【摘 要】
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在全球变暖的背景下,我国暴雨和干旱极端天气频繁出现,致使农田土壤处于淹水和干湿交替环境中,土壤颗粒和孔隙结构发生重排与破碎。土壤孔隙结构的变化直接影响土壤水、热、盐等传输,控制地表水分、能量的储存和分配;因此,本研究通过室内土柱模拟试验,基于原位测定技术,明确不同淹水时长和干湿交替过程中土壤热特性和容重的动态变化特征。在此基础上,淹水试验利用压力板法、沙箱法和微型圆盘入渗仪测定不同淹水时长土壤的水
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在全球变暖的背景下,我国暴雨和干旱极端天气频繁出现,致使农田土壤处于淹水和干湿交替环境中,土壤颗粒和孔隙结构发生重排与破碎。土壤孔隙结构的变化直接影响土壤水、热、盐等传输,控制地表水分、能量的储存和分配;因此,本研究通过室内土柱模拟试验,基于原位测定技术,明确不同淹水时长和干湿交替过程中土壤热特性和容重的动态变化特征。在此基础上,淹水试验利用压力板法、沙箱法和微型圆盘入渗仪测定不同淹水时长土壤的水分特征曲线和入渗速率变化;利用MPS-6传感器获取干湿交替过程中土壤水分特征曲线的连续监测;系统分析不同淹水时长和干湿交替过程土壤结构和孔隙分布对土壤容重和热特性的影响。主要研究结果如下:（1）淹水和干湿交替过程对土壤容重的影响。随着淹水时长的增加,粉质黏壤土和砂土容重增大,导致土壤热导率和热容量升高;黏壤土容重先降低后升高,导致土壤热导率和热容量先减小后增大。对干湿交替过程土壤容重的动态监测表明:5 cm处容重的变化大于10 cm处;润湿过程中经过1次干湿交替后,第2次润湿时土壤容重明显增加;随脱湿次数增加,粉质黏壤土 5 cm和10 cm处相同含水量下土壤容重呈现出先升高后降低的趋势。（2）淹水和干湿交替过程对土壤水分特征曲线和孔隙分布的影响。淹水对粉质黏壤土、黏壤土和砂土水分特征曲线和孔隙分布的影响存在差异;随着淹水时长的增加,粉质黏壤土饱和含水量由0.51 cm3/cm3降低值0.46 cm3/cm3,进气值增加,土壤孔径分布范围逐渐向小于10 μm移动;对于黏壤土淹水时长大于7 d时饱和含水量明显增加,进气值增加;中值孔径明显减小,由最初122.45μm减小至40.82 μm;对于砂土随着淹水时长增加,孔隙密度由1.01增加到1.10,孔径分布更加集中。干湿交替过程对粉质黏壤土水分特征曲线和孔隙分布的影响表现出:润湿过程对5 cm处的影响较大,经过第1次干湿交替过程后,润湿过程饱和含水量降低,残余含水量增加;随着润湿次数的增加孔径分布逐渐向大孔隙移动;随着脱湿次数的增加,饱和含水量先降低后升高;5 cm处中值孔径由34.01 μm减小至7.95 μm后增加至21.11 μm,10 cm处中值孔径基本保持在15 μm左右。（3）淹水对土壤入渗速率的影响。在淹水作用下孔径分布决定着土壤入渗速率。粉质黏壤土和黏壤土随着淹水时长的增加,小孔隙数量增加、孔隙密度升高,土壤入渗速率降低。淹水导致砂土孔隙度降低,小孔隙密度增加,土壤入渗速率逐渐减小。（4）淹水和干湿交替过程对土壤热特性的影响。粉质黏壤土、黏壤土和砂土脱湿过程中热特性曲线变化受淹水过程中容重大小的影响,淹水结束前容重越大,脱湿过程中热导率和热容量越高。干湿交替-润湿过程对粉质黏壤土 5 cm处热特性的影响较大,随干湿交替次数的增加土壤热特性均大于第1次润湿过程;随脱湿次数的增加粉质黏壤土 5 cm和10 cm处土壤热特性曲线与土壤容重曲线变化相同,表明干湿交替过程导致土壤容重发生变化,从而影响土壤热特性。综上所述,长期淹水导致土壤容重发生变化从而影响土壤热特性,随淹水时长的增加导致小孔隙比例增加,影响土壤的持水性和入渗速率;干湿交替过程对5 cm处土壤容重、孔隙分布和热特性产生较大的影响大。
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