaldersa I, Towers W, et al. Application of Bayesian Belief Networks to quantify and map areas at risk to soil threats: Using soil compaction as an example[J]. Soil & Tillage Research, 2013, 132(4): 56–68

[8] 胡泓, 劉世全, 陳慶恒, 等. 川西亞高山針葉林人工恢復過程的土壤性質(zhì)變化[J]. 應用與環(huán)境生物學報, 2001, 7(4): 308–314

[9] 龐學勇, 胡泓, 喬永康, 等. 川西亞高山云杉人工林與天然林養(yǎng)分分布和生物循環(huán)比較[J]. 應用與環(huán)境生物學報, 2002, 8(1): 1–7

[10] 李汝莘, 高煥文, 蘇元升. 土壤容重和含水量對耕作阻力的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報, 1998, 14(1): 81–85

[11] Shi Z H, Fang N F, Wu F Z, et al. Soil erosion processes and sediment sorting associated with transport mechanisms on steep slopes[J]. Journal of Hydrology, 2012, (454/455): 123–130

[12] 雷廷武, 張晴雯, 趙軍. 細溝水蝕動態(tài)過程的穩(wěn)定性稀土元素示蹤研究[J]. 水利學報, 2004(12): 84–91

[13] 安娟, 劉前進, 吳希媛. 橫坡壟作下土壤濕潤速率對褐土坡面侵蝕特征的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機械學報, 2016, 47(10): 101–107

[14] Hanson G J, Hunt S L. Lessons learned using laboratory JET method to measure soil erodibility of compacted soils[J]. Applied Engineering in Agriculture, 2007, 23(3): 305–312

[15] Liu Q J, Wells R R, Dabney S M, et al. Effect of moisture potential and void ration erodibility for agricultural soils[J]. Soil Science Society of America Journal, 2017, 81(3): 622–632

[16] 陶秀珍. 粘性土室內(nèi)擊實標準探討[J]. 巖土工程學報, 1985, 7(4): 94–101

[17] 陳輝, 雷勝友. 土的擊實試驗影響因素[J]. 建筑科學與工程學報, 2005, 22(2): 69–71

[18] 周瑩. 控制最優(yōu)含水量來達到最佳擊實效果[J]. 中國勘察設計, 2003(9): 69–70

[19] 郭麗紅. 影響擊實主要因素的探討[J]. 建筑工程技術(shù)與設計, 2014(35): 931

[20] Free G R, Lamb J, Carleton E A. Compactibility of certain soils as related to organic matter and erosion[J]. Journal of the American Society of Agronomy, 1947, 39(12): 1068– 1076

[21] Munkholm L J, Schj?nning P. Structural vulnerability of a sandy loam exposed to intensive tillage and traffic in wet conditions[J]. Soil and Tillage Research, 2004, 79(1): 79–85

[22] 劉春生, 宋國菡, 史衍璽, 等. 棕壤和褐土的酸淋溶特征[J]. 水土保持學報, 2002, 16(3): 5–8

[23] Hanson G J, Cook K R. Apparatus, Test procedures, and analytical methods to measure soil erodibility in situ[J]. Applied Engineering in Agriculture, 2004, 20(4): 455–462

[24] Al-Madhhachi A T, Fox G A, Hanson G J. Mechanistic detachment rate model to predict soil erodibility due to fluvial and seepage forces[J]. Journal of Hydraulic Engineering, 2013, 140(5): 1608–1618

[25] 周序源, 張劍峰. 界限含水量試驗的現(xiàn)狀及展望[J]. 巖土工程學報, 1985, 7(3): 90–99

[26] 李小昱, 雷廷武, 王為. 土壤抗壓強度的試驗研究[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2001, 17(5): 19–21

[27] 王憲良, 王慶杰, 張祥彩, 等. 田間土壤壓實研究現(xiàn)狀[J]. 農(nóng)機化研究, 2006, 53(9): 264–268

[28] 孫耀邦, 李志國, 楊春峰. 農(nóng)田土壤緊實度的研究[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學學報, 1991(1): 28–31

[29] 王恩姮, 趙雨森, 陳祥偉. 前期含水量對機械壓實后黑土團聚體特征的影響[J]. 土壤學報, 2009, 46(2): 241–247

[30] Lee P Y, Suedkamp R J. Characteristics of irregularly shaped compaction curves of soil[J]. Highway Research Record, 1972

[31] Holtz R D, Kovacs W D. Compaction. In: Holtz R D and Kovacs W D, authors, An Introduction to Geotechnical Engineering[M]. PrenticeHall, Englewood Cliffs, NJ, 1981: 113–115

Responses of Compacted Bulk Density of Brown Soil and Cinnamon Soil to Moisture Content

QIU Dexun1,2, ZHANG Hanyu1,2, JIANG Zilong3, LIU Qianjin1,2*, CHEN Jinhong1,2, HAN Yaowei1,2

(1 Shandong Provincial Key Laboratory of Water and Soil Conservation and Environmental Protection, Linyi University, Linyi, Shandong 276005, China; 2 College of Resources and Environment, Linyi University, Linyi, Shandong 276005, China; 3 Lanshan Housing and Urban-Rural Development Bureau, Linyi, Shandong 276000, China)

Bulk density is the basic physical property of soil. The variation of soil bulk density is affected by soil moisture under agricultural machinery or rammed pressure. In this study, compaction experiment was conducted to evaluate the characteristics of bulk density for brown soil and cinnamon soil under different moistures. The results showed that bulk density of brown soil increased rapidly first and then tended to be stable with the increase of compaction energy, but cinnamon soil reached the stable state slowly. The change of soil bulk density with moisture was different under different compaction times, for brown soil, bulk density increased firstly and then decreased slightly, but when the moisture was 88.3 g/kg bulk density was slightly decreased under less compaction times, while bulk density of cinnamon soil decreased first and then increased with the increase of soil moisture when the compaction times was relatively low. However, when the compaction times was more, bulk density decreased firstly and then increased and finally decreased again with the maximum value appeared at moisture of 136.5 g/kg. The effects of moisture and compaction energy on soil bulk density were different under tillage condition (≤1.6 g/cm3) and engineering condition (>1.6 g/cm3). The main factors influencing the compaction density of brown soil were moisture and compaction times, respectively, but for cinnamon soil only was compaction time. Under tillage condition, the compaction density of brown soil was lowest at low moisture (<50 g/kg), and changed little with the increase of compaction times. While the lowest bulk density of cinnamon soil appeared at the lower compaction energy (<90 kJ/m3), and was less affected by moisture. Under engineering condition, when the moisture was about 150 g/kg the compaction energy required to obtain larger bulk density was the lowest.

Bulk density; Moisture content; Compaction; Brown soil; Cinnamon soil

國家自然科學基金項目(41571261；41701311)、山東省自然科學基金項目(ZR2017JL019；ZR2017PD003)、山東省大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓練計劃項目(201710452021)資助。

liuqianjin@lyu.edu.cn)

邱德勛(1997—)，男，山東臨沂人，本科，主要從事土壤侵蝕過程研究。E-mail: 1165516158@qq.com

S152

A

10.13758/j.cnki.tr.2019.06.023