新疆生地所在盐结皮对土壤温度影响研究中取得进展

干旱区由于强烈的蒸发加之含盐地下水，导致盐结皮广泛分布。盐结皮是盐分结晶（盐溶液饱和析出）聚合而成，由于盐分结晶的物理性质显著区别于其基质土壤，因此会显著改变土壤的能量平衡，进而影响土壤温度。然而，因盐结皮结构的复杂性，现有研究结果仍存在较大争议，特别是对于“盐结皮演化过程”这一难点问题的定量描述尚未形成共识。

针对这一问题，中国科学院新疆生态与地理研究所阿克苏农田生态系统国家野外科学观测研究站绿洲水土过程与机理研究团队，改进了原有的土壤水热耦合传输模型，增加了盐结皮动态演化（覆盖比例、厚度的动态变化）和盐分结晶相变潜热过程，考虑一个辐射输入，自然对流（浮力驱动）热交换的情况。模型对“热流通过演化盐结皮”这一难点问题进行了等效处理，将盐结皮考虑为一个变化的热阻薄层，并将其作为边界条件耦合到控制方程中，实现了可以不在盐结皮（薄层）上进行网格剖分，相对于计算复杂收敛性差的移动网格，简化了计算而且提高了稳定性（图1）。

实验结果的验证表明该模型能够定量描述一个演化盐结皮影响下的水热传输过程，通过数值模拟结果的进一步分析可以发现，盐结皮对土壤温度的影响有很大的不确定性，其主要取决于两个因素，首先取决于土壤水力学联系的变化，这直接导致土壤剖面温度会被升高还是降低，这是由汽化潜热（耗热）、结晶相变（放热）和反照率及发射率相互平衡的结果；其次是要考虑盐结皮和其基质土壤之间是否存在一个接触阻力（图2），接触阻力大小直接决定了土壤剖面温度的变化，通常情况下接触阻力主要来源于盐结皮和土壤的一个垂向空间分离，但是由盐结皮体积收缩所产生的接触阻力同样不能忽略。

相关成果以“Effect of salt crust on the soil temperature of wet sandy soils”发表在国际期刊《Agricultural and Forest Meteorology》上。阿克苏站李新虎研究员为第一作者，该研究得到国家自然科学基金、天山英才和新疆生地所基础前沿课题项目资助。

文章链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0168192324004593

图1 盐结皮土壤水热传输过程的模型结构

图2 盐结皮和土壤接触阻力示意图