地表覆盖对季节性冻融土壤温度影响研究

基于季节性冻土分布区冻融期间土壤温度的田间试验,研究了地膜覆盖、地膜与秸秆双重覆盖对冻融土壤剖面温度的影响。结果表明:地膜覆盖对试验土层有明显的增温效应,而地膜、秸秆双重覆盖对土壤增温的影响只限于耕作层内;越冬期试验土层范围内,各处理地块的地温均经历降低、趋于稳定、升高的过程;地膜、秸秆覆盖可平抑土壤温度变化,明显缩小温差;在冻结阶段和融化阶段,三种处理地块40~100 cm深度处地温降低和升高的幅度随深度的加大而减小。研究结果对于改善季节性冻土区土壤热状况,指导农业生产具有实际意义。     

玉米秸秆覆盖对季节性冻融土壤入渗能力的影响

基于大田土壤入渗试验，讨论了玉米秸秆覆盖对土壤冻融特点厦入渗能力的影响。实验结果表明，秸秆覆盖地块的初始冻结时间的滞后裸地45d，最大冻结深度滞后裸地约14d；秸秆覆盖后，土壤的入渗能力先增大，而后随着冻层的形成和发展，入渗能力逐渐减弱，冻融期土壤入渗能力（H90）随冻融历时的变化过程很好地符合三次多项式关系，秸秆覆盖地的最小H90为23．5mm，比裸地高27．0％，最小入渗能力的出现时间滞后稞地约18d。研究结果可为季节性冻融区冬春灌溉合理技术参数的确定提供参考依据。     

冻融期秸秆和积雪覆盖条件下土壤热容量的特性研究

为了揭示冻融期不同秸秆和积雪覆盖条件下土壤热容量的时空分布特征,通过冬季大田试验,设置裸地(BL)、6 000kg/hm~2秸秆覆盖(SM1)、12 000kg/hm~2秸秆覆盖(SM2)和18 000kg/hm~2秸秆覆盖(SM3)4种不同处理,采用中子仪和和时域反射仪分别测定土壤的总含水率和液态含水率,进而计算出土壤热容量.研究结果表明,在冻融期,土壤热容量随着土壤冻结的发生逐渐降低,当土壤完全冻结以后,土壤热容量基本不变,在土壤融化时,土壤热容量又逐渐増加.在冻结期,秸秆和积雪双重覆盖会延缓土壤热容量减小的时间,增加土壤热容量,减小土壤热容量的变化幅度;在融化期,秸秆和积雪双重覆盖会延缓土壤热容量增大的时间,同时增加了融雪水入渗,所以增加了土壤热容量,增大了土壤热容量的变化幅度.在冻结期,随着土层深度的增加,土壤热容量减小的时间逐渐变晚,土壤热容量逐渐增加,土壤热容量变化幅度逐渐减小;在融化期,20cm土层土壤热容量最先增加,60cm土层土壤热容量增加的时间最晚,40cm土层土壤热容量的变化幅度最大.SM1、SM2和SM3这3种处理融化期的土壤热容量和变化幅度都比冻结期大.     

黄河源区不同植被类型覆盖下季节冻土冻融过程中的土壤温湿空间变化

在对不同植被覆盖度(95%,70%～80%,40%～50%和10%)下的土壤水分(θv)和土壤温度(Ts)进行日观测的基础上,研究了冻融过程中植被覆盖变化对土壤水分分布和温度的影响.土壤温度与水分关系的回归分析表明:土壤冻融过程明显受植被覆盖变化的影响,植被覆盖变化还导致土壤水分和温度的耦合变化.使用了一个土壤水分和温度的耦合模型来研究植被覆盖的影响,结果证明了这一方法的有效性.结果表明:土壤水分对土壤温度的变化范围和幅度都有影响,高盖度下的土壤比低盖度土壤持水性强.此外,在冻结过程中,由于水的热容量大于土壤的,高盖度土壤能够抑制土壤温度的降低幅度,高盖度土壤具有较好的绝热功能.对于黄河源区不同植被类型覆盖下季节冻土冻融过程中的土壤温湿空间变化研究有利于为高寒冻土地区冻土和生态环境的保护及合理利用提供科学依据.     

不同冻融时期土壤水分运动参数特征分析及数值模拟

为科学探究不同冻融期土壤水分运动参数变异规律,以野外大田实测土壤温度为参考.利用改进的水平土柱法测定土壤水分扩散率,用SW080B张力入渗仪测定土壤导水率.同时将试验获得的扩散率和导水率方程带入冻土水热运移方程,通过方程求解得出含水率值与实测值进行误差分析,进而验证土壤水分扩散率与导水率方程的适用性.研究结果表明:在快速冻结期,随土层深度增加,土壤扩散和导水能力呈现出增强趋势;在稳定冻结期,0～40cm土层扩散和导水能力变化不显著,且处于相对稳定状态;在融化期,土壤水分扩散和导水能力随土层深度增加呈现出先减小后增大的变化规律.此外,各土层含水率真实值和模拟值的均方根误差(RMSE)位于1.01～13.54cm~3/cm,误差较小.该试验方法能够较为精确的获取冻融期土壤水分运动参数,并且能够有效的实现冻融期土壤水分动态过程模拟.     

土壤冻结温度测定试验研究

在研究越冬期土壤的水热耦合运移规律时，通常需要同步测定土壤冻结深度，为了分析冻融期土壤剖面的冻结情况，我们在室内对3种土质的土壤进行了土壤冰点测试实验，测定了土壤冻结的时间过程及不同含水率、含盐量条件下的3种土质的冻结温度(冰点)。分析了土壤冻结温度随土壤含水量及含盐量的变化规律，为确定试验区越冬期土壤冻融状况提供了依据。     

黑河上游阿柔草场冻融过程及其对地表辐射平衡的影响

在黑河上游青海省祁连县阿柔乡取得陆而过程观测资料,分析了冻融过程中土壤水热变化及其对地表反照率、辐射平衡各分量和净辐射的影响.结果表明:下层土壤的始冻期和解冻期均滞后于上层土壤的.冻结速率与气温表现为明显的反相位变化,而自上融化的速率则与气温表现出相同的变化趋势.土壤水分在始冻期和解冻期前后变化很大,而在完全冻结期变化较小.在始冻期前后土壤水分的变化主世是由土壤水的相变和土层间的水分迁移造成的,而解冻期前后的则是土壤水的桕变、降水过程和地表蒸散共同作用的结果.完全冻结期的地表反照率大于始冻期和解冻期的.冻融过程中的总辐射和反射辐射的变化可以分为三个阶段:减小—增加—略微减小.地表向上长波辐射和大气逆辐射的变化则可分成减小-增加-略微增加三个阶段.受太阳短波辐射的控制,净辐射依次表现为减小—增大—增大的变化趋势.     

秸秆覆盖厚度对冻融期土壤温度的影响

基于冻融期玉米秸秆覆盖厚度为5,10,15,20,30cm及无覆盖6种不同地表处理条件下农田土壤温度的测定,分析了冻融期秸秆覆盖对土壤温度的影响及秸秆覆盖厚度与土壤温度变化之间的关系。结果表明,冻融期秸秆覆盖改变了土壤温度分布与变化特征。随着秸秆覆盖厚度从5cm增加到30cm,各土层土壤温度在冻融期的变幅以及由气温突然变化引起的土壤温度波动幅度减小,土壤剖面最低温度值升高,土壤温度响应气温变化的滞后效应增强,土壤温度变化速率线性降低。秸秆覆盖厚度对土壤温度的影响作用随着土壤深度的增加逐渐减弱,地表下60cm处,5种秸秆覆盖处理的土壤温度分布没有明显差异。研究成果可为季节性冻土分布区农田实施秸秆覆盖措施提供参考依据。     

对季节性冻融过程中土壤水和热迁移的研究

在季节性冻土分布区,土壤水分的冻结和融化必将会伴随着热量交换、水分迁移等物理过程。通过分析影响土壤季节性冻结、融化的主要因素,论述了季节性冻融土壤中热量交换、水分迁移等物理过程以及季节性冻融过程中土壤水、热迁移的研究进展,并提出存在的问题。     

冻融作用对土壤水分迁移和地下水位波动影响的实验研究

相比于非冻土分布区,季节性冻土区冬春季节的冻融作用显著影响着土壤水分运动和地下水位动态,进而改变地下水土环境中的水力条件和污染物分布特征。针对冻融作用下地下水位的波动过程尚缺乏定量化的具体研究,本文首次建立包气带、含水层水分迁移过程的冻融循环模拟实验装置,定量模拟分析了不同介质粒径和不同温度条件下冻融过程造成的水位波动差异,揭示冻融作用下土壤水分迁移和地下水位的波动规律。结果表明:冻融过程地下水位变化阶段与土壤冻融阶段相对应,且存在滞后现象;土壤的介质条件和温度条件均对冻融过程中地下水的波动具有重要影响,粒径越细,温度梯度越大,水分迁移量越大,水位波动越显著。