冀西北高原土壤冻融特征研究

为明确冀西北高原寒季土壤冻融时空范围及冻融前后储水量变化,通过设计控制性田区,采用时域反射仪(TDR)进行了定位连续观测。结果表明:冀西北高原区冻土深度为200 cm;0~200 cm土体结冻期持续约106 d,融冻期持续35 d,土体融冻速率大于冻结速率。随土层加深,土壤稳定冻结期缩短。封冻期间土体少量耗水,土壤失水主要发生在0~40cm土层。冻结过程有利于保持土壤水分,利于春季植被返青。研究结果为冀西北高原土壤水资源保持、环境保护及植被高效生产提供理论依据。     

青海湖流域高寒草甸季节冻土土壤温湿变化特征

根据2018—2020年青海湖流域高寒草甸野外定点监测的温度、降水、土壤水热数据，分析了高寒草甸生态系统土壤冻融特征以及不同冻融阶段土壤温度、水分的日变化和季节动态过程。结果表明：(1)基于土壤温度变化特征分析，可将冻融循环过程划分为始冻期、完全冻结期、解冻期和完全融化期。各阶段持续的天数长短依次为：完全融化期>完全冻结期>解冻期>始冻期。从表层到深层土壤，完全融化天数持续增大，完全冻结天数趋于减小，0～180 cm土层完全融化期持续天数超过半年以上。(2)冻土表现出单向冻结、双向融化的规律，土壤融化速率(5.45 cm/d)快于土壤冻结速率(2 cm/d)。整个冻融过程，不同深度土壤水分的变化比温度的变化更复杂。(3)随着冻融循环过程，土壤温湿度呈现出周期性的季节变动特征。土壤温湿度日变化具有一致性，表层日较差大，随着深度的增加，日较差变小并趋于稳定。土壤剖面的结构特征对土壤水分异质性分布具有较强的解释性。     

河套灌区农田防护林网内土壤季节性冻融过程及水盐运移

为了解内蒙古河套灌区农田防护林内冻融期土壤水盐状况及运移规律,在2020年10月至2021年4月实测土壤水分、盐分、温度及相关气象数据,并进行相关分析。结果表明:土体表层温度波动较大,随土层深度加深土体温度变化逐渐平缓。冻结期气温下降速率低于消融期气温回升速率,加之土壤温度变化的滞后性,冻结期比消融期长10天左右。季节性冻融冻结作用导致表层土壤含水量升高、深层含水量降低,消融解冻时期,土壤含水量逐渐降低。两侧林带农田边缘(0.3 H、4 H)土壤表层含水量相比农田内部(1 H、2 H、3 H)含水量低,近林带土壤含水率较小的现象随土层加深逐渐消失,在100 cm土层距离林带不同距离土壤含水率几乎没有差别。经过冻融过程土体盐分含量呈现增高态势,土壤冻结导致盐分在各个土层出现聚积,且不断积累,消融时融解层土壤盐分向地表汇聚,同时深层土壤出现一定程度盐分流失现象。近林带农田土壤盐分积聚程度强于远林带。土壤水盐运移基本呈显著相关,同时土壤盐分变异性大于土壤水分变异性,说明土壤盐分的运移过程更为复杂。研究结果揭示了冻融期防护林网内农田土壤水盐运移规律,为灌区防护林内农业发展提供了基础理论依据。     

荒漠草原2种典型群落类型下土壤含水量与土壤粒径分布的关系

为明确荒漠草原区土壤含水量和土壤粒径分布随土层深度的变化趋势及二者之间的关系,以宁夏盐池荒漠草原蒙古冰草群落和短花针茅群落2种典型群落土壤为研究对象,通过对其浅土层(0～40 cm)、中土层(40～80 cm)、深土层(80～160 cm)土壤含水量和土壤粒径分布的动态变化分析,揭示荒漠草原区土壤结构与土壤养分的相关性。结果表明:①不同深度的土壤含水量受降雨影响不同,其中表层最大,20～60 cm土层次之;2个群落0～80 cm浅、中土层的含水量无显著差异,深土层土壤含水量具有显著差异;雨水入渗与土壤结构关系密切,蒙古冰草群落土壤结构较短花针茅群落土壤结构有利于雨水入渗,其深层土壤含水量显著高于短花针茅群落。②土壤颗粒中,黏粒和粉粒含量随土层深度增加而增加,砂粒含量随土层深度增加而减少;土壤含水量、土壤分形维数与土壤黏粒和粉粒含量呈正相关关系,与土壤砂粒含量呈负相关关系;相比而言,蒙古冰草群落深层土壤水分亏缺不严重,短花针茅群落深层土壤水分长期处于亏缺状态。③土壤分形维数受土壤颗粒大小影响较大,即土壤颗粒越小其分形维数越大;2种典型群落的土壤分形维数有差异但不显著,不同群落间的差异大于不同土层间的差异。     

黑土农田冻结-融化期土壤剖面温度变化特征

[目的]研究东北黑土区农地土壤温度变化特征,为冻融作用程度量化分析和冻融作用对土壤侵蚀影响提供基础数据。[方法]利用2015—2018年黑龙江省宾州河流域典型农地2 m土壤剖面11月至翌年4月土壤温度观测资料以及气温数据,分析了冻结和融化过程中土壤温度变化特征以及土壤温度对气温变化的响应,确定土壤冻结与融化过程中耕层土壤冻融循环次数。[结果] 11月至翌年2月的冻结期,土壤温度随土层深度的增加而增加;3—4月份土壤温度梯度发生反向改变,当土壤完全消融后,土壤温度随着土层深度的增加而递减,土壤最大冻结深度为80 cm。研究结果还表明,0—60 cm土层的土壤温度均与气温呈极显著正相关,其相关性随土壤深度增加而减小;而80 cm以下土层,土壤温度均与气温呈负相关。[结论]研究区土壤冻结和融化过程分别呈单向冻结和双向融化现象,冻融循环主要发生在农地耕层0—20 cm土层,其年最大冻融循环次数分别为12次和7次,为设计黑土冻融循环模拟试验提供了数据支持。     

积雪与地表联合覆盖条件下冻融土壤水盐运移规律

为探索石河子灌区冻融季节积雪与地表联合覆盖条件下土壤水盐运移的变化规律,2015—2016年通过田间小区试验,进行了秸秆、地膜、活性炭3种地表覆盖和裸地对照在整个季节性冻融期土壤水盐时空动态变化规律研究。结果表明;地表覆盖比裸地具有更好的保墒、降盐效果。冻结土壤完全融通后,秸秆、活性炭覆盖出现含水量增幅的最大土层范围分别是0—30,0—40cm,反映出这2种覆盖经历冻融过程后更有利于土壤水分的保持和融雪水的高效利用;活性炭、秸秆、地膜覆盖和裸地在0—30cm土层含盐量相比初始值的增幅分别为18.08%,20.30%,30.91%,32.81%,可见活性炭覆盖下抑制盐分向上运移效果最为显著,秸秆覆盖次之;经历冻融过程,土壤水分和盐分变异性随土壤深度的增加而呈现递减趋势。     

冻融对河北省深州市盐碱地土壤理化性质的影响

随着全球气候变暖,冻融对土壤性质的影响日益受到重视。以河北省深州市盐碱土为研究对象,通过分析土壤含水率、全持水量、容重、饱和导水率、电导率、pH和有机质的变化,探讨冻融对0—20cm深度盐碱地土壤理化性质的影响。结果表明:0—20cm土层深度,冻融增加土壤的含水率,而对全持水量的影响较小;0—10cm土层深度,冻融增加了土壤容重与pH,降低了土壤的电导率和渗透性,该层土壤水盐运移呈特殊规律,土壤含水率与电导率呈相反变化趋势;对于10—20cm土层深度,冻融增加了土壤的渗透性和有机质的含量。在相关性分析中,0—20cm土层深度土壤容重与全持水量呈极显著负相关(P0.01),与含水率呈显著负相关(P0.05),其有机质含量和导水率与其他性质无显著相关;0—10cm土层深度土壤pH与容重和含水率呈极显著相关,与全持水量呈显著相关;10—20cm土层深度土壤电导率与容重呈显著负相关,与全持水量呈显著正相关。研究结果为冻融对盐碱土影响的研究及盐碱土的改良提供科学依据。     

好水川流域梯田土壤含水量变化规律研究

对2010年好水川流域梯田0—90 cm土层土壤含水量与降水量资料进行了分析。结果表明,土壤含水量变化量与降水量的季节变化趋势相同,浅层(0—30 cm)趋势线呈M形,峰值分别出现在5月底和8月份,谷值出现在7月中旬;深层(60—90 cm)趋势线呈V形,谷值出现在7月下旬;随着土层深度的增加,土壤含水量标准差和变差系数逐渐变小,说明由于受外界影响程度较低,深层土壤含水量稳定性较强;土壤含水量增加与次降雨量呈极显著相关关系,降水量每增加10 mm,梯田土壤含水量的加权平均值就增加0.45%～1.56%,平均增加0.96%。     

黄土高原典型植被条件下土壤剖面水、碳分布季节变化研究

采用土钻法对黄土高原柠条林地、苜蓿草地和撂荒草地0～300 cm土壤水分、有机碳的季节变化及二者相互关系进行了探讨,结果表明：(1)3种植被条件下0～100 cm土壤含水量存在显著季节变化,但该土层土壤含水量仅雨季后植被间差异显著;>100～200 cm和>200～300 cm土壤含水量季节变化程度不一致,但各季节植被间差异均显著;柠条林地和苜蓿草地100 cm以下土壤含水量明显低于撂荒草地,两者分别在100 cm和200 cm深度以下出现了严重土壤干燥化。(2)3种植被条件下0～300 cm土壤有机碳存储量均为雨季中最低、除柠条林地0～50 cm土层外雨季前最高,柠条林地季节变化较小,苜蓿草地和撂荒草地季节变化较大。(3)3种植被条件下土壤有机碳含量具有不同程度的表聚现象;0～50 cm土壤有机碳密度3种植被间差异均显著;>50～100 cm土壤有机碳密度柠条林地明显高于撂荒草地,两者与苜蓿草地的差异均不显著;>100～300 cm土壤有机碳密度3种植被间差异不显著。柠条和苜蓿的种植分别增加了100 cm和50 cm以上土壤有机碳密度,但导致深层土壤干燥化,不...     

农田黑土季节性冻融过程及其水分分布特征

秋冬、冬春季节转换过程中0~10 cm农田黑土温度日较差较大,土壤经历着反复的冻融交替过程,大于20 cm的土壤温度日较差逐渐减小,冻融作用对深层土壤的影响逐渐减弱。融冻期土壤融化过程是由地表向下和由季节冻结层底面向上两个方向同时进行;而冻融期土壤冻结过程由土壤表面向下单方向进行。冻融过程中土壤水分发生迁移而重新分布,冻结期上层土壤首先冻结并聚集水分;融化期冻层融化水分向冻结锋面迁移,越靠近冻结层水分含量越大。     

秸秆覆盖对冻融期土壤墒情影响试验

为了研究秸秆覆盖对冻融期土壤墒情的影响,该文设置裸地、玉米秸秆覆盖厚度为5、10和15cm的4种地表处理,进行了冻融期的土壤水分迁移试验。结果表明,冻融期秸秆覆盖的保温效应改变了土壤冻结状,使覆盖厚度15cm田块未出现冻层,覆盖厚度5和10cm地块的土壤初冻时间比裸地分别滞后16和25d,且冻层厚度较裸地减小了29和42cm。受冻融作用的影响,裸地在40cm处出现聚墒区,秸秆覆盖田块在地表处和30～50cm处出现聚墒区。冻融期内玉米秸秆覆盖厚度为5、10和15cm田块地表水分波动幅度分别比裸地减小了1.12、6.46和8.7百分点;土壤融化后其地表0-10cm土壤平均含水率分别比裸地高9.45、9.04和8.99百分点。研究成果可为季节性冻土分布区实施秸秆覆盖措施提供参考依据。     

季节性冻融条件下草地入渗特性的试验研究

通过对比分析季节性冻融条件下草地与裸地入渗试验结果,得到了草地冻融条件下的入渗规律。结果表明,在冻融各阶段,地表0~40 cm深度范围内,草地地温均高于裸地,但土壤含水率低于裸地;在土壤初冻和融化阶段,草地入渗90 min累积入渗量大于裸地,但其初始入渗强度小于裸地初始入渗强度;在土壤完全处于冻结状态时,草地与裸地的入渗过程、入渗量基本相同。研究结果为草地冻融土壤入渗特性的进一步研究奠定基础,为区域水土保持与生态修复工程及季节性冻土区冬春灌溉提供参考。     

不同放牧条件内蒙古草原土壤冻融期水热动态

内蒙古草原地处季节性冻土区,与放牧强度相关,土壤冻融过程对该地生态和水文过程有着显著影响,但相关研究相对欠缺。该文重点研究了内蒙古锡林郭勒草原3种放牧条件下UG79(1979年以来禁牧)、UG99(1999年以来禁牧)、HG(1979年以来持续放牧)季节性冻融期的土壤水热动态,以期准确理解放牧这一当地主要土地利用模式对土壤生态水文过程的影响。结果表明:与地上覆盖度相关,不同放牧条件下地表积雪厚度有明显差异,其中HG处理积雪厚度远小于其他处理,其土壤温度变化也最为剧烈。与不同处理土壤冻结速率相关,土壤冻结时HG,UG79和UG99的"聚墒区"分别为20—30cm,10—20cm和10—30cm,其中UG99"聚墒区"分布范围最广,且集中在牧草根系发达区域,对来年牧草生长提供了更好的水分条件。换言之,由于冻后聚墒效应,土壤消融期水分含量在土壤表层高于冻融前,其中UG99处理最大,达到了0.19m~3/m~3。该研究结果为内蒙古草原季节性冻土区控制放牧及合理的禁牧措施提供理论依据。     

Research on the Influence of Water Vapor Diffusion and Evaporation on Water and Heat Transfer in Frozen Soil

Considering the model that the hydrothermal coupling moving rule of the seasonal frozen soil under freezing and thawing effect, a research was made that how deep we bury and the soil texture are to effect the rule of the diffusion and evaporation of water vapor. By monitoring the moisture content and temperature of the profile of the continuous freezing and thawing soil in region named Xiaotangshan mountain in Beijing and using the hydrothermal coupling moving model, the water transferring rule of clay and sandy loam in different depth that we buried was summarized. Many long-term field experiments showed that when frozen layer buried in a deep way was in a frozen state, the interactive movement of the water in the soil was not active and evaporated slowly. The average value of the water evaporation of clay was about 0.51 mm/day approximately and the situation of the sandy loam soil was 1.24 mm/day. By qualitative analyzing and observation, the less we buried (less than 0.8 m), the ice in the frozen soil layer got more. Besides, the density of the frozen soil layer went higher but the water barely diffused. On the contrary, with the increase of the depth, the diffusion went stronger and stronger due to the contact between the soil and the groundwater. In addition, according to the different soil texture detections, the diameter of soil particle has great influence on the diffusion of the water vapor in the soil. The diffusion rate of the water vapor in the sandy loam soil was twice than that of in clay. Other field water coupling experiments showed that, the soil moisture content was greater, soil freezing period density was larger, and soil water infiltration rate was zero. Soil evaporation was gradually decreased with the increasing of groundwater depth, and the size of soil particle would have a more obvious effect on soil water vapor diffusion and evaporation. Our research results can provide scientific basis for the buried area where contains groundwater to keep moisture in the winter and the resource content of the groundwater in Beijing and the locations in the same latitude of Beijing. This paper’s purpose was to research the law of water vapor diffusion and evaporation, with different soil texture and burial depth, so it can verify the coupled model of seasonal frozen soil water and heat migration.     

科尔沁沙坨地-草甸地冻融期地温与最大冻结深度的变化规律

[目的]探究科尔沁沙坨地—草甸地土壤温度与冻结深度的变化规律,为合理指导该区农工生产和建设提供支持。[方法]基于2007—2015年冻融期人工观测数据,对比分析科尔沁沙坨地与草甸地冻融期多年土壤温度与最大冻结深度变化规律。[结果]研究区100cm处沙坨地与草甸地多年土壤温度的标准差变化规律基本一致,草甸地要小于沙坨地,但融解后期由于草甸地融解期历时较长,其标准差大于沙坨地;同时考虑土壤温度和土壤水分对最大冻结深度的影响时,沙坨地在200cm处和草甸地在140cm处的R2分别为0.959和0.788。[结论]研究区内沙坨地先冻结与先融解,沙坨地最大冻结深度较草甸地深,同时考虑土壤温度与土壤水分的最大冻结深度的拟合优度最好,沙坨地与草甸地中最大冻结深度与土壤温度和土壤水分均呈负相关关系。     

积雪覆盖条件下土壤液态含水率空间分布

为了揭示季节性冻土区积雪覆盖条件下土壤垂直剖面各层次液态含水率序列的复杂性变化过程,基于(2013年11月-2014年4月)实测的田间数据,分析了裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚覆盖处理条件下5、10、15、20、40、60、100、140、180 cm土层土壤液态含水率的变化过程,采用变异系数、方差等指标评价其时间序列的离散程度,同时利用小波变换信息量系数(wavelet transform information cost function,WT-ICF)值对含水率序列的复杂性进行识别验证。结果表明:冻融期,积雪覆盖阻碍了土壤与环境之间的水汽传输与能量交换过程,裸地处理条件下土壤含水率变幅最大的层面出现在20 cm土层处,其含水率变幅为18.31%,自然降雪、积雪压实和积雪加厚条件下其最大变幅层面分别为15、15、10 cm,层面逐渐上升;裸地处理条件下20 cm土层处的离散程度最大,随着积雪覆盖厚度的增加和密度的增大,序列离散程度最大的层面逐渐上移,其变异系数依次为6.0189%、6.1367%和6.8546%,波动性增强;小波变换信息量系数能够精确的测算各土层土壤含水率的复杂度,裸地、自然降雪、积雪压实和积雪加厚处理条件下其复杂性活跃层依次为21、18、14和10 cm,积雪的存在导致了环境因子对于土壤的影响区域减小,复杂性活跃层向地表移动。该研究揭示了北方寒区冻融期土壤水分迁移的复杂性特征,对于合理预测春播期土壤墒情,精准、高效的利用土壤水资源具有指导意义。     

影响冻融土壤水分入渗特性主要因素的试验研究

以冻融期间大田自然冻融土壤入渗试验为依据,分析讨论了影响冻融土壤水分入渗特性的主要因素。试验结果表明,冻融条件下,土壤水分入渗特性不仅受非冻结土壤基本理化特性（土壤结构、土壤质地、、土壤含水量等）的影响,还受冻融土壤的冻层厚度、冻层层位、冻层层数等特有因素的影响;在给定土壤质地条件下,土壤结构、土壤含水量、冻层厚度和冻层层位是其主导影响因素,冻层层数对土壤入渗能力也有一定影响。研究结果可为冻融土壤入渗特性的进一步研究奠定基础;可供季节性冻土区冬春灌溉参考。