基于三维X-CT图像的结皮土壤孔隙结构特征与渗透率

许智隼，胡五龙,2※

（1.武汉理工大学理学院，武汉430070；2.武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心，武汉430070）

0 引 言

在干旱半干旱地区，表层土壤会在外部物理夯实或内部微生物作用下形成一种低入渗率、高抗剪强度的土壤结皮[1]，即土壤物理结皮或土壤生物结皮。根据不同的形成机理和发育过程，土壤物理结皮可以分为由雨水等外力打击而形成的结构性结皮和由径流冲刷引起的沉积性结皮[2-3]。土壤结皮中的微生物可以有效地富集并吸收土壤中的重金属，对治理环境污染具有一定的积极意义[4]。同时，土壤结皮也会显著降低土壤水分向地下入渗，增加地表径流[5-6]，造成水土流失[7]，进而可能引发一系列严重的生态环境灾害。目前国内外对土壤结皮的研究主要聚焦于其成因和功能方面，而对土壤结皮的微观孔隙结构及其对水力特性的影响研究较少[8-9]。

土壤孔隙是气体、水和营养物质输运的通道，同时也是土壤微生物的栖息地[10-12]。因此，土壤孔隙结构在很大程度上影响或决定了土壤肥力，对生态环境、地下水系统及大气循环有着重要影响。同时，土壤中的所有物理过程及生化反应都发生在孔隙中，而目前的试验技术手段很难对孔隙中的这些过程和反应进行准确观测，因此基于真实土样三维孔隙结构从孔隙尺度模拟土壤中水的输运，有助于精确描述土壤中水的输运过程和相关机制。

土壤孔隙结构的传统研究方法有切片法[13]、压汞法[14]和氮吸附法[15]等，这些方法不仅会破坏土壤原有的孔隙结构，而且难以重构土壤内部的三维孔隙结构。……