土壤蒸发的动力学分析

利用室内土柱实验对二种土壤（轻壤土（安塞）和重壤土（武功）的蒸发速率进行了数学模拟。若忽略滞后作用时，模拟结果误差较大；而考虑土壤水分再分布的滞后作用后，模拟结果与实测结果非常吻合。     

咸水灌溉对盐渍化土壤有机碳和无机碳的影响

土壤碳转化是当前应对气候变化的热点问题之一。【目的】探讨咸水灌溉对盐渍化土壤有机碳和无机碳的影响,为盐碱土碳库建立和碳贮量的计算提供依据。【方法】选取壤土(A)、黏壤土(B)、粉质黏壤土(C)、砂质壤土(D)4种质地盐渍化土壤作为研究对象,在室内条件下用不同矿化度(0,2,4,6 g/L)的Na Cl和Na2SO4盐溶液浇灌4种质地盐渍化土壤,模拟研究了咸水灌溉对盐渍化土壤有机碳和无机碳转化的影响。【结果】用不同矿化度的Na Cl和Na2SO4浇灌盐渍化土壤后,土壤电导率均会增加,不同质地的土壤发生盐渍化的程度不同。【结论】对于土壤有机碳而言,壤土(A)和粉质黏壤土(C)之间差异达极显著性水平(p0.01),黏壤土(B)和砂质壤土(D)之间差异达显著性水平(p0.05)。对于土壤无机碳而言,不同质地土壤之间差异均达极显著性水平(p0.01)。     

基于温度示踪法的典型农渠渠道渗漏模拟研究

以渠道渗漏土壤水动态及热伴生机理为理论基础,利用热示踪技术,选取内蒙古河套灌区典型农渠开展野外监测、原位热示踪试验,利用温度示踪结果定性分析渠系渗漏过程。利用二维水热运移数值模型VS2D对渠道渗漏条件下饱和/非饱和土壤的水热迁移过程进行模拟,反演出试验区粉砂壤土和砂壤土的饱和水力传导度分别为0.025 m/d和0.6 m/d。通过静水试验数据对模型进行验证,结果表明,温度模拟值和实测值的平均均方根差(RMSE)和平均相对误差(MRE)分别为1.6℃和2.5%,累积入渗量实测值与模拟值的相对误差为2.4%,模拟结果与实际监测数据吻合较好。研究结果表明,温度信号可用来对渠系的渗漏状况进行示踪和监测,VS2D模型模拟土壤水热运移的结果能够为灌区的渠道渗漏问题提供科学依据,可为我国北方旱区灌区水资源的管理以及渠系节水改造工程提供一定的理论和技术支持。     

节水灌溉中土壤水运动模拟研究

定量研究水分在农田-植物系统中的循环和利用过程,是提出合理化农田水分管理措施的基础。基于HYDRUS-1D模型,对三种典型土壤(砂性壤土,壤土,黏性壤土)的灌溉方式进行数值实验,模拟灌溉后及灌溉24h之后的土壤剖面含水量变化和土壤表面的径流情况。结果表明,砂壤土在不产生径流的情况下,可以接受更大的灌溉速率进行灌溉,可以有更灵活的灌溉方式可供选择,灌溉入水量也比较多;壤土和黏壤土的灌溉方式选择单一;砂壤土中,最大灌溉深度为61cm,壤土、黏壤土的最大灌溉深度分别为34cm和18cm。灌溉后及灌溉24h之后的土壤剖面的湿润锋面变化明显,这就要求在对作物进行灌溉时应该考虑灌溉水在土壤中自身运动。本研究推算的不同类型土壤在不同条件下的需水量,可为不同根深的作物选择合理灌溉方式提供参考。     

离心机法测定土壤水分特征曲线中的收缩特性

为了探明土壤在离心力作用下的收缩规律,开展了离心机法测定土壤水分特征曲线试验.砂壤土和黏壤土分别设定3个初始容重,以离心机法测定的数据为基础,研究了离心力变化下的土壤收缩规律,并通过van Genuchten-Mualem(VG-M)模型对2种情景模式(考虑容重变化和未考虑容重变化)下所测定的土壤水分特征曲线进行拟合,并以此估算所得的土壤水力特性参数对沟灌二维水分运动特性进行了数值模拟,同时结合室内试验对比分析了参数的合理性.结果表明,离心机转速增大,土壤含水率降低,容重随之增大,当吸力为7 000 cm时,砂壤土和黏壤土的容重分别近于1.81和1.79 g/cm³;基于土壤收缩特征曲线,供试土壤收缩过程可采用三直线模型进行表征,但各收缩段的吸力范围存在差异;与未考虑容重变化所得VG-M模型中的参数值相比,考虑土壤容重变化所得的滞留含水率θ_r和进气吸力值倒数a均增大,但形状系数n均减小;以考虑土壤容重变化所得VG-M参数为基础进行沟灌二维水分运动数值模拟,其入渗水量、湿润锋运移距离(垂直和水平)与实测值的误差绝对值均值分别为5.8%,3.0%和2.6%,较未考虑容重变化时精度分别提高了39.2%,57.2%和52.9%.因此离心机法测定土壤水分特征曲线的过程中需考虑土壤容重的变化,且以此获得的参数能够较为显著地提高数值模拟精度.     

生物炭对砂壤土氮素淋失的影响试验研究

通过室内土柱模拟试验,研究了生物炭对砂壤土的p H值、电导率及氮素淋失的影响。试验设5个生物炭添加比例,分别为0(CK)、1%(T1)、2%(T2)、4%(T3)、6%(T4)。结果表明,p H值和电导率均随生物炭添加比例的增加呈逐渐升高的趋势,其中,各处理砂壤土的电导率较CK分别提高了2.79%、10.88%、11.30%、12.50%。土壤淋溶液中氮素随生物炭添加比例的增加,呈逐渐减小趋势,氮素累积淋溶量也逐渐减小。各处理淋溶液中氮素的淋失总量较CK分别降低了2.89%、7.41%、9.50%和12.25%。研究表明,生物炭能够有效改变砂壤土的理化性质,降低氮素的淋失量,降低地下水面源污染的风险。     

华北玉米秸秆覆盖对砂土、壤土水土保持效应的影响

通过野外径流场模拟降雨试验,研究玉米秸秆覆盖对砂土和壤土产流产沙过程的影响,探索不同土壤质地下水土保持的临界秸秆覆盖条件。处理分为2种土壤质地类型和5个水平的秸秆覆盖度:0、10%、20%、30%和40%。结果表明:壤土抗侵蚀能力优于砂土,但透水性弱于砂土;不同土壤质地条件下秸秆覆盖效益存在差异,相同的秸秆覆盖时,砂土条件下的土壤侵蚀防治效果优于壤土;2种土壤质地条件秸秆覆盖度30%时可显著提高土壤入渗总量(25.7%~33.9%),减少产沙总量(22.2%~46.4%),对水土流失具有良好的防治效果。考虑到过大的秸秆覆盖度(大于80%)会造成播种机堵塞,在华北保护性耕作研究实践中,建议砂土和壤土质地下的农田地表保持1 600~3 000 kg/hm2(30%~60%)的玉米秸秆覆盖,以达到较好的水土保持效果和播种质量。     

循环曝气灌溉条件下小白菜生长及水分与养分利用

研究循环曝气灌溉对不同土壤作物水分及养分利用影响的规律可为循环曝气灌溉技术在不同土壤中的应用提供理论指导。以河南省3种典型土壤(郑州黏土、洛阳粉壤土和驻马店砂壤土)为供试对象,小白菜为供试作物,设置常规地下滴灌为对照组(CK)、循环曝气灌溉为试验组(CAI)开展盆栽试验,研究了循环曝气灌溉对作物生长生理指标及水分与养分利用的影响。结果表明,与CK相比,CAI可促进根系生长,其中郑州黏土和洛阳粉壤土CAI根系活力分别显著增大46.36%和16.79%(P0.05),根干质量分别显著增大35.33%和26.22%(P0.05)。CAI处理净光合速率较CK有显著提高(P0.05),其中郑州黏土、洛阳粉壤土、驻马店砂壤土依次增大了17.69%、12.41%和21.43%。循环曝气处理有效提高了作物氮、磷、钾的吸收效率,其中,郑州黏土和洛阳粉壤土氮素吸收量较CK分别显著提高23.68%和27.72%(P0.05);3种土壤CAI作物磷、钾吸收效率均有显著提高(P0.05),其中郑州黏土分别增加了27.54%和62.81%,洛阳粉壤土增加了25.20%和63.26%,驻马店砂壤土增加了26.86%和23.97%。循环曝气灌溉能显著提高小白菜产量和水分利用效率,其中,郑州黏土和洛阳粉壤土小白菜地上部鲜质量较CK分别提高了58.42%和62.03%,水分利用效率分别提高了27.86%和16.47%。综合比较小白菜生长指标、产量、水分利用及养分吸收效率,郑州黏土循环曝气灌溉处理具有最为显著的改善作用。     

关中西部畦灌优化灌水技术要素组合的初步研究

在杨凌区砂壤土、中壤土的冬小麦和果树地,进行了畦田规格和灌水技术要素对水流推进和消退过程、灌水效率与灌水均匀度影响的田间试验,利用地面灌溉水流运动数学模型对畦灌条件下的最佳灌水技术要素组合进行了模拟和分析。结果表明,零惯量模型可以很好的模拟畦灌灌水过程中水流运动规律;畦田规格和灌水技术要素对灌水效率和灌水均匀度具有明显影响,对所研究的砂壤土冬小麦地在1‰、3‰田面坡度条件下,单宽流量以7L/(s·m)为宜,最大畦长应分别以40m、90m;对中壤土果树地1‰、3‰、5‰坡度条件下的畦长和单宽流量组合为分别以50m和6.0L/(s·m)、90m和6.0L/(s·m)、90m和5.0L/(s·m)左右为宜。同时为达到较高的灌水效率和灌水均匀度,畦田坡度不宜过大。     

沼肥对重金属Cr作用效应的研究

随着配合饲料养殖法的应用,使得以畜禽粪便为主要发酵原料的沼气工程产生的沼肥中重金属含量发生了明显的变化。施用沼肥后能否造成土壤重金属污染?这直接影响着沼肥(沼渣和沼液)的安全合理利用。文章通过油菜盆栽试验,以重金属Cr为研究对象,采取2种土壤样品(未受污染的棕壤土及受污染的棕壤土),对沼渣沼液施肥后土壤和油菜中重金属的含量及形态进行分析。得出:1)施用沼肥能增加未受污染棕壤土重金属Cr含量,而施用猪粪化肥能降低未受污染棕壤土Cr含量;施用沼肥能降低污灌区棕壤土Cr含量;2)对于未受污染棕壤土来说,施用沼肥有利于降低油菜食用部位茎部、叶部Cr含量;施用沼肥能有效降低污灌区棕壤土-油菜根部、叶部Cr的含量;3)对未受污染棕壤土来说,除过量沼渣沼液试验处理,其他试验处理的Cr各形态含量占总量的比例大小为:残渣态可还原态可氧化态酸溶态;对污灌区棕壤土来说,各个试验处理前后的Cr各形态含量占总量的比例大小几乎不变,为:残渣态可还原态可氧化态酸提取态;4)试验后未受污染棕壤土Cr有效态含量百分比的大小顺序为:原土样、猪粪化肥处理、空白处理、沼渣沼液处理;对污灌区棕壤土,试验后常量猪粪化肥处理Cr有效态含量百分比最大,过量沼肥处理最小。可见过量沼渣沼液试验处理对土壤中重金属Cr的有效态含量的减少有较为明显的作用。     

Effects of hysteresis on redistribution of soil moisture and deep percolation at continuous and pulse drip irrigation

The infiltration and redistribution of soil moisture under surface drip irrigation considering hysteresis were investigated in two soils (loamy sand and silt loam) of different texture. The effect of continuous versus intermittent application of 1, 2 and 4 l/h to the soils was evaluated in terms of wetting front advance patterns and deep percolation under the root zone. For this purpose, a cylindrical flow model incorporating hysteresis in the soil water retention characteristic curve, evaporation from the soil surface, and water extraction by roots was used. The results show that, compared with continuous irrigation, pulse irrigation slightly reduces the water losses under the root zone in both cases (with and without hysteresis). Also, at the total simulation time, in both types of irrigation, hysteresis reduces significantly the water losses under the root zone. Finally, the effect of hysteresis was found to be greater at higher discharge rate (4 l/h) and consequently at higher water content at the soil surface.     

间歇供水条件下考虑土壤水滞后作用的水分入渗数值模拟

本文对间歇供水条件下土壤入渗过程进行了试验研究，采用数值模拟方法描述了考虑土壤水滞后的水分入渗过程。结果表明文中使用的确定性模型虽能较好地模拟土壤水分状况改变对入渗率的影响，却无法反映表层土壤物理性能变化对入渗的作用。当利用一维垂向非饱和土壤水运动模型来描述间歇供水条件下的土壤入渗分布过程时，应改进模拟技术使之能包容后者的影响。     

基于Matlab地表滴灌土壤水分运动的数值模拟

滴灌条件下土壤水分运动规律是当前农业工程中重要研究领域。基于土壤水运动基本方程,结合作物根系吸水特点,建立了地表滴灌条件下土壤水分运动二维数学模型。应用Matlab软件,通过数值模拟方法,得出了Van Genuchten模型的参数值,推导了渗透参数拟合公式,进一步对地表滴灌土壤水分运动过程进行模拟。同时,利用Matlab强大的绘图功能对拟合曲线与实测数据进行了直观的比较。结果表明,所构建的数学模型对地表滴灌条件下的土壤水分运动变化具有较好的模拟效果。     

Simulation of root water uptake: III. Non-uniform transient combined salinity and water stress

Six different reduction functions for combined water and salinity stress are used in the macroscopic root water extraction term. The reduction functions are classified as linear additive, non-linear multiplicative, and that which is neither additive nor multiplicative. All these reduction functions are incorporated in the numerical simulation model HYSWASOR. The relation between the experimental relative transpiration and the joint soil water osmotic and pressure heads appears to be linear (with an exception for the salinity near the threshold value). As the mean soil solution salinity increases, the trend becomes more linear. The simulations indicated that for most treatments the newly proposed reduction term provides the closest agreement with the experimental transpiration. Soil water content, and particularly soil solution salinity simulated with this equation agree reasonably with the experimental data: in spite of the observed differences, the trend of the simulated data is good. A reason for the disagreement between the simulated and experimental water contents can be attributed to the influence of roots and the soil solution concentration on the soil hydraulic conductivity. The input soil hydraulic parameters were obtained from soil samples without roots and salinity and assumed constant during the simulations.     

应用TDR对土壤含水率及土壤冻结融解深的计测

运用 TDR(Time Domain Reflectometry)计测土壤含水量 ,80年代以来就受到了瞩目 ,到今天为止TDR方法在土壤盐分浓度 ,浸润面深度 ,冻结融解面深度等许多领域得到广泛应用。为了确认在运用 TDR方法进行土壤含水率测定时介电常数 ε与含水率 θ之间的关系曲线的滞后现象的有无 ,以及确认运用 TDR方法计测土壤冻结融解面深度的有效性 ,进行了一系列的实验。实验证明 ,在运用 TDR方法进行土壤含水率测定时介电常数ε与含水率θ之间的标定曲线中没有出现滞后现象 ,运用 TDR方法计测土壤冻结融解面深度不论在室内实验还是在田间实验中都很有效 ,并取得了较高的精度。     

Modelling of root ABA synthesis, stomatal conductance, transpiration and potato production under water saving irrigation regimes

Application of water saving irrigation strategies in agriculture has become increasingly important. Both modelling and experimental work are needed to gain more insights into the biological and physical mechanisms in the soil-plant system, which regulates water flow in the system and plays a central role in reducing crop transpiration. This paper presented a mechanistic model (Daisy) developed based on data obtained in the SAFIR project on measured leaf gas exchange and soil water dynamics in irrigated potato crops grown in a semi-field environment subjected to different irrigation regimes. Experimental data was compared to simulated results from the new enhanced Daisy model which include modelling 2D soil water flow, abscisic acid (ABA) signalling and its effect on stomatal conductance and hence on transpiration and assimilation, and finally crop yield. The results demonstrated that the enhanced Daisy model is capable of simulating the mechanisms underlying the water saving effects of the partial root-zone drying (PRD) irrigation as compared with the conventional full irrigation (FI). However the simulated effect on both crop yield and water use in this particular experiment was negligible indicating more experimental studies are necessary in order to improve on the model.     

Estimating field-measured, plant extractable water from soil properties: beyond statistical models

For effective irrigation management we need to know the water storage capacity of the soil reservoir. Though plant extractable water is best measured in the field, sometimes it is useful to estimate it. Laboratory-derived retention curves do not necessarily reflect field conditions. Statistical models to estimate plant extractable water from other soil properties are restricted by assumptions that are difficult to check, and they can look very complicated. We propose to test a physical-based model that exploits the similarity between the particle size distribution curve and the soil water retention curve. A large data set of soil properties from the USA was used. Detailed particle size fraction data enabled the construction of simulated soil water retention curves for 388 samples. The physical-based model was compared against a statistical model that was derived from a subset of the data base. The statistical model fit the data better than the physical-based model. On the other hand, the statistical model overpredicted the soil water limits of those soils that were not used in the derivation of the statistical model. The strength of the physical model is that it represents a cause and effect relationship between particle size distribution and soil water retention. Also, it is conceptually simple and requires few inputs. The physical model may be improved by considering soil structure and type of clay.     

寒冷地区日光温室水平地埋管蓄热效果研究

为研究寒冷地区日光温室应用太阳能土壤增温系统的地温变化情况和土壤蓄热效果,利用ICEM建立了二维水平埋管土壤蓄热物理模型,并基于试验工况运用FLUENT对典型日水平埋管与土壤的非稳态传热进行了数值模拟.结合试验数据和数值模拟进行分析,结果表明:白天土壤蓄积的热量可以保持夜间至次日系统运行前的土壤最低温度在10cm深处为...     

商用车EBS系统比例继动阀特性与控制方法

针对商用车电子控制制动系统比例继动阀迟滞特性,提出了特性仿真模型和迟滞补偿控制方法。建立了能反映迟滞特性的比例继动阀数学模型,应用Matlab/Simulink软件进行了其响应特性和迟滞特性的仿真,通过开环测试验证了模型的准确性和可靠性。在此基础上提出了能够补偿迟滞特性的比例继动阀控制方法,并进行离线仿真和硬件在环试验,验证了该控制方法的有效性。     

滴灌土壤湿润体迁移计算的人工神经网络模型

基于非饱和土壤水分运动理论和单点源滴灌中土壤水分迁移特征,应用HYDRUS-2D/3D模型对33种土壤质地(分属11类土质类型,美国制土壤质地分类系统)、不同滴灌流量(1,2,3 L/h)下的湿润体运动过程进行了数值模拟,然后根据不同土壤质地和滴灌流量下湿润体动态变化的HYDRUS模拟结果,以滴灌量和土壤饱和导水率与滴灌流量的比值作为输入变量,构建了描述滴灌湿润体在不同土质和滴灌流量下迁移变化的人工神经网络模型.该模型输入变量少、易于操作,且将模型计算结果与实测情况对比表明,计算的入渗过程与实测的入渗过程基本一致,相关系数的平方(R²)均在0.82以上,因此该模型对不同土质中湿润体运移规律的预测效果较好.