冬春季节田间土壤的冻融特点及其减渗作用 土壤质地对冻融土壤入渗特性的影响
冻结和融化是季节性冻土分布区每年冬春季节土壤经历的两个主要的物理过程。但由于冻融期间土壤所处的外界因素的不断变化，在不同阶段土壤表现出不同的冻融特点，因而对入渗水流产生的控制作用不同。土壤的冻融及其减渗作用可分为五个阶段。
1.初冻冻融阶段
入冬以后，气温逐渐下降，表土随之经历夜冻昼融的日冻融循环。随着气温的螺旋式降低，形成若干次延续时间更长的冻融循环。此阶段一直延续到表土开始形成白天不融解的稳定冻结层时为止。初冻阶段土壤多为粒状冻结，冰晶在土粒周围聚集但彼此分离，冻层厚度一般为2～5 cm，最大不超过10 cm。
位于地表的冻层是入渗水流的控制界面。但由于冻层厚度较薄且多为粒状、多孔状，在入渗水温的作用下，冻层通常可在20 min内融化。因此，此阶段冻层的减渗作用仅限于入渗开始后的较短时间内，后期的入渗转为非冻结入渗过程。
2.冻层稳定发展阶段
随着土壤中累积负温的增加，冻层厚度稳定向下发展，土壤中的冰含量逐渐增加，该阶段延续到冻层温度达到冻融期最低温度。此阶段冻层为密实状冻结，特殊地，当表土含水率低于冻土临界含水率Wc时，密实冻层位于“干土层”（土壤处于过冷、未冻结状态）之下。
此阶段冻层作为入渗水流的控制界面，随着冻层温度的进一步降低，其阻渗作用逐渐增强。此阶段是冻层对入渗水流减渗作用最明显的阶段。
3.解冻冻融阶段
随着春季的到来，白天0℃以上气温持续时间增长，而夜间气温仍在0℃以下。此时，表层土壤再次经历夜冻昼融的冻融循环阶段，而冻结锋面在温度梯度的作用下仍然缓慢向下发展，直到温度梯度趋于零而冻层厚度稳定在某一深度为止。此阶段地表土壤层含水率明显降低，多为粒状冻结或过冷非冻结（“干土层”），地表融解厚度一般为2～10 cm。
在此期间，由于蒸发作用，在地表形成一定厚度的“干土层”，冻土层位于干土层之下。但由于“干土层”厚度仅为数厘米，入渗开始后2～3 min，“干土层”即可达到饱和，所以其下的冻层很快成为入渗水流的控制界面，冻层的减渗作用明显增加。
4.双冻层阶段
在日冻融循环的后期，当地表白天的融化深度大于夜晚的冻结厚度时，在地表附近形成双冻层，该阶段一般延续8～15天。此阶段高位冻层厚度一般为2～12 cm，且多为粒状冻结，双冻层之间的融化层厚度随着气温和地温的升高而增大，变化在8～18 cm之间。
双冻层条件下，在入渗开始后的20 min内，高位冻层对入渗水流有一定的减渗作用；20 min后，高位冻层融解，失去对入渗水流的控制作用。当入渗水流锋面到达低位冻层时，低位冻层开始对入渗水流产生影响，但不起控制作用。由于低位冻层的阻渗作用，入渗水流在低位冻层之上的土层内积累，水分入渗的速度受低位冻层的影响。仅当入渗时间延长到低位冻层之上土层达到完全饱和时，低位冻层才起控制作用。
5.冻层解冻阶段
双冻层消失后，下部冻层受上部耕层土壤向下热传导、底部地热向上传导的影响，双向解冻。冻层厚度不断减小，土壤冻结含水率减少，直到冻层全部融解。此阶段土壤地表之下融化层达20 cm以上，冻层解冻速度较快。
此阶段与双冻层阶段相比，地表解冻土层厚度加大，加之冻层整体温度回升，对入渗水流的减渗作用更为薄弱，融土入渗能力逐步恢复到冻结之前的水平。
土壤结构对冻融土壤入渗特性的影响~
土壤学及土壤物理学中认为，土粒在其内部和外部因素的综合作用下，形成大小不一、形状不同的团聚体，称之为土壤结构。此外，土壤结构是指耕层土壤的松紧程度、孔隙状况和板结程度，并以土壤干容重作为反映土壤结构的指标。
在我国北方的季节性冻土地区，冬春冻融期间，耕作土地常处于秋耕休闲、免耕休闲和种植越冬作物三种状态。因此，试验中选择了秋耕地、未耕地和冬小麦地三种代表性土壤条件，以反映不同土壤结构。各种耕作条件下的土壤物理参数见表2-6～2-8。
图4-19所示为不同土壤结构条件下，非冻结（A—C）和冻结（A′—C′）土壤累积入渗曲线比较图；图4-20为越冬期不同土壤结构条件下90 min入渗量随冻融历时的变化过程线。表4-4为越冬期不同土壤结构土壤入渗能力对比表。试验结果表明：
表4-4 土壤结构对冻融土壤入渗能力影响对比表
1.土壤结构对冻融土壤入渗能力的影响明显
图4-19 A、B、C分别为在文水中心站、平遥宁固和平遥北长寿进行的不同耕作条件下，非冻结土壤的累积入渗量过程线。可以看出：无论哪种土壤质地条件，土壤结构都对土壤入渗能力产生较大影响。随着地表及耕层土壤由疏松变密实，其水分入渗能力明显降低。秋耕地（地表及耕层土壤都疏松）、冬小麦地（地表疏松，耕层较为密实）和未耕地（地表结皮，耕层密实）三种耕作状态下，秋耕地最疏松，未耕地最密实，冬小麦地介于两者之间。同样的入渗时间内，秋耕地的入渗量最大，冬小麦地次之，未耕地最小。
图4-19 A′、B′、C′所示为相应土壤冻结状态下的累积入渗过程线。可以看出冻结条件下，土壤结构对土壤入渗特性的影响仍然十分明显。与非冻结土壤相似，土壤结构由疏松变密实，土壤入渗能力递减。
2.越冬期土壤结构对冻融土壤入渗能力的影响相对稳定
由图4-20 可以看出：①越冬期间结构疏松土壤的90 min的累积入渗量曲线始终位于结构密实土壤之上，表明土壤结构对土壤入渗能力的影响趋势不因土壤的冻结而改变；②越冬期间不同结构土壤的90 min 累积入渗量曲线近似平行，表明在越冬期的整个冻融过程中，土壤结构对土壤入渗能力的影响不随土壤冻结阶段的变化而发生较大变化；③由图4-20 A和C可以看出在融解阶段后期，不同结构累积入渗曲线间距有所增大。曲线间距增大与融解阶段后期土壤水分蒸发有关。结构疏松土壤在冻融过程中，地表一般要出现一定厚度的风干土层，且随冻融过程的发展而加厚，而结构相对密实的土壤一般形不成厚度较大的风干土层。地表风干土层不冻结，具有较大的储水能力和非冻结土壤的入渗特性。解冻过程后期，随着大气蒸发能力的加大，干土层的发展速度加快，导致了结构疏松土壤入渗能力的快速增加，引起疏松土壤与密实土壤入渗能力变化过程线间的间距增大。
图4-19 土壤结构对冻融土壤入渗能力影响对比曲线
图4-20 土壤结构对冻融期土壤入渗能力影响比较曲线
3.不同土壤结构越冬期间土壤入渗能力的下降量不同
如前所述，越冬期间土壤的入渗能力遵循二次多项式关系变化，但不同土壤结构越冬期间入渗能力的年较差和相对降低值有差异。仍以90 min的累积入渗量为反映土壤入渗能力的指标，试验土壤、气候条件下不同结构土壤入渗能力的年较差和相对下降值见表4-4。从表4-4可以看出：冻融土壤条件下，土壤结构由疏松变密实，土壤入渗能力的年较差减小，而入渗能力的相对降低值增大。中心站土壤三种结构土壤未耕地（最密实）、冬小麦地（密实程度居中）和秋耕地（最疏松）的年较差分别为3.37 cm、3.38 cm和3.65cm未耕地小于冬小麦地，而冬小麦地又小于秋耕地。但其入渗能力的相对降低值分别为67%、55.7%和49.3%，未耕地最大，冬小麦地次之，秋耕地最小。宁固试验结果也符合同样规律。
土壤结构不同意味着其板结程度、密实度和孔隙状况不同。孔隙状况包括孔隙尺寸、分布和连通性。非冻结土壤条件下，土壤结构通过对土壤孔隙状况的影响，影响土壤的水力传导度和土壤水分运动驱动力——土水势梯度，进而影响到土壤的入渗能力。当土壤质地一定时，不同结构的土壤颗粒组成相同，土粒的吸水、保水性类同，其最主要的区别在于不同结构土壤的孔隙状况不同。疏松土壤单位体积密度小、孔隙率大、孔隙尺度大、连通性好，对其中运动流体的阻力小，因而在单位势梯度下，土壤水分通量大，即土壤水力传导度大。而对于密实土壤，其密度大、孔隙小、孔隙尺度小、孔隙严重弯曲、连通性差。单位势梯度下水分通量小，即土壤水力传导度小。因此，随着土壤结构密实程度的增加，土壤水力传导度减小。另一方面随着土壤密实程度的增加，孔隙程度减小，含水率相同时土壤水吸力增大。在积水入渗情况下，土壤水吸力的增大会使水分入渗势梯度增大，有利于入渗能力的增大，但由于势梯度增大使土壤入渗能力增加的影响远小于水力传导度减小使土壤入渗能力减小的影响，其综合影响的结果是随着土壤密实度的增大，土壤的入渗能力减小。
土壤的冻结，对于结构疏松土壤，使相对较大的孔隙变小，使水力传导度减小，而对于结构密实土壤是使相对较小的孔隙变的更小，进一步使水力传导度减小。因此，土壤的冻结使两者的水力传导度都朝小的方向发展。因而，土壤的冻结对不同结构土壤的入渗能力都有影响，且影响方向一致。
前人的研究结果表明：土质相同结构不同的土壤的未冻水含率差异很小。因此，不同结构土壤在一定负温水平下的冻结含水率与其本身的含水率成比例，即含水率越大，冻结水含率越大。假定不同土壤结构的体积含水率相同（实际上在大田天然含水率条件下，结构密实土壤的含水率要比疏松土壤大），如前所述，其土壤水分相变量和膨胀量也应相同。由于密实土壤的孔隙体积小于疏松土壤的孔隙体积，在相同的相变量和膨胀量下，其孔隙的相对减小量要比疏松土壤大，孔隙尺度的相对减小量也要大于疏松土壤，部分孔隙完全阻塞的可能性也较疏松土壤大。因此，土壤冻融期间密实土壤入渗能力的相对降低值要比疏松土壤大。
冻融土壤入渗特性试验针对三种质地的土壤进行。各种试验土壤的级配曲线见图2-10～图2-12。文水县山西省中心灌溉试验站（以下简称中心站）土壤粘粒含量为36%，较粘重；平遥宁固和北长寿土壤粘粒含量都为13%，但宁固土壤由于其粉粒的差异属于壤土质地，而北长寿土壤则属于砂质壤土质地。试验土壤的其他物理参数见第二章试验土壤条件。土壤质地对冻融土壤入渗特性的影响试验在不同年份越冬期自然土壤含水率、自然冻融条件下进行。在我国北方的季节性冻土区，尽管各年秋后土壤含水率有一定的差异，但因从秋后到土壤冻结的较长时间内，雨量小，蒸发强烈，致使越冬期间的土壤含水率差异不大。分析认为在不同年份越冬期内进行的入渗试验可近似反映不同质地土壤的入渗特性差异。
图4-17为三种质地不同土壤结构条件下，非冻结（A—C）和冻结（A′—C′）土壤累积入渗曲线比较图；图4-18为越冬期三种质地不同土壤结构条件下90 min累积入渗量随冻融历时的变化过程线。表4-3为越冬期土壤质地对土壤入渗能力影响对比表。试验结果表明：
1.土壤质地对冻融土壤入渗能力的影响明显
图4-17A、B、C为三种质地土壤不同耕作条件、非冻结状态下的累积入渗量过程线。可以看出无论那种耕作条件，土壤质地都对土壤入渗能力产生影响，土壤质地由轻变重，土壤入渗能力减小。图4-17A′、B′、C′所示为相应土壤冻结状态下的累积入渗过程线。可以看出冻结土壤条件下，土壤质地对土壤入渗特性的影响仍然明显。其影响趋势与非冻结土壤相似，土壤质地由轻变重，土壤入渗能力减小。
2.越冬期土壤质地对冻融土壤入渗能力的影响相对稳定
其相对稳定性表现在：①越冬期间轻质土壤的90 min的累积入渗量曲线始终位于重质土壤之上，表明土壤质地对土壤入渗能力的影响趋势不因土壤的冻结而改变；②越冬期间不同质地土壤的90 min累积入渗量曲线近似平行，表明在越冬期的整个冻融过程中，土壤质地对土壤入渗能力的影响不随土壤冻结阶段的变化而变化；③在融化阶段后期，不同质地累积入渗曲线间的距离有所增大，但各种耕作条件下其质地的影响趋势是一致的。曲线间距离增大与融化阶段后期土壤水分蒸发强度增大有关。轻质土壤地温升温快，解冻深度大，保水能力差，地表土壤含水率降低速度快，致使土壤入渗能力的增加速度大于重质土壤。冬小麦地偏离量的原因是由于轻质土壤（北长寿）的各次试验地块相距较远，土壤条件的空间变异性大一些。
表4-3 土壤质地对冻融土壤入渗能力影响对比表
3.土壤质地对越冬期间土壤入渗能力的相对下降量有影响
从图4-18可以看出，越冬期间随着土壤冻融过程的进行，不同质地土壤的入渗能力都遵循二次多项式关系变化，每年的1月上旬或中旬土壤入渗能力最小。现定义越冬期开始时的土壤入渗能力与越冬期间最小入渗能力的差值为年较差，年较差值与越冬期开始时的入渗量的比值则为入渗能力的相对降低值。试验土壤、气候条件下不同质地、结构土壤入渗能力（以90 min的累积入渗量为指标）的年较差和相对下降值见表4-3。从表4-3可见，尽管各种土壤入渗能力的年较差值无规律变化，但其相对降低值表现出一定的规律性，重质土壤的入渗能力的相对降低值大于轻质土壤。未耕地条件下，中心站粘粒含量为36%的壤土的相对降低值为67%，而质地较轻的宁固土壤为43.2%。秋耕地条件下，中心站壤土的相对降低值为49.3%，而宁固土壤为42.2%。
土壤质地是土壤固相物质各粒级土粒的配合比例，它通过对土粒的表面能、土壤孔隙尺度和分布的影响，对土壤水分运动的驱动力和水力传导度产生影响，进而影响到土壤的入渗能力。土壤质地越重，粘粒含量越高，颗粒越细微，固体相比表面积越巨大，表面能越高，吸附能力越强，粒间孔隙越小，吸水、保水性能越强。一般地讲，由于重质土壤孔隙比轻质土壤细小，相同土壤结构、含水率和水势梯度条件下，其水力传导度小于轻质土壤。因此，重质土壤的土壤入渗能力小于轻质土壤。
冻结条件下，土壤中部分液态水相变成冰并膨胀，占据部分土壤孔隙，使土壤孔隙变小，导致土壤水力传导度的减小。土壤的冻结，对于轻质土壤，相对大的孔隙变小，对于重质土壤而是使相对较小的孔隙变得更小，使轻质和重质土壤的水力传导度朝小的方向变化。因此，土壤的冻结对不同质地土壤入渗能力都有影响，且具有一致的影响趋势。
前人的研究表明：相同负温和含水率条件下，重质土壤的未冻水含量要比轻质土壤的大。这意味着土壤冻结对重质土壤入渗能力的影响小于轻质土壤，但在大田土壤自然含水率和自然冻结条件下，重质土壤的含水率要比轻质土壤高得多，尽管其单位含水率的相变率较轻质土壤小，但其绝对相变量要比轻质土壤大。此外，重质土壤的孔隙比较细小，即使相同的相变量，冻结水对孔隙的减小和阻塞影响要比轻质土壤大。上述各因素综合作用的结果是土壤冻结对重质土壤入渗能力的影响要大于轻质土壤。因此，越冬期间重质土壤入渗能力的相对降低值要大于轻质土壤。
图4-17 土壤质地对冻融土壤入渗能力影响
图4-18 土壤质地对冻融土壤入渗能力影响图
黑土和黑钙土退化规律研究
答：表3.5.1 黑土面积减少与坡向关系统计表 续表 通过查阅资料分析原因得出:①阳坡和阴坡接受的太阳辐射强度不同，造成两坡向小气候存在一定差异，根据国内外学者对冻融侵蚀的相关研究，阳坡接受的太阳辐射总量大，土壤昼夜温差比阴坡大，冻融作用比阴坡强，加上阳坡春季积雪融化较快，水流相对集中，造成阳坡...
冻(融)层厚度对冻土入渗特性的影响
答：冻（融）层厚度是综合反映季节性冻融期土壤水热状况的一个物理指标，对非饱和冻融土壤的入渗特性有很大影响。为了了解不同冻融层发育条件下土壤入渗状况，于1995～1996年冬春季节在山西省中心灌溉试验站绿豆茬地、冬小麦田和深耕绿豆地三种试验田中进行了系列入渗试验。下面仅就试验结果进行讨论。对于...
惊蛰气候的正确描述是什么 惊蛰时节农事管理
答：惊蛰是春季的节气，意味着春天到来。惊蛰节气在农忙上有着相当重要的意义。我国劳动人民自古很重视惊蛰节气，把它视为春耕开始的日子。唐诗有云：微雨众卉新，一雷惊蛰始。田家几日闲，耕种从此起。农谚也说：过了惊蛰节，春耕不能歇、九尽杨花开，农活一齐来。华北冬小麦开始返青生长，土壤仍冻融交替...
冻融条件下土壤水分运动规律的主要研究内容
答：（5）冻融土壤系统水分迁移规律的研究。在分析季节性冻融期雪层及土壤在冻融过程中水分、温度变化特点及其相互关系的基础上，分别建立了雪层及冻融土壤介质中水、热、盐运动基本微分方程，根据基本方程推导出雪层中的水、热迁移方程、冻土中的水热盐耦合迁移方程及反映负温下土壤未冻水含水率变化的...
解释惊蛰这一物候现象?
答：华北冬小麦开始返青生长,土壤仍冻融交替,及时耙地是减少水分蒸发的重要措施。"惊蛰不耙地,好比蒸馍走了气",这是当地人民防旱保墒的宝贵经验。沿江江南小麦已经拔节,油菜也开始见花,对水、肥的要求均很高,应适时追肥,干旱少雨的地方应适当浇水灌溉。南方雨水一般可满足菜、麦及绿肥作物春季生长的需要,防止湿害则是最...
雪的作用
答：不同自然地理条件下的雪蚀作用方式和速度各不相同。在纬度较低、降水量大、年冻融日数多的地方,雪蚀作用速率较快,雪蚀凹地深、面积大。如中国东北小兴安岭地区,雪蚀凹地十分普遍。反之,在纬度高、降水量少、夏温低的地方,雪蚀作用就弱。地面坡度的影响是:坡陡>40°,雪场不易存在;平地上雪蚀作用极慢;30...
长江流域油菜春季田间管理的做法有哪些?
答：一是早施苗肥（薹肥），促弱转壮。以促为主是今年冬油菜春季田间管理的主要策略，也是预防倒春寒和后期根系早衰及提高角果期抗倒性的重要措施。重点针对去年迟播油菜秋冬发严重不足、冻害发生较重的问题，及早追肥，狠抓油菜春发、促弱转壮。苗肥（薹肥）应在1月底至2月上旬及早施用，亩追施尿素5...
冻融土壤入渗试验
答：为了了解地表覆膜对冻融土壤入渗特性的影响，进行了79组地膜覆盖下的田间入渗试验。为了对冻结、非冻结土壤入渗能力进行比较，对上述各类试验安排了一定数量的非冻结土壤入渗试验。根据上述总体方案设计，拟定的分年度实施方案见表2-11。表2-11 土壤入渗试验分年度实施方案 （二）试验方法 冻融土壤入渗...
冬灌对冻融期土壤水分状况的影响
答：用灌水定额控制灌水时间，灌溉结束后，土壤上边界重新转化为蒸发边界。图6-38表示1995～1996年田间试验中一个冬灌处理在冻融期土壤1 m储水量的变化过程，该试验田于1995年11月25日灌水约85 mm。灌溉后土壤经历了多次日冻融循环过程。从图中来看，储水量的计算值和实测值基本相符。由于灌溉前无降雨，...
...请你列一个表格将24个节气的时间,特点介绍出来!
答：华北冬小麦开始返青生长,土壤仍冻融交替,及时耙地是减少水分蒸发的重要措施。“惊蛰不耙地,好比蒸馍走了气”,这是当地人民防旱保墒的宝贵经验。沿江江南小麦已经拔节,油菜也开始见花,对水、肥的要求均很高,应适时追肥,干旱少雨的地方应适当浇水灌溉。南方雨水一般可满足菜、麦及绿肥作物春季生长的需要,防止湿害则是...
