干湿循环对宁夏压砂砾石劣化的田间试验研究

安文举，李王成,2,3*，赵广兴，贾振江，刘巧玲，王洁，穆敏，李阳阳

▪水土资源与环境▪

干湿循环对宁夏压砂砾石劣化的田间试验研究

安文举1，李王成1,2,3*，赵广兴1，贾振江1，刘巧玲1，王洁1，穆敏1，李阳阳1

（1.宁夏大学 土木与水利工程学院，银川 750021；2.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心，银川 750021；3.省部共建西北土地退化与生态恢复国家重点实验室，银川 750021）

探明宁夏中部干旱带压砂田砾石在干湿循环下的劣化情况。以压砂地常用覆盖砾石—灰绿板岩为研究对象，通过淋水实现干湿循环试验，得到不同劣化程度砾石试样。利用SEM及PCAS计算得到劣化后砾石试样的各种参数并监测各阶段砾石质量损失。①初始阶段大粒级砾石劣化程度总体高于小粒级，干湿循环下孔隙连通性增强，出现大量碎屑与絮状矿物；②干湿循环后砾石粒级同孔隙数量成正比，同砾石平均孔隙面积成反比，孔隙的均匀系数较初始大幅升高，最大增幅达129.4%。粒级越大吸水率越小，粒级0.5～2 mm压砂砾石在250、125 mL淋水下较初始增幅最高，分别增加75.05%、56.60%；③干湿循环后压砂砾石阶段质量损失率、累积质量损失量与粒级成反比，其中粒级0.5～2 mm压砂砾石在整个循环中受温度影响较敏感，其累积质量损失量在250 mL淋水量下比125 mL提高27.66%。在施加干湿循环影响下，小粒级压砂砾石劣化速度和程度总体大于大粒级，砾石首先要从大粒级劣化为小粒级，再劣化成壤。

干湿循环；扫描电镜；孔隙；吸水率；质量损失率；PCAS

0 引言

【研究意义】宁夏中部干旱带属于典型的温带大陆性气候，常年干旱少雨，是我国西部地区荒漠化极为严重的地区之一。为减少蒸发、抑制风蚀，压砂地逐渐成了当地主要耕作农田[1]。由于气候恶劣，作物生长严重倚赖灌溉。尤其是当地特产的硒砂瓜、中卫枸杞等作物，在整个生长周期内需要进行饱和灌溉4～6次。灌溉使西瓜和枸杞产量和品质驰名全国，但随使用年限增加，当地压砂田已经出现了不同程度的老化。因此开展压砂砾石快速成壤化的研究对于恢复当地生态环境具有重要意义。【研究进展】目前，对于岩石劣化的研究，国内外学者已经开展了大量试验并取得了丰硕的成果。Dixon等[2]早在1994年就将装有白云石和花岗岩的网袋放置在瑞典某峡谷内5种不同覆盖植被上并在实验室同步模拟，1999年收集数据后发现实验室样品的总质量损失不超过0.24%，而自然中的白云石质量减少0.54%/a，花岗岩为0.41%/a且超过随后4 a的所有情况，最终阐述了环境尤其是湿度对岩石劣化的显著影响；Cieślik等[3]对岩石样品中的塑性体积变化及其劣化过程的断裂发育进行了分析，建立了岩石试件的非弹性体积应变，将剪胀作为岩石破坏过程中压裂发展的一种度量标准。在对岩石劣化的研究进程中发现干湿循环能明显加快岩石劣化的速度和程度，其物理性质也随即发生改变。Wang等[4]对龙滩水电站岸坡经过数次干湿循环的金刚石进行一系列三轴蠕变试验，提出了考虑饱和-脱水循环影响的损伤非线性Burgers黏弹塑性损伤模型并确定了模型蠕变参数；崔凯等[5]通过干湿循环和化学溶液共同作用发现贺兰山岩画试样内部线性孔隙、孔洞数量和连接情况的不同是由于内部水解、化学溶蚀和盐分结晶和溶解共同导致；邓华锋等[6-8]、Zhang等[9]、Fang等[10]通过对三峡库区岩石进行多阶段、多角度的干湿劣化试验，建立了岩石劣化损伤本构模型[11]，能够较好地反映浸泡-风干循环水岩作用的损伤效应。申林方等[12]通过开展干湿循环试验研究溶液pH值及循环次数作用对玄武岩单轴抗压强度的劣化规律，最终发现干湿循环会促进岩石孔隙生长，而孔隙生长的同时会反作用于岩石的整个劣化进程，从而进一步加速岩石劣化。Sen等[13]发现水分是影响细颗粒微观结构的关键因素之一，在干湿循环过程中，细颗粒结构的变化并非可逆，随着循环周期的增加，其体积特性将达到平衡状态；对于宁夏中部干旱地区压砂砾石的研究主要集中在岩石元素淋溶、压砂地土壤水盐运移等方面。李王成等[14]通过室内模拟试验，分析了不同补水量、盐分及温度对压砂砾石元素淋溶的影响；谭军利等[15]通过土柱模拟试验得出砂层厚度会影响土壤水盐分布。刘民安等[16]通过室内干湿循环试验研究了不同盐度及粒径对压砂砾石的损伤过程，初步分析了当地压砂砾石的损伤机理。【切入点】目前，对于开展田间试验探索压砂砾石劣化机理研究较少。【拟解决的关键问题】为此，通过田间干湿循环试验、扫描电镜（SEM）、颗粒（孔隙）及裂隙图像识别与分析系统（PCAS）、称质量法，研究分析劣化过程中的砾石孔隙生长、吸水率变化及质量损失规律，为加速老压砂地砾石劣化，促进生态恢复提供数据参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

试验点位于宁夏环香山地区的香山乡（36°56′24 N，105°13′44 E），平均海拔1 479.2 m，气压834.0 hPa，年平均温度7.0～8.5 ℃，年均降雨量不足200 mm，年均蒸发量为2 100～2 400 mm，属温带大陆性气候[17]。该地区干旱少雨，植被覆盖率低，昼夜温差大，是典型的极度干旱区。

1.2 试验材料与方法

1.2.1 试验材料

试验材料为当地常见的压砂砾石—灰绿板岩，其地质年代为奥陶系，常见为灰绿-深灰色，主要化学成分为SiO2，利用XRD分析其主要矿物成分为石英、斜长石、云母，属变质岩，其结合水质量分数为0.30%[1]。通过实地勘察，最终在当地某一河道随机采取劣化率较低的砾石样品，按照当地压砂习惯将采集的砾石过0.5～15 mm筛，保证粒度均匀后运回宁夏中卫市香山乡宁夏大学压砂地持续利用产学研试验站开展大田试验。

1.2.2 试验设计

通过设置二因素（淋水量、粒级）来探究干湿循环下压砂砾石的劣化效果，结合当地压砂习惯，选取0.5～2、2～5、5～10、10～15 mm共4个粒级组。宁夏中卫市香山乡6—9（1989—2019年）月平均温度最高，太阳辐射剧烈，水分蒸发强烈，所以在该月份开展试验。在当地压砂地中随机布置试验区域，采用亚克力管纵置和透水膜兜底结合，按照层厚30 mm将样品埋置于大田试验区域。透水膜是1层粒径极小的薄膜，既能充分实现大田热交换，又可实现淋水的自然下渗及汇流。试验布置见图1。采用深圳市德晟泰科技公司生产的精度为0.1 ℃的数显温度传感器，将温度传感器探头平置于样品中间，以观测每个样品的温度变化。

图1 大田试验样品布置图

淋水采用当地自来水，水温恒定。淋水时间为每日13:30—14:00，为保证所有样品都能参与干湿循环，淋水后水量须与砾石表面齐平，设定淋水量为125 mL。同时为了对比观察不同水量影响下的劣化效果，设置250 mL的对比水量。试验设计详见表1。

表1 试验因素水平表

1.2.3 试验样品温度控制方法

该试验是通过采用淋水实现高温差下压砂砾石干湿循环，从而促进其劣化效果。如图2是6月1日—8月31日LQ1处理压砂砾石温度日变化图。由图2可知，压砂砾石在日出后温度上升，在13:30—14:00左右达到极值，最高温度可达66℃，在该时刻淋以温差达40 ℃的冷水，压砂砾石表面温度骤降，降幅达40%，其后水分下渗和蒸发，砾石逐渐风干，即进行1次干湿循环。若该方法可以加快岩石劣化，则可以在夏季高温月份定量淋水，不仅节省自然、社会资源，同时也可以减少压砂砾石中矿质元素的流失。

图2 试验周期内LQ1处理温度日变化图

1.3 观测指标及计算方法

1.3.1 压砂砾石孔隙生长统计参数分析

采用形状系数来对孔隙的形状特征进行评价[18]，其计算式为：

=4π/2， （1）

式中：为形状系数；为孔隙颗粒的实际面积；为孔隙颗粒的实际周长。

因为在同一平面内不同孔隙的形状参数不同，故采用平均形状系数来评价整体的孔隙形状，其计算式为：

概率熵是施斌[19]从现代信息系统中引进用来反映颗粒排列方向的结构参数，即整体定向分布情况。概率熵越大，孔隙排列越分散，岩石不具有或是具有极微弱定向性，反之孔隙越趋于一个方向，计算式为：

式中：m为概率熵；为孔隙长轴方向在第个区间内的个数；为总颗粒数；即是在单元体排列方向[0º～180º]中等分的方位区数，以10º为1个单位，即=18。

分形维数用来描述孔隙结构复杂程度，反映了对象占有空间有效性[20]。若孔隙存在分形特征，则孔隙的等效面积和周长之间关系如下：

式中：为常数；为孔隙分形维数，其取值为1～2；值越小，表明岩石孔隙结构越简单；为多边形等效周长；为多边形等效面积。

1.3.2 压砂砾石质量损失率分析

质量损失贯穿砾石劣化的整个过程。在试验过程中，每循环20 d取样并称量滞留在各粒径网筛上的砾石质量，记录不同粒级的砾石样品质量损失变化。

压砂砾石阶段质量损失率[21]为：

式中：为压砂砾石阶段质量损失率（%）；为样品总质量（g）；S为过筛后滞留质量（g）；为次数。

2 结果与分析

2.1 对不同粒级压砂砾石表面微观形状分析

采用德国卡尔蔡司公司Zeiss EVO 18在2 000倍下对不同粒级压砂砾石样品表面进行微观结构观测，干湿循环前SEM图像如图3所示。不同粒级压砂砾石表面呈微沟壑状，有明显冲刷痕迹，孔隙不发育或微发育，多呈各向异性，连通性较差；砾石表面附着少量片状碎屑，且随粒级增大碎屑数量增多，碎屑的不规则排布使大粒级孔隙数量显著高于小粒级，这可能是大粒级砾石多分布于大田砂土层上部，受光照和降雨冲刷影响更大，其表面劣化程度也相对更高。

干湿循环后SEM图像如图4所示，不同淋水量不同粒级砾石的劣化程度明显，表现在LQ1、LQ2处理表面出现大量排布随机、大小不一的碎屑，板块间胶结作用减弱，并有明显层理出现，LQ3处理孔隙相互连通呈河谷状，连通长度达63 μm，鳞状碎片数量最多，有微孔隙发育。125 mL淋水量下，LB1处理表面生长大量孔隙，LB2处理表面衍生大量细微碎屑，LB3处理表面岩屑与絮状物夹杂，表层有脱落迹象，LB4处理则是大量絮状矿物布满整个表层，絮状物的衍生滋生部分微孔隙。

图3 初始阶段不同粒级压砂砾石SEM图像（2 000倍）

图4 干湿循环后不同粒级压砂砾石SEM图像（2 000倍）

总体来说，循环后砾石表面粗糙程度要远高于循环前，随粒级增大，砾石表面由碎屑向絮状矿物转化。这可能是因为水分对不同粒级砾石的作用效果不同，对小粒级砾石主要是水化作用导致胶结作用减弱碎屑脱落，尚未脱落的碎屑黏附在表层，而对大粒级主要是矿物溶解，从而衍生絮状物。

2.2 压砂砾石微观结构参数变化分析

采用南京大学开发的孔隙（颗粒）及裂隙图像识别与分析系统（PCAS）[22]对压砂砾石微观结构参数变化情况进行分析。PCAS通过设定阈值、最小孔隙面积和封闭半径等参数，对SEM图像进行二值化操作，将大于设定阈值的像素点识别为颗粒，呈白色；反之识别为孔隙，呈黑色。在设定阈值时首先设置较大阈值并分割图像，后逐渐减小直到较暗区域转为白色，在这一值附近调整，直到将多数孔隙区分出来，为减小误差，取多次均值为最终阈值。由于SEM图像中的孔隙是由一些像素点组成，当像素点较少时，则无法真实表示孔隙形状，所以需要设定所分析的最小孔隙面积，这一值通常取50；封闭半径定义为腐蚀结构元素的半径，当孔隙间连接直径小于2时，则会被区分为2个独立区域，即被识别为2个孔隙，本研究中该值取2。最后将识别结果做运算[23]。以图5为例。

图5 扫描电镜图像识别及分析

PCAS是通过SEM图像像素来进行识别和运算的，SEM图像为1 024×714像素，实际大小10.667×7.438 cm，则换算1个像素单位代表0.052 1 μm[24]。压砂砾石干湿循环前后几何参数变化见表2。从表2可以看出，淋水均有利于促进不同粒级砾石劣化，孔隙数量呈上升趋势，但LQ处理下孔隙数量均比LB处理少，与CK相比差异显著。平均孔隙面积总体呈下降趋势，LB、LQ处理与CK均有明显差异。结合SEM图像，CK压砂砾石尚处于劣化初期，孔隙形成是由成岩作用及自然劣化，循环后砾石表面出现了大量碎屑和絮状物，并随循环次数增加碎屑数量迅速增加，使得孔隙数量激增而平均面积下降。孔隙的平均形状系数是表征孔隙形状特征的参数，由表2可知，只在粒级0.5～2 mm下LQ处理显著高于CK，其他粒级均无显著规律。通过SEM图像看到相当占比的微小孔隙形状与初始无较大差别，即使一些孔隙生长连通使其构造改变，但循环中不断衍生的大量新孔隙形状均一、结构简单，其次，孔隙周围矿质成分的生成和溶解填充到原生孔隙中，体现在平均形状系数变化不明显。

试验前后压砂砾石孔隙均匀系数较初始有大幅升高，最大增幅达129.4%，表明干湿循环后除了碎屑脱落生成微小孔隙外，原生孔隙向着孔喉半径增大的方向发展，这可能是水分子蓄满砾石孔隙后对周围产生挤压应力造成。压砂砾石孔隙的分形维数和概率熵没有明显差异和变化规律，说明干湿循环不会明显改变压砂砾石孔隙发育的结构复杂度和方向性。

表2 不同粒级及淋水量下砾石孔隙统计参数变化

注 不同小写字母表示相同淋水量不同粒级间差异显著（<0.05），下同。

岩石吸水率能够反应孔隙内部的延伸情况，孔隙数量增长和孔喉增大对压砂砾石吸水性也产生巨大影响[25]，图6是干湿循环前后压砂砾石吸水率变化图。

图6 循环前后不同粒级压砂砾石吸水率变化图

由图6可知，循环前后压砂砾石吸水率均随粒级升高而减小，最大粒级10～15 mm砾石初始时仅为1.22%。最小粒级0.5～2 mm砾石吸水率差异最大，CK吸水率最低，为9.26%。LQ处理下粒级0.5～2 mm吸水率最高，为16.21%，比同粒级CK提高75.05%，比同粒级LB处理仅提高11.80%；其次粒级0.5～2 mm砾石在LB处理下吸水率为14.50%，比同粒级CK提高56.60%。进一步说明粒级越小，其孔隙发育程度越高，水在蓄满砾石内部孔隙和裂隙后，对原生孔隙产生挤压应力使其进一步劣化，在相同条件下孔隙的发育程度越大。结合SEM图像，最大粒级压砂砾石吸水率与初始几乎相同，可能是因为大粒级压砂砾石虽然生成的孔隙数量相较初始有很大增长，但大多是由表层岩屑堆积而成，向内发育程度低，水分黏聚在表层以及表层的微孔隙中而未进一步向内渗入，按照《水利水电工程岩石试验规程SL/T 264—2020》[26]进行吸水率试验，岩石充分吸水48 h后随即将表面水分拭走，而使吸水率与初始相比增幅不大。

2.3 压砂砾石阶段质量损失影响分析

压砂砾石在干湿循环过程中的质量损失主要还是矿质溶解和碎屑脱落，最终使其结构改变[27]。图7是阶段质量损失率变化图。由图7可知，在循环初期，不同粒级砾石在不同淋水量下阶段质量损失率均增大，在循环40次后，除LQ1、LB1处理保持继续上升外其他粒级均有下降，在循环60次后，LQ4、LB4处理继续下降，LQ2、LQ3、LB3、LB2处理则转为上升。这可能是因为小粒级压砂砾石劣化速度高于其他粒级，其结构更易改变导致阶段质量损失率持续上升，其次可能是循环过程中黏土矿物生成较多，部分易溶于水而流失，表现为前60次循环中阶段质量损失率持续上升。劣化后期质量损失率减小，可能是因为当地8月气温降低，干湿循环效果不佳，砾石劣化速度减缓导致。LQ4、LB4处理在循环40次时达到极点后持续下降可能是因为初始形成的碎屑经短暂干湿循环后胶结作用减弱而流失，流失后表面开始衍生新岩屑和絮状矿质，需要更长的循环周期才能脱落。中间粒级的压砂砾石，其孔隙生长、碎屑衍生速度均介于最大和最小粒级之间，其阶段质量损失率则呈波动趋势。

图7 不同循环次数下各粒级压砂砾石阶段质量损失率

2.4 压砂砾石累积质量损失量影响分析

由表3可知，250 mL淋水量下，循环20次时LQ1、LQ2处理压砂砾石质量损失量显著高于LQ3、LQ4处理，LQ1、LQ2处理压砂砾石之间无显著差异，但LQ1处理质量损失量略高于LQ2处理。循环40次时各粒级压砂砾石累积质量损失量均存在显著性差异，表现为LQ1处理>LQ2处理>LQ3处理>LQ4处理，砾石粒级越小，累积质量损失量越大。循环60次时砾石各粒级质量损失量均存在显著差异，LQ4处理高于LQ3处理，结合SEM图像分析，可能在前2个阶段干湿循环中LQ4处理处于碎屑衍生阶段，大量絮状碎屑附着在砾石表面，随循环进行表面碎屑大量脱落，矿质成分溶解导致质量急速损失。循环80次时，LQ1、LQ2、LQ3处理累积质量损失量均存在显著差异，LQ3、LQ4处理无显著性差异。可能因为当地8月气温逐渐降低，砾石干湿循环周期变长，劣化速度减慢，导致大粒级砾石对累积质量损失量无显著影响。125 mL淋水量下，循环20次时LB1、LB2处理累积质量损失量显著高于LB3、LB4处理。循环40、60、80次时不同粒级压砂砾石累积质量损失量均存在显著差异，LB1处理均显著高于其他粒级。循环40次时LB2、LB3处理显著高于LB4处理，循环60、80次时LB2处理显著高于LB3、LB4处理。循环80次时LB4处理显著高于LB3处理，这可能是因为淋水量减少，砾石碎屑衍生时间变长导致整体脱落时间迟于250 mL淋水量。

综上可知，无论是哪种淋水量下，压砂砾石累积质量损失量均随粒级增大而减小，125 mL淋水量下，LB1、LB2处理的累积质量损失量为28.06、20.91 g，在250 mL淋水量下，LQ1、LQ2处理的累积质量损失量为35.82、24.71 g，较前者的累积质量损失量增加27.66%、18.17%。表明成倍增加淋水量并未使小粒级压砂砾石的累积质量损失量明显增加。

表3 干湿循环对砾石累积质量损失量影响因素显著性分析

3 讨论

农田表层覆砂是西北地区一种抑蒸保墒的独特耕作模式，但随着连年种植，砂层结构单一、土壤肥力下降、水土流失严重、生态恶化等问题凸显[28]，作为一种不可持续的生产方式，已经引起了当地政府和众多学者的关注。所以本研究是针对压砂地老化后造成的生态及环境恶化等问题进行试验研究，以期为宁夏中部干旱带生态脆弱区植被恢复和耕地修复提供理论基础。

干湿循环对砾石劣化进程具有一定的积极作用，砾石中淋溶出的部分元素会促进作物的生长[29-31]，王霞[32]基于不同补水量条件下的压砂砾石室内仿真模拟试验发现，干湿循环能够淋溶释放出有益于植物生长所需的16种元素；王洁等[17]通过开展压砂砾石干湿循环试验发现，各元素淋溶量随循环次数增加呈先增后减趋势。综上，通过研究干湿循环对压砂砾石劣化的影响，对于改善土壤肥力和促进生态恢复具有积极的现实意义。

由于宁夏中部干旱带恶劣的自然条件，作物的生育期内需要大量的灌溉来维持作物生长和发育，压砂砾石即在不断地灌溉中完成干湿循环过程。本试验中，通过充分考虑当地自然环境实地开展田间试验，研究并说明当地压砂砾石的劣化损伤情况，干湿循环改变了压砂砾石的表面结构，对砾石的孔隙生长、碎屑衍生以及质量损失均有明显促进作用，这与刘民安等[16]的研究成果相似。主要因为在循环过程中，“湿”过程的孔隙水挤压、矿质溶解和“干”过程的碎屑脱落、颗粒崩解，促进了砾石劣化。在分析过程中，通过对比不同淋水量下砾石孔隙形成、吸水率以及质量损失，2倍淋水量下，砾石吸水率最大仅提升11.80%，砾石质量损失量最大仅提升27.66%，成倍淋水量仅得到微小的劣化效果，说明在干湿循环促进宁夏中部干旱带压砂砾石劣化中，水量控制仍是一个值得深掘的问题，在达到良好劣化效果同时节约水资源是预期目标，这项研究目前还鲜有报道。

本试验在自然状况下模拟压砂砾石劣化过程，利用透水膜实现大田水热交换，但是透水膜将砾石与土壤微生物分隔从而影响砾石劣化。最后，通过作者定位试验发现，当地自然环境恶劣、风向风力变化异常，可能会促进压砂砾石劣化进程。因此，后期科研工作者可以从以上3个方面对宁夏中部干旱带压砂砾石的快速劣化成壤做进一步探索。

4 结论

1）干湿循环前，大粒级压砂砾石劣化程度高于小粒级，干湿循环后压砂砾石表面出现大量碎屑与絮状矿物，板块间胶结作用减弱，砾石粒级同孔隙数量呈正比，同砾石平均孔隙面积呈反比；孔隙的均匀系数较初始大幅升高，最大增幅达129.4%。循环前后，砾石粒级越大，吸水率越小。

2）干湿循环后压砂砾石阶段质量损失率与粒级成反比，最小粒级（0.5～2 mm）对温度敏感性较强；累积质量损失率与粒级成反比，且在2个淋水量下累积质量损失量效果最为明显。

3）2倍淋水量比1倍淋水量下压砂砾石吸水率仅提高11.80%，0.5～2、2～5 mm粒级砾石累积质量损失量增加最多，但仅为27.66%、18.17%。表明成倍增加淋水量并未使小粒级压砂砾石的累积质量损失量呈明显增加效果。

4）在施加干湿循环影响下，小粒级压砂砾石的劣化速度和程度均大于其他大粒级，小粒级砾石孔隙形成速度和程度均优于大粒级，孔隙生长会反作用于砾石劣化；大粒级要先劣化为小粒级，再劣化成壤。

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The Effects of Wetting-drying Cycles on Degradation of Sands and Gravels Used for Soil Mulching in Ningxia Province

AN Wenju1, LI Wangcheng1,2,3*, ZHAO Guangxin1,JIA Zhenjiang1, LIU Qiaoling1, WANG Jie1, MU Min1, LI Yangyang1

(1. School of Civil and Hydraulic Engineering, Ningxia University, Yinchuan 750021, China; 2. Engineering Research Center of the Ministry of Education for Efficient Utilization of Modern Agricultural Water Resources in Dry Areas, Yinchuan 750021, China;3.State Key Laboratory of Land Degradation and Ecological Restoration in Northwest China, Yinchuan 750021, China)

Sand and gravel mulching is a technology widely used for crop production in the arid regions in northwestern China. Continuous weathering could result in their degradation; the purpose of this paper is to study the effects of wetting-drying cycles on degradation of gravels and sand used for soil mulching in the arid belt in central Ningxia province.We took lime-green slate - a commonly used gravel and sand for soil mulching - as an example, mimicking wetting-drying cycles in laboratory by spraying. Degradation of the gravels were measured and calculated using SEM and PCAS technologies.①Large gravels degraded faster than small ones at the early stage, and wetting-drying increased pore connectivity of the gravel mulch. A great number of debris and flocculent minerals were found. ②At the end of wetting-drying cycles, gravel size was proportional to the number of pores and was inversely proportional to the average pore area of the gravels. Wetting-drying increased the uniformity coefficient of the pores by up to 129.4%. The ability of the gravels to adsorb water decreased as the gravel size increased. The crushed sand and gravel in the size range of 0.5～2 mm had the highest water adsorption under water application of 250 and 125 mL, increasing water adsorption by 75.05% and 56.60% respectively, compared to the initial water content. ③At the end of the wetting-drying cycles, the mass loss rate and cumulative mass loss in the sand and gravel were inversely proportional to particle size. Among them, sand and gravel with size in the range of 0.5～2 mm were more sensitive to temperature. Their cumulative mass loss under water application of 250 mL was 27.66% higher than that under water application of 125 mL.Wetting-drying cycles affect degradation of small and compacted sand and gravel more than the large ones. Our results have important implications for improving management of soils mulched by sand and gravel in the arid regions in northwestern China.

drying-wetting cycle; SEM; porosity; water absorption; mass loss rate; PCAS

S151

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021532

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AN Wenju, LI Wangcheng, ZHAO Guangxing, et al. The Effects of Wetting-drying Cycles on Degradation of Sands and Gravels Used for Soil Mulching in Ningxia Province[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(6): 80-88.

1672 - 3317（2022）06 - 0080 - 09

2020-10-29

国家自然科学基金项目（51869023，52169010）；宁夏自然科学基金重点项目（2021AAC02008）；国家重点研发项目（2021YFD1900600）；宁夏高等学校一流学科建设资助项目（NXYLXK2021A03）；宁夏重点研发计划项目（2019BEH03010）

安文举（1997-），男，宁夏彭阳人。硕士研究生，主要从事旱区节水灌溉理论与技术研究。E-mail: 1950710678@qq.com

李王成（1974-），男，陕西勉县人。教授，博士生导师，主要从事旱区节水灌溉理论与技术研究。E-mail: liwangcheng@126.com

责任编辑：白芳芳