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土壤冻融作用在高纬度或高海拔地带土壤非常普遍,是一种由于季节或昼夜热量变化在表土及以下一定深度形成的反复冻结-解冻的土壤过程。为了明确半干旱沙丘区土壤冻融作用变化特点及其对土壤水分物理性提升的影响,本文通过对科尔沁沙地乌兰敖都地区土壤冻融作用的研究,1)明确土壤冻融过程特点及其引起的土壤水分物理性提升过程的发生条件和提升数量,2)探究全球变暖对该地区土壤冻融作用产生的影响。
研究结果表明:1)该地区土壤冻融作用发生在10月至次年的4月份,其中冻融作用集中发生的时段是3月份和11月份,该两个月份的土壤冻融循环次数占了全年的冻融次数的87.9%;2)土壤冻融循环的次数及波动幅度随土壤深度的增加而减小;3)1981-2011年间,随着全球变暖进程,该地区土壤冻融循环次数和土壤冻融波动幅度呈现出减小的趋势,而且Mann-Kendall突变检验表明,这种减小的趋势属于突变现象,具体突变时间为1997年,并于2007年达到显著水平(p<0.05);4)该地区月冻融次数与月均温的关系符合2阶多项式(R2=0.56,p<0.05),到2030年土壤冻融次数将比2011年减少0.1次;5)土壤冻结作用导致土壤中水分发生迁移,0-30 cm和100-140 cm深度土壤中水分迁移受冻结作用的影响比较显著,分别迁移8.76mm和21.09mm,30-60 cm和60-100 cm深度则受到的影响较小;6)冻融期内,地表结构、土壤质地和地下水位影响冻融过程中的水分迁移:冻结期内地表覆盖和裸露地表条件下平均水分迁移量分别为0.7mm和1.49mm,而解冻期内分别为-3.41mm和-5.52mm;质地粘重土壤及较高的地下水位能产生较多的水分迁移。