庄雅婷，黄炎和，林金石，蒋芳市，郑 艺，孙绍希，丁子琪，杨 宇

（福建农林大学，福州350002）

崩岗是我国南方特有的侵蚀现象，侵蚀危害十分严重［1－3］。水分在崩岗侵蚀的发生过程中扮演着重要角色，它对崩岗土壤入渗能力、抗冲性、抗蚀性以及抗剪能力等都有影响，土壤塑限和液限分别是土壤处于塑性状态时的最低含水量和最高含水量，它可以表征土壤能达到的最高含水量，对于预测降雨对崩岗侵蚀的影响具有重要作用，因此对崩岗土壤的液塑限进行相关研究，对于阐述土壤液塑限与崩岗侵蚀之间的关系具有重要意义。

关于土壤塑限和液限的研究目前主要集中在岩土力学、建筑工程和路桥等工程上的应用以及施工技术研究，也有少量学者对土壤塑限和液限的影响因素进行研究，且大多集中在黏粒含量和有机质含量两个因素上。如吴宏等［4］对砂质粉土、黏质粉土、粉质黏土等不同分类土壤进行研究，结果表明黏粒含量越高，塑性指数越大；花可可等［5］对紫色土和水稻土这两种耕作土壤的研究表明土壤液限值随有机质和黏粒含量的增加而变大；刘艳华［6］对有机质土的液塑限进行研究，得到有机质土区的液塑限关系公式；李卓等［7］对土壤中黏粒质量分数对水分蓄持能力影响的研究表明，黏粒含量有助于土壤保持水分，从而可以提高土壤液限值。在这些研究中，大家只关注了黏粒和有机质两个因素，忽略了其他土壤颗粒组成对土壤液塑限的作用，且关于崩岗土体的液塑限性质还未有相关报道。南方崩岗数量多，而红土层为崩岗表层土壤，对整个崩岗具有保护作用，一旦红土层被侵蚀，将会加快整个崩岗的水土流失，因此对红土层土壤的塑限和液限性质进行研究，对于阐明红土层土壤液塑限性质对整个崩岗侵蚀的影响具有重要作用。本研究对崩岗红土层土壤进行液塑限分析，并对有机质和不同粒径土壤含量对土壤液塑限的影响进行研究，丰富崩岗侵蚀预防和治理的科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区位于福建省安溪县龙门镇，属于中、南亚热带气候区，年平均气温16～22℃，年平均降水量1 600～2 000mm。安溪县位于福建省东南部，东经117°35′—118°17′，北纬24°50′—25°26′。安溪县崩岗面积占全省崩岗总面积的35.99%，达2 305.43 hm2，崩岗数量也最高，达12 828个，占全省崩岗总数的49.28%，接近全省崩岗总数的一半。而龙门镇又是安溪县崩岗集中的区域，其崩岗具有典型性［3］。研究区崩岗区土体发育于晚侏罗世、早白垩世燕山晚期的侵入体之上，且都是酸性侵入体，属花岗岩类，岩石结构为中—粗粒，似斑状架构，矿物成分以长石为主，其次为石英、云母。

1.2 样品采集

本研究选取3个崩岗红土层进行研究，在崩岗红土层上，按30cm为一层进行取样，具体采集点情况和采样点个数见表1。采样时自下而上分层采取，以避免采取上层样品时对下层土壤的混杂污染。

表1 样品采集点基本情况和采样点个数

1.3 测定方法

试验土壤过0.5mm筛后采用液、塑限联合测定方法对土壤塑限和液限值进行测定。试验时取代表性试样，加不同量的纯水，调成3种不同稠度的试样，用电磁落锥法分别测定圆锥在自重下沉入试样5s时的下沉深度，三点圆锥的入土深度大概分别在3～4mm，7～9mm，15～17mm。试验方法标准按照沉入深度17mm所对应的含水量为17mm液限，沉入2mm所对应的含水量为塑限。另外土壤颗粒分析采用粒度仪进行分析，有机质采用重铬酸钾外加热法进行测定。各项目测定均进行三次重复试验。

1.4 指标选择与计算

式中：IP——塑性指数；wL——液限（%）；wP——塑限（%）；w——天然含水率（%）；IL——液性指数。

1.5 数据处理及分析

数据处理采用Excel 2003和SPSS 18.0进行分析。

2 结果与分析

2.1 崩岗红土层土壤液塑限特征

对崩岗红土层的土壤进行塑限和液限测定，结果见表2。由表2可以看出，3个崩岗中，红土层土壤的塑限（wp）值平均最低为26.1%，最高为30.0%；液限（wL）值平均最低为52.5%，最高为59.7%；塑性指数（Ip）平均最小为26.0%，最大为29.8%；液性指数（wL）均小于0。这与花可可等［5］研究中紫色土和水稻土的液塑限性质有一定的差异，崩岗红土层土壤的塑限值和液限值都比紫色土和水稻土高，说明崩岗红土层土壤在小雨和中雨条件下较这两种土壤不容易发生流失。

表2 崩岗红土层土壤液塑限性质

由上面分析可知塑性指数（Ip）均大于17%，且土壤液限（wL）均大于50%，属于高液限黏土；因此，在小雨和中雨条件下，若降雨持续时间较短，崩岗红土层土壤不容易达到塑限值，红土层不容易出现土壤流失和崩塌现象，但是如果降雨持续的时间足够长，红土层土壤的含水量就会达到一个较高水平，此时土壤自重增加明显，土壤抗剪性下降，就可能出现崩塌现象。而土壤液性指数与土壤的自然含水量呈正比关系，它可以较好地反映出土壤中水分的变化情况［8］。从上面的分析还可以看出，土壤液性指数（IL）均小于0，说明试验土壤状态为坚硬，说明土壤渗透能力差，且不利于植被生长。因此，在大暴雨条件下，由于红土层土壤没有足够的植被覆盖，遮挡能力差，且降雨过程中水分不易下渗，从而容易产生径流，导致径流冲刷。

2.2 土壤液塑限与各因素相关性分析

2.2.1 有机质对土壤液塑限的影响 有机质的含量对土壤的液塑限有很大的影响，有机质含量过高会引起土的高塑性［6］。从图1可以看出，土壤有机质含量与土壤液限和塑限值呈二项式函数关系，且相关性都达到显著水平。这可能是因为土壤有机质含量高低会影响土壤颗粒的比表面积和持水率，从而影响土壤的液限性质。随着有机质含量的增高，有机胶体也增多，土壤的持水率越大，液限值也升高［9］。试验土壤为崩岗红土层土壤，有机质含量较低，均低于1%，这与Abdallah等［10］的研究（当土壤有机质的含量低于10%时，土壤的液限值与有机质之间具有明显的正相关性）结果一致。说明土壤有机质含量越高，土壤液塑限值越高，土壤越不容易达到泥状，即土壤越不容易被冲刷，越不易造成水土流失。

图1 有机质对土壤塑限和液限的影响

2.2.2 土壤颗粒对土壤液塑限的影响 土壤颗粒组成状况是影响土壤抗蚀性的重要因素。颗粒组成越细的土壤，粘结力越强，在一定程度上使土壤形成团状结构体，其抗打击的能力也越高［11－12］。经分析，土壤液塑限值与粗砂粒、细砂粒和粉粒含量相关性不明显，与极细砂粒和黏粒含量呈二项式关系，其中极细砂粒含量与土壤液塑限呈负相关；黏粒含量与土壤液塑限均呈显著正相关关系，具体见图2。这可能是因为砂粒孔隙大，粘结性小，因此这部分颗粒含量增加，必然会影响土壤孔隙状况和比表面积大小，使土壤孔隙率增大，比表面积减小，从而利于水分通过，蓄水性质较差，而且其粘性小，遇水膨胀性也小，干燥时松散，毛细水上升高度不大，因此这部分含量增加，会使土壤液塑限值降低，从而增加土壤被冲刷和侵蚀的可能性，但是极细砂粒在总的砂粒含量中比重较大，因此对土壤液塑限的影响较显著；而粉粒虽然在土壤颗粒中分布最多，但是各土壤间差异不明显，因此就可能对土壤液塑限性质表现出不明显的相关关系。

此外由以上分析可知，土壤黏粒含量与土壤液塑限值呈显著正相关，说明其含量增加可以使土壤液限和塑限值提高。这可能是因为黏粒含量可以有效地改变土壤颗粒和水分的分布状况，黏粒能够通过影响土壤颗粒排列形式来影响土壤的可塑性［13－14］。黏粒含量不同，土壤颗粒间的连接形式、排列方式及孔隙大小均会发生较大变化［15］。其次，土壤黏粒是土粒中最细的部分，具有极大的比表面积大小，土壤中黏粒含量的多少势必影响整个土壤的孔隙状况及比表面积，进而影响土壤的蓄水能力［6］。所以黏粒巨大的比表面积使其具有很强的吸附能力，从而影响土壤中的水流速度，细小黏粒对较大孔隙的镶嵌填充也对土壤中的水流通道有阻挡作用，从而影响土壤的液限性质。黏粒含量较高时，粗颗粒较均匀地分布在黏粒基质中，土粒间被黏粒充填，粗颗粒被隔开，并有利于颗粒的定向排列，弱结合水含量升高，从而增加土壤的液限［8］。

图2 土壤颗粒对土壤液限和塑限的影响

2.2.3 土壤液塑限与各影响因素方程拟合 为了了解各因素对土壤液塑限的影响，利用SPSS对数据进行多元回归分析，结果见表3。

由表3可以看出，在各因素一起作用于土壤液塑限条件下，粉粒对土壤液塑限没有明显影响，其余5个因素对土壤液塑限值均有影响。这可能是因为：虽然粉粒在土壤颗粒中的比重大，均在一半左右，但是粉粒的特征不明显，且每个样点间土壤粉粒含量差异性不大，因此在总体的影响分析中，粉粒的作用就可能不明显，而其他因素对土壤液塑限均有明显的影响。另外，从表3可以看出，模拟的两个方程的相关系数R2分别为0.946和0.909，说明拟合的方程可以较准确地描述土壤塑限和液限值与各因素之间的相关关系。

表3 土壤液塑限和各影响因素拟合关系

3 结论

从以上结果分析可知，崩岗红土层土壤为高液限黏土，土壤状态为坚硬。土壤有机质含量以及土壤颗粒组成对土壤液塑限有明显影响，具体为：有机质含量、黏粒含量和粉粒含量与土壤液塑限值为正相关，粗砂粒含量、细砂粒和极细砂粒含量对土壤液塑限值为负相关。土壤液塑限与各影响因素的关系符合SPSS模拟的方程，方程R2分别为0.946和0.909，说明模拟的方程可以较准确地预测土壤塑限和液限值与各影响因素的关系。土壤有机质和颗粒分布对土壤液塑限的相关性确定能够为崩岗其他特征的确定提供一些依据，但是对于崩岗崩壁剖面土壤液塑限与其他物理性质，如抗剪强度、渗透等的具体关系还有待进一步研究。

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