中文摘要：

利用室内和野外试验确定连续体尺度（样本和田间尺度）上的土壤水力性质；通过在田间采集的原状样本借助CT扫描技术获取孔隙空间不同水平与垂直切面位置上的高精度数字图像。采用数字图像处理技术提取有关孔隙空间几何与拓扑特征的量化指标并进行三维土壤孔隙空间的重建工作。在此基础上建立符合实测几何与拓扑形态的三维孔隙网络模型，模拟土壤水分运动的动态过程并预测非饱和土壤的水力性质。通过对孔隙尺度和连续体尺度上土壤水力性质的分析，探讨网络模型预测结果在更大空间尺度上的应用前景，并尝试提出确定土壤水力性质的新的方法。

结论摘要：

土壤孔隙空间的三维结构在很大程度上决定着土壤水分的持留和传导性能。网络模型将实际土壤的孔隙空间简化为相互连通的毛细管网络，可在孔隙水平上模拟土壤水分运动过程并获得连续体尺度上的有效水力学性质。本研究采用非破坏性、非侵入性数字图像技术-CT来实现土壤孔隙结构特征的快速、无损、高精度探测，与常见的土壤切片方法相比具有突出的优势。研究中，首先利用有机玻璃采样管在田间采集大量原状土壤样本，通过CT扫描获取不同水平与垂直切面位置上的高精度数字图像。然后，自行开发了数字图像处理与三维土壤孔隙结构重建软件系统，用于提取孔隙空间几何与拓扑特征的量化指标并实现土壤孔隙空间的三维重建，最终建立起符合实测土壤结构特征的三维孔隙网络模型。在此基础上，定量模拟了微观尺度的土壤水分运动过程，获得了样本尺度的非饱和土壤水力学性质。通过与室内和野外试验结果的对比分析进一步校正模型，较为系统地验证了这种由微观孔隙推及样本甚至田间尺度介质有效性质的研究方法的可行性。通过对操作成本、模拟精度、易用性等因素的综合分析，客观评价了新研究方法的优缺点所在。研究结果可望为土壤物理学的相关研究（如尺度拓展问题）提供理论和技术借鉴。