受全球变暖影响,过去的数十年中冻土区近地表土壤的冻结状态发生了改变。气候变化对土壤冻结前含水量、冻融循环次数、融雪水等因素存在不可忽视的影响。冻融作用能够显著改变土壤结构,除了土壤颗粒本身外,存在于颗粒内部及颗粒间的土壤孔隙系统的变化直接决定了土壤结构的变化。土壤的水热传输能力、力学性质、乃至微生物活动变化的基础和本质都是土壤结构的改变。土壤水冻结和融化时发生的冰水相变引起的体积增减导致了土壤孔隙系统发生变化,冻结前含水量和冻融循环次数决定了冰水相变体积变化的幅度和频率,是土壤孔隙变化的关键影响因素。为了更好地理解冻融循环中复杂的水热运动过程,揭示冻融过程中土壤孔隙的变化规律。选取占黑龙江省耕地面积最大的:黑土、草甸土、黑钙土为研究对象,针对冻融循环对土壤孔隙分布特征影响的问题,利用张力入渗仪和乙二醇水溶液测量了不同冻融阶段重塑土柱的非饱和导水率和大孔隙分布特征。利用核磁共振技术量化了原状土在不同冻融循环次数和初始含水量条件下的孔径分布。对比分析了冻融作用对土壤水分运动参数的影响。主要研究结果如下:（1）验证了乙二醇水溶液作为入渗溶液的可行性。明晰了负压条件下土壤冻结时的水分入渗规律,并分析了土壤入渗参数的差异性。揭示了低温状态下冻土的导水性。向水中添加乙二醇不会改变溶液对土壤颗粒的湿润能力,土壤与乙二醇水溶液和去离子水的接触角相同。基于张力入渗仪的原理,利用乙二醇水溶液测量冻结状态下土壤的入渗特性及孔隙分布具备基本可行性。土壤冻结形成的冰会填充土壤孔隙空间,堵塞水流入渗通道。冻土温度降低至-10℃时,三种土壤张力入渗条件下的非饱和导水率在0.0036-0.4951cm/h之间。根据张力换算后实际基质势能对应的非饱和导水率＜10-10m/s,达到了可以忽视的程度。在不改变土壤冻结状态的前提下,在达到一定负温时,非盐渍化冻土可被视为是不可渗透的。（2）揭示了不同冻融阶段重塑土大孔隙的变化规律,明确了冻融循环次数和初始含水量对重塑土大孔隙流和大孔隙分布特征的影响。对于冻结前的重塑土,单位面积内土壤大孔隙数量与土壤孔径成反比。大孔隙数量最少,但对饱和流的贡献最大。不同初始含水量条件下土壤稳定入渗率和非饱和导水率的差异不显著;但初始含水量较高的土壤入渗速率和累积入渗量相对较小。冻结后,土壤初始含水量越大,产生的冰晶越多,入渗参数数值下降的越多。孔径最小的孔隙数量变多,孔径最大的孔隙数量减少,使入渗水流在各尺寸孔隙中分布的更均匀。土壤融化后,孔隙的数量和孔隙度都比冻结前稍大。张力值越大,不同初始含水量土壤冻融后入渗参数差异越大。冻融循环次数越多,土壤大孔隙数量越多,有效孔隙度越大,但大孔隙流占比则无明显增加。无论土壤冻结与否,孔径在0.05mm以上的大、中孔隙几乎传导了全部的入渗水流。（3）揭示了冻融前后原状土孔径分布变化规律,明晰了冻融循环次数和初始含水量对原状土孔隙特征的影响。对于原状土,冻结前初始含水量的不同几乎不会影响土壤的孔隙分布。土壤孔径跨越多个数量级,总体上分布于0.001μm-100μm的范围。初次冻融循环对孔隙结构影响最大,初次冻融后,小孔隙占比下降的幅度明显大于大孔隙,但土壤的总孔隙度变大,土壤孔隙度的增长幅度会随着循环次数增加而累积。对于初始含水量较高的黑土及黑钙土,当冻融次数累加到10次或20次时,在土体自重影响下出现了融化沉降,使冻融后不同初始含水量土壤间总孔隙度差异较小,但不同孔径孔隙的孔隙度分量存在显著差异。较多的植物根系残留使草甸土在前几次冻融循环中受含水量差异的影响较小,但也限制了冻融后期大孔隙的发育。（4）对比了张力入渗仪和核磁共振法在冻融土壤孔隙特征测定过程中的优缺点及适用性,得到了壤土孔隙度累积曲线变化规律的特征阈值。分析了原状土和重塑土在冻融循环条件下孔隙结构存在差异的根源。核磁共振方法能将孔径的测量精度提高到微米和纳米级,但受限于其基本原理,不能测量冻结状态下的孔径分布。张力入渗仪则可用于冻土测量,但精度范围更适用于描述土壤大、中孔隙的变化规律。表面弛豫强度的取值仅影响孔径的绝对值,不会影响孔径分布的相对比例。实验所用三种土壤孔径分布相对集中,可采用单一表面弛豫强度。三种土壤孔隙度累积曲线的拐点都在0.1μm附近,可将0.1μm作为壤土的当量孔径的临界阈值之一。原状土的原始结构更稳定,其大孔隙可容纳更多的土壤水体积膨胀量。而重塑土在制作过程中孔隙结构被完全破坏,使其对冻融作用下的体积变化更敏感。经历过多次冻融循环的原状土更容易受冻胀融沉影响,进而削弱了土壤孔隙的变化幅度。（5）揭示了冻融作用对土壤水分运动参数的影响。基于初始含水量和冻融循环次数对土壤孔隙结构的影响,对冻结前土壤水分状态控制提出了适当建议。冻融后大孔隙度的升高,是土壤入渗能力增强的根本原因。冻融循环能够提高土壤的保水性,但其影响随土壤剖面深度增加而减弱。初始含水量对土壤冻结特征曲线存在显著影响,初始含水量越高,液态水越不容易冻结,过冷温度越低。冻融作用对水分运动参数的影响程度因土壤种类、容重和初始含水量而异。较多的冻融循环次数和较高的初始含水量能够促进土壤结构的发育。从农业角度出发,冻融循环是一个有利因素,能够使耕层土壤变得更疏松,增加融化后土壤大孔隙度,让冻融后的土壤具有更均匀的孔隙系统。这可以改善耕作层土壤的水力特性,有利于融化期水分入渗。在全球变暖的趋势下,若冬季温度较高、降雪较少,冻结前土壤含水量较低,会减弱冻融作用对土壤结构的影响,增加春耕时的农业措施投入成本。在冻结前土壤较干燥的情况下,可以考虑适当灌溉,让初始含水量保持在20%以上。