我国的干旱区具有明显的特点，从高山冰川、森林草原到平原绿洲和戈壁荒漠构成了一个复合生态系统。在水分极度匮乏的干旱区，任何形式的水分补给都有可能会给当地生态系统带来积极的影响。同时，由于人为活动的干扰，增加了生态水文过程的特殊性和复杂性。由于自然环境恶劣，这些地区多半处于半开发或未开发状态，随着人口激增，以及水资源的日益短缺，对干旱区的开发显得越来越迫切。因此，干旱区土壤水热的研究也就将成为社会发展一个趋势。我国对土壤学冻融方面的研究工作始于上世纪50到60年代，随着科研技术的不断发展，以及研究人员的逐渐增加，我国冻土区土壤水热的监测手段越来越精确，研究工作越来越系统化。本研究以黑河中游地区最有代表性的三种景观单元为研究对象。通过野外试验地里面布设监测仪器设备，观测冻融过程中各景观单元土壤水热动态变化，及各时期地下水位的变化，试探讨冻融交替条件下土壤水热的耦合过程。同时，采集土壤样品，进行室内模拟实验，进一步探索冻融过程中土壤水力学性质的变化。最后，依据野外监测和室内模拟结果，对本地区不同景观单元土壤水分在冻融交替条件下的水分运动规律做出初步探索；同时，研究冻融过程中土壤田间持水量和土壤水分的有效性，为本地区探索提高土壤水分的新途径提供一定的理论依据和指导意义。研究结果表明：1、整个研究时期，农田、防护林和荒漠三种景观单元土壤都发生了明显的冻融现象，且土壤冻融过程大致可以分为冻结期、冻结稳定期和融化期三个阶段。冻融过程中，冻结时从表层向下逐层冻结，但在解冻时，而是由表层和深层土壤同时向中间层融化。2、土壤液态水含量、土壤温度、土壤冻结深度和地下水位随着冻融过程的进行而发生相应的变化，各要素的变化趋势有一定的规律性和相关性。冻融过程可以有效减小土壤水分蒸发和渗漏，“冻后聚墒”现象极为明显，这有利于利于土壤水分的保持，对来年植物生长具有重要意义。3、冻融过程中，不同景观单元土壤表现出明显的差异性。农田冻结强度最大、林地次之，荒漠冻结强度最小。较强的土壤冻结强度表现为更低的土壤温度、更深的冻结深度和更长的冻结时间。这主要是因为农田和林地的初始土壤水分含量很高，导致土壤的导热率要显著高于荒漠，更加有利于土壤热量的传递。与此同时，受地表落叶覆盖的影响，林地土壤冻结和融化的时间要滞后于农田，冻结强度也要弱于农田。4、冻融过程中，土壤容重发生变化。对于容重较大的土壤，容重随着冻融次数的增加而逐渐减小，而对容重较小的土壤，则刚好相反。无论大容重还是小容重土壤，在一定冻融次数以后，土壤容重的变化基本稳定，不再随冻融次数的增加而发生变化。土壤饱和含水量同样受冻融交替作用的影响。由于冻融作用使土壤中孔隙显著增加，导致土壤饱和含水量明显上升。但一定冻融次数以后，其增加幅度越来越小，并最终趋于稳定。5、长期的耕作，有利于土壤结构的改善，致使土壤抗水蚀性增强，使之更加适宜种植。冻融过程中，土壤大小团聚体均发生明显变化。主要表现在粒级较大团聚体和较小微团聚体都有向中等大小团聚体发展的方向，导致土壤结构改善，水稳性增强，抗水蚀能力也相应增加；冻融作用对粒级较大的团聚体影响更为剧烈。此外，随着土壤团聚体的改变，土壤中有机碳的矿化率显著变化，同时，有机碳的组分也发生改变，并伴随着土壤有机碳稳定性下降，从而增加了土壤中碳的排放。6、冻融交替过程中，农田和荒漠土壤饱和导水率呈先减后增之势，而防护林土壤则出现先增后减的趋势，这是其密实过程的反映。随着冻融次数的增加，6周期（144h）后所有变化趋势出现拐点；通过影响土壤导水率，冻融交替对土壤入渗能力同样具有一定的影响。7、冻融交替作用有助于提升土壤的持水能力。与此同时，冻融作用缩小了土壤水分的分布范围，降低了土壤水的有效性，这对于水分作为主导因素的本地区来讲具有极强的现实意义。