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隨著全-球氣候變暖與極-端天氣的頻繁發(fā)生，土壤凍融過程對農業(yè)產量、固廢治理及工程穩(wěn)定性產生了深遠影響。低場核磁共振（LF-NMR）技術憑借其無損、快速、微觀探測的獨特優(yōu)勢，已成為研究土壤凍融機理的重要工具。
低場核磁共振技術的原理與優(yōu)勢
低場核磁共振技術基于核磁共振現(xiàn)象，通過檢測土壤中氫原子的弛豫行為來反映水分狀態(tài)和孔隙結構。與傳統(tǒng)檢測方法相比，相較于傳統(tǒng)檢測方法，如烘干法、時域反射法或壓汞法等，低場核磁共振技術展現(xiàn)出了顯著優(yōu)勢：
無損性：無需破壞土壤原狀結構，適合原位監(jiān)測。
微觀洞察：能夠區(qū)分結合水、半結合水和自由水，直觀反映孔隙結構變化。
動態(tài)監(jiān)測：可實時捕捉水分遷移和相態(tài)變化，適用于復雜的凍融過程。
低場核磁共振技術已廣泛應用于多個土壤領域，為土壤凍融機理研究提供了堅實的技術基礎：
l 農業(yè)土壤：通過監(jiān)測種子萌發(fā)過程中的水分流動，揭示低溫脅迫對植物根系水分獲取的影響。
l 固廢土壤：評估土壤改良劑對固廢基土壤孔隙結構的影響，為固廢處理提供科學依據。
l 改良土壤：分析生物炭等改良劑對土壤持水能力的提升機制，優(yōu)化土壤管理策略。
l 工程土壤：評估凍土與水熱耦合條件下的孔隙結構變化，保障基坑支護及道路建設的安全性。
l 改性土壤：通過檢測孔隙結構變化，評估化學或物理改性對土壤性能的提升效果。
低場核磁共振技術在土壤凍融機理研究中的應用
在土壤凍融機理研究中，低場核磁共振技術主要通過以下兩種方式發(fā)揮關鍵作用：
1、孔隙結構與水分狀態(tài)監(jiān)測：低場核磁共振技術以水為“探針"，能夠同步檢測水分在土壤孔隙中的分布與遷移。在凍融循環(huán)中，土壤孔隙經歷了水分凍結膨脹和融化收縮的動態(tài)過程。通過監(jiān)測氫原子的弛豫時間變化，研究者可以準確捕捉孔隙結構的微觀破壞和修復規(guī)律，以及水分狀態(tài)（凍結水與液態(tài)水）的轉變。
2、物理場耦合效應解析：低場核磁共振技術能夠在施加外部磁場的同時，分析土壤內部不同自由程度水分的弛豫特性。這使得研究者能夠在控制溫度、濕度等物理場耦合條件下，深入探討凍融作用對土壤力學性能（如強度、滲透性）的影響機制，為防凍工程和土壤改良提供科學依據。
應用案例：
黏土凍融水分遷移二維核磁T1-T2表征圖（圖中樣品信息：(a)到(c)為1%鹽含量樣品；
(e)到(g)為2%鹽含量樣品； (d)為1%、(h)為2%鹽含量樣品在解凍期間二維譜。）
低場核磁共振技術憑借其無損微觀探測的特性，已成為土壤凍融機理研究的強有力工具。它不僅能夠詳細描繪凍融過程中水分的微觀遷移和孔隙結構的動態(tài)變化，還能在復雜的物理場耦合條件下，解析凍融對土壤工程性能的深層影響，為農業(yè)增產、固廢治理及工程防凍提供了精準的數(shù)據支撐。
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