科尔沁草甸地冻融期土壤水热盐动态迁移规律

为掌握科尔沁草甸地冻融期土壤水、热、盐迁移规律,以科尔沁左翼后旗阿古拉生态水文试验站2013年10月—2014年5月土壤冻融期实测气象、土壤等数据为基础,用统计分析法对研究区草甸地冻融期土壤温度、水分、盐分的变化规律进行了分析。结果表明:气温对土壤剖面温度的影响随着土壤深度的增加而降低,土壤剖面温度变化滞后于气温变化的时间取决于气温升降幅度,且没有显著的规律;由于气温回升速度大于降温速度,导致土壤消融速度比冻结速度快;土壤冻结过程由表层向下进行,冻结温度与土壤含盐量呈负相关关系,用温度的线性内插法准确确定草甸地于2014年3月9日达到最大冻深104 cm;土壤消融时受地下暖土层热流和地表温度双重影响,由底部向地表和由地表向冻结层进行双向消融;地下水位埋深较浅,受土壤冻融作用影响,升降趋势显著;草甸地土壤冻结期盐分向地表积聚,并于2月达到最大,后经消融及雨水淋润作用开始下降;冻融期盐分变异性大于水分变异性,说明盐分的运移过程更为复杂。     

河西走廊昌马灌区土壤水盐动态及脱盐过程

昌马灌区处于西北内陆典型的干旱区，由于自然环境差，蒸发作用强烈，平原区土壤含盐量较高。拟建的“疏勒河农业灌溉工程”实施区80．9％的开垦土地为盐渍土，其改良方式以及现状，水盐平衡的变化对环境特别是下游溶泄区的影响引起了各界的关注。文章在分析土壤盐份动态影响因素基础上，根据昌马灌区水土盐动态观测资料，将土壤盐分动态分为脱盐型、灌期脱盐型、灌期积盐型、平稳型、灌期解盐型、降水积盐型等6种类型。同时发现在疏勒河流域这样的干旱环境中，难溶盐CaCO3的稳定带不在中游，而在下游安西-敦煌盆地及花海盆地。从而为中游盆地土壤可溶盐含量计算和排盐设计找到了理论依据。对比3组典型的原位淋滤试验资料，认为当工程排盐时土壤含盐量达1％—1．5％(0-100cm平均含盐量)，以后洗盐效果不明显；对于不同的淋洗方式，深排系统效果明显，浅排系统毛排间距大者较小者效果更为明显。这些结论可作为工程设计和地方政府制定排水管理的直接依据。最后利用试验中原盐剩余率与累计入田间的淋洗水量建立了相关关系式，决策者可以根据土壤原始含盐量计算出所需淋洗水量，并根据河源来水量决定改造规模，从而达到水土资源的优化利用。     

吉林西部盐碱水田区冻融期土壤水盐运移特征及酶活性变化

为研究冻融作用下水田0~50cm土层水、盐、pH、脲酶活性变化规律及其相关关系,采集吉林西部盐碱土区大安市水田土壤,选取冻结12h、融化12h为一个循环,开展室内模拟试验,模拟昼夜反复冻融条件下土壤水盐运移和酶活性的动态变化,分别用质量法、残渣烘干法、电位法、靛酚蓝比色法测定各层土壤含水率、含盐量、pH和脲酶活性,分析其在不同冻融条件下的变化规律和相关性。研究表明,土壤深度是影响含水率、含盐量、pH、脲酶活性的主要因素之一:20~50cm土层的水分和盐分不断向上层运移,使表层含盐量和pH升高,且水、盐之间具有显著的相关性,说明水分运移在一定程度上决定了盐分的运移;除10~20cm土层脲酶活性略有升高外,其他各层脲酶活性出现不同程度的降低。冻融过程中含水率、含盐量、pH均与脲酶活性呈现显著的相关性,脲酶活性是冻融次数、温度、含盐量、pH、有机质等多种因素共同作用的结果。因此,冻融作用在引起或加重水田表层土壤盐碱化方面起到至关重要的作用,冻融作用降低了土壤脲酶的活性,进而会影响土壤的肥力。     

渭河流域西部季节冻融对浅层非饱和土壤水热变化的影响

以黄土高原渭河流域西部黄土丘陵沟壑区为研究区域,建立了野外观测场地,对该区域浅层非饱和土体冻融过程及水热运移规律对气候作用的响应过程进行了研究与分析。结果表明：气温对地温及地温变幅的影响随深度增加而迅速衰减,地温振幅随深度增加按指数规律衰减且温度波的相位随深度的增加而滞后,地表下200 cm深度以内地温振幅受气温影响较大。该区域裸露地表土壤的最大冻结深度在20～50 cm之间。在土壤冻结过程中,深层土壤未冻水逐渐向冻结层运移,导致深层含水量逐渐减少。不同深度土壤冻结系数随土壤深度的增加而减小,融化系数则相反。地表下50 cm深度以内的土体含水量受降水影响波动显著。土壤含水量与温度呈相似变化,地温峰值出现的时间总滞后于土壤水分,其变异程度均随土壤深度的增加而减小。     

土壤在冻融过程中水－热－盐耦合运移数学模型之初探

在土壤溶液冻结温度与其含量和溶盐离子组成的关系约束下，土壤中水分、热流和溶盐运移的基本方程、初始条件和边界条件构成了土壤在冻融过程中水－热－盐耦合运移的数学模型。随着专项研究的深入，模型尚需进一步修正与完善。     

冻融过程对黑土水稳性团聚体含量影响

以黑土为试验材料,通过室内模拟试验,研究了冻融过程中含水量、温度、循环次数等因素对黑土团聚体稳定性的影响.结果表明:田间持水量(40%)时的冻融过程增强团聚体稳定性,含水量过高或过低均破碎团聚体,特别是高含水量(70%);冻结温度对团聚体稳定性也有显著影响,含水量条件是适宜冻结温度的先决条件;随冻融循环次数增加(1次、7次和14次)各级团聚体含量(>0.5mm)、团聚体总量和平均重量直径降低.在此基础上,针对含水量对团聚体稳定性效应的研究争议,提出冻融过程团聚体稳定性的土壤水气矛盾统一体假设.建议在黑土冻结前,调节土壤含水量至田间持水量,从而保持和改善土壤物理结构.     

土壤冻融过程对祁连山森林土壤碳氮的影响

利用祁连山区3个气象站常年监测的冻土与温度资料,研究了0~60 cm层次土壤有机碳和全氮分布及与海拔高度、土壤温度的关系,并在室内模拟研究了冻融过程（-20~15 ℃）对祁连山青海云杉林和高山灌丛林土壤有机碳和氮矿化过程的影响. 结果表明：土壤的有机碳和全氮含量随海拔上升呈增加趋势,土壤有机碳和全氮含量与海拔呈显著正相关关系,与土壤温度呈显著负相关关系. 室内模拟实验表明,经过多次冻融循环过程,冻融处理抑制了土壤有机碳矿化过程,对照处理土壤有机碳矿化速率高于冻融处理. 冻融次数也是影响土壤有机氮矿化的一个重要因素,经过42次冻融,青海云杉林和高山灌丛林土壤中有机氮质量分数分别提高了2.42倍和2.82倍. 土壤冻融过程促进了土壤有机氮的矿化,有利于土壤中有效氮的累积.     

冻融过程黑土2m土体固液态水分含量动态特征

应用中子仪-TDR联合测定法监测海伦站冻融过程中黑土固液态水分含量的动态特征结果表明:冻结过程,2m土体水分含量增加73.7 mm,约占全年降水总量的13.4%,上层土体水分含量的增加是下层土体水分在温度梯度驱动下向上层迁移造成的。固态水含量是土壤温度和土体含水量综合作用的结果,2 m土体固态水贮量最大值出现在2月下旬至3月初,约占2 m土体总水贮量的60%;液态水含量随冻结时间推移逐渐减少,直至达到稳定的冻结状态,液态水最小含量约占2 m土体总水贮量的40%。     

易盐渍区粘土夹层对土壤水盐运动的影响特征

针对黄淮海冲积平原土壤剖面中粘土夹层普遍存在的现象,在典型易盐渍区开展模拟易盐农田常规种植条件下水盐运移的大型土柱实验,基于长达20年的长系列监测数据分析,系统研究易盐渍区不同土体构型和地下水位等代表性条件下的土壤水盐运移规律和粘土夹层的影响特征.研究结果表明:粘土层有良好的保水和隔盐能力,尤其对表土积盐的抑制效果显著...     

黄土高原砂壤土冻融过程的观测和模拟

针对黄土高原冬季陆面过程,使用兰州皋兰地区冬季观测资料和水热耦合模式(SHAW),进行了观测资料和数值模拟分析.结果表明:冬季,黄土高原地区入射的太阳辐射较小,降水稀少,空气干燥,12月、 1月及2月的月平均气温均低于0℃,净辐射很小,积/融雪期间,净辐射出现了负值.地表能量分配中感热潜热都很小,但感热相对潜热占主要地位,在无降水时期日平均潜热通量几乎都在10W·m-2以下.水热耦合模式对地表能量中短波净辐射和长波净辐射模拟较好,感热通量和潜热通量的模拟存在一定的偏差.模式对浅层30cm和40cm土壤温度及土壤湿度模拟较为成功,模拟值对观测值的相关性较高,相关系数均达到0.87以上.土壤温度模拟偏高,土壤湿度的模拟稍偏低.     

硫酸盐渍土在多次冻融循环时的盐胀累加规律

通过室内模拟试验,研究了硫酸盐渍土在历经多次冻融循环时的盐胀累加规律,得出了盐胀累加的不同类型,给出了累加盐胀率与循环次烽之间的关系式,进一步揭示了盐胀累加的 和影响因素。     

硬壳覆盖条件下土壤冻融期水盐运动规律研究

采用大田试验,研究了水泥硬壳覆盖后冻融期土壤温度、水分、盐分的变化规律,采用室内土柱试验,研究了冻融交替时期土壤中的水盐运动规律,试验表明,土壤水泥硬壳覆盖后土壤的冻结时间减少,冻结深度变浅;明显抑制土壤水分的无效蒸发;明显抑制土壤在融冻时期的土壤返盐,同时由于“冻层滞水”在春季的融化,有淋洗表层土壤盐分的作用,使土壤表层脱盐,土柱脱融试验进一步说明,土壤经冻融过程后,土壤中的水盐发生了重新分布。     

冻融作用对地气系统能量交换的影响分析

通过对温度波在地层内传播过程问题的分析研究, 讨论土在冻结和融化过程对地气系统能量交换的影响, 并以亚粘土为例应用近似方法计算了在冻结和融化过程地气系统能量交换和地温变化特征, 同时将相同条件下发生冻融作用与不发生冻融作用情况地气系统热交换量进行了比较. 结果表明, 冻融作用使地气系统热交换加强, 同时吸热和放热的过程也发生了改变.     

冻融过程中土体水热力耦合作用理论和模型研究进展

随着冻土地区基础设施建设加快,冻害已成为寒区工程建设中迫切需要解决的问题.造成冻害现象的主要原因是土体的冻胀和融沉,而冻融过程受控于土体温度场、水分场、应力场及其变化规律.深入开展水热力耦合作用机理的研究对解决实际工程冻害问题具有重要的指导意义.对国内外在水热力耦合作用机理、耦合作用方程方面的研究进行了综评,指出了各种研究结果之间差异、不同冻胀模式建立的依据、研究方法以及适用条件,分析了目前冻融过程中土体水热力耦合作用理论和模型研究中存在的问题,提出了今后研究发展的方向.     

冻融作用对地气系统能量交换的影响分析

通过对温度波在地层内传播过程问题的分析研究, 讨论土在冻结和融化过程对地气系统能量交换的影响, 并以亚粘土为例应用近似方法计算了在冻结和融化过程地气系统能量交换和地温变化特征, 同时将相同条件下发生冻融作用与不发生冻融作用情况地气系统热交换量进行了比较. 结果表明, 冻融作用使地气系统热交换加强, 同时吸热和放热的过程也发生了改变.     

冻融作用对垃圾填埋场防渗层性能的影响

建立系列模拟实验研究了冻融作用对垃圾填埋场防渗层防渗和去污性能的影响。实验结果表明：冻融作用对垃圾填埋场防渗层有一定的破坏作用,对渗透系数和污染物的去除能力均有重要影响;冻融前的渗透系数均低于国家标准（1.0×10^-7 cm/s）,冻融后防渗层的渗透系数增加2～6倍;防渗层对COD、Cl^-和NH⁺₄的去除率分别从冻融前的68.6%、31.6％和70.5％变为86.2%、18.2％和23.0％。     

冻融作用对系统与环境间能量交换的影响

通过求解古典Neumann问题,研究土壤在冻结和融化过程的热交换特征,从理论上分析了冻融作用对系统与环境间能量交换的影响.以草炭亚粘土和亚粘土为例,计算了广泛环境条件下的冻融作用对系统温度变化和与环境间热交换的影响.结果表明,冻融作用使相应过程表层温度梯度加大,热交换强度增强.     

类石材料--灰泥的冻融过程

Serious failure on the slope of rock ground can be caused by a cyclic action of freezing and thawing in the cold regions. The frost susceptibility and the effect of freezing and thawing onthe rock material, however, have not been well investigated. In order to find out the freezing effect on the rock materials, mortar specimens are frozen as a pseudo-rock material under the constant rate of freezing by means of controlling the temperature of both ends of specimen. The freezing process is given one-dimensionally to the cylindrical samples in the laboratory to simulate the in-situ freezing phenomena in the natural ground. Formation of ice lens, frost heave and water intake during freezing process are observed on the mortar specimen under constant freezing rate, which probably causes cracks or large deformation in the real rock ground. The values of the velocity of elastic wave propagation are compared before and after freezing process to estimate the degree of weathering due to freezing and thawing.