单坑变水头入渗条件下均质土壤水分运动的数值模拟

变水头入渗条件下的土壤水分运动是蓄水坑灌的基本理论问题。该文根据土壤水动力学的基本理论，分析了蓄水坑变水头入渗的复杂边界条件，并推导了其坑水位变化与坑壁变水头入渗关系的数学表达式，进而建立了蓄水坑灌单坑变水头入渗及土壤水分运动的数学模型。采用ADI交替方向隐式差分格式将土壤水分运动方程离散，用Gauess-Seidel迭代算法求解非线性差分方程，实现了单坑变水头条件下的土壤水分运动的数值模拟。实验验证表明，数值计算结果与实测值有着较好的一致性。     

负水头条件下的水平一维土壤吸渗特征

该文分析了不同负水头条件下土壤水分运动特征，并通过室内模拟试验研究了不同负水头条件下水平一维土壤的吸渗特征，根据Brooks-corey模型推求了描述负水头条件下土壤吸渗公式，并分析了各参量间的函数关系。分析了Philip吸渗公式在负水头条件下的适用性，并对所建立的公式进行检验。研究结果表明：上述理论关系可以很好描述负水头条件下水平一维土壤吸渗过程。     

Vertical advection of extracellular DNA by water capillarity in soil columns

The fate of extracellular DNA in the environment concerns both the fate of transgenes from genetically modified organisms and the evolution of active bacteria capable of incorporating this DNA into their genomes. This study addressed the possibility that DNA, like other organic molecules, could move vertically in the capillary fringe of groundwater aquifers. The targeted gene fragment used here was the 35S-nptII sequence, which was below detection levels in controls. Initial microcosm studies detected the DNA target molecule by PCR during the entire experiment. The vertical advection of water and DNA were monitored for a period of 3 days in soil columns. DNA was added as a water solution at the bottom of the unsaturated soil column, and then DNA-free water was added at the bottom after 12 and 24 h. After the addition of the DNA solution, capillary water rose 4 cm within the soil column and the target DNA was detected up to that height. After 60 min, the entire soil column (10 cm) was wetted and the target sequence was detected up to a height of 7.5 cm. After the second wetting (12 h later), the target sequence was detected up to the top of the soil column (10 cm). However, after the third wetting (24 h later), the marker sequence was only found at heights from 0.5 to 4 cm. Results clearly show the vertical movement of DNA due the capillary rise and suggest the possibility of DNA degradation within the soil column.     

层状土垂直一维入渗土壤水分运动数值模拟与验证

[目的]为进一步认识层状土垂直一维入渗土壤水分运动规律。[方法]依据非饱和土壤水分运动理论,建立了垂直一维土壤饱和—非饱和水分运动的数学模型,并用SWMS-2D软件进行求解。采用已有文献资料,对均质土和层状土的土壤剖面含水率、土壤湿润锋运移值和累积入渗量及入渗速率等指标的实测值与模拟值进行分析验证。[结果]实测值与模拟值具有较好的一致性,所提出的数学模型既适用于均质土壤,也适用于层状土壤。[结论]所建模型能比较真实地反映均质土和层状土垂直一维入渗土壤水分运动的状况,证明利用SWMS-2D软件对层状土柱中土壤水分运动进行模拟具有可行性。     

波涌灌间歇入渗饱和-非饱和土壤水分运动数值模拟及试验

考虑到地下水浅埋对上层包气带水分分布造成一定影响,该研究结合波涌灌技术,对地下水浅埋下间歇入渗的土壤水分分布特征和运动规律进行了分析,建立了基于饱和-非饱和土壤条件下一维间歇入渗水分运动模型,根据试验实测资料采用Hydrus-1D软件反推土壤水分运动参数,并对入渗过程进行了模拟。在此基础上,确定了饱和导水率的估算模型。结果表明:所建参数估算模型较好地反映了饱和导水率与间歇周期数、循环率以及周期时间之间的相关关系,所建水分运动模型模拟值与实测值比较,累计入渗量、土壤含水率以及湿润体运移距离总体相关系数高于0.96,均方差在0.5以内,吻合度较高,能够较好地描述了地下水影响条件下波涌灌间歇入渗饱和-非饱和土壤水分运动特征。该研究为波涌灌技术进一步发展奠定了科学基础。     

三江平原典型小叶章显地土壤中铵态氮水平运移规律研究

选择三江平原小叶章湿地不同水分带上的两种土壤类型（草甸沼泽土和腐殖质沼泽土）作为研究对象，以NH4Cl为示踪剂，模拟研究了铵态氮在土壤中的水平运移过程。结果表明，两种土壤各土层的铵态氮浓度和水平运移速率均与运移距离呈显著负相关（P〈0．01），并随运移距离的增加呈一阶指数衰减曲线变化。各土层的铵态氮水平运移主要由其对于铵态氮吸附的饱和程度来决定，而运移速率主要受浓度梯度、水势梯度及土壤基质势的控制；两种土壤各土层的铵态氮水平运移速率与土壤含水量大多呈显著正相关（P〈0．05），并随含水量的增加而呈指数增长曲线变化；两种土壤各土层的铵态氮浓度均受土壤水分扩散率的影响，二者大多呈显著正相关（P〈0．05），除草甸沼泽土0～20cm土层的铵态氮浓度随水分扩散率的升高呈Boltzmann曲线变化外，其它土层及腐殖质沼泽土的各土层均随其升高呈指数增长曲线变化；草甸沼泽土要比腐殖质沼泽土的相应土层更有利于铵态氮的水平运移，二者不同土层物理性质的显著差异是导致其铵态氮浓度、水平运移速率随运移距离、土壤含水量及水分扩散率的变化而发生分异的重要原因，而湿地水文条件可能对于二者物理性质的塑造作用有着重要影响。     

鸡体鸡笼阻挡对密闭鸡舍气流运动影响的数值研究

在建立密闭式鸡舍机械通风系统气流运动方程的基础上,推导了由流函数和势函数表示的气流运动控制方程。根据能量变分原理,导出了平面等参可变节点的统一有限元模型。重点讨论了流函数形式下的多连通域(即鸡舍内存在阻挡物)方程的数值分析法。提出了采用流场叠加法求解时的两种内边界条件确定方法:①切向循环速度为零条件:在任一封闭内边界上切向循环速度为零;②能量最小条件:真实内边界条件使整体流场的能量最小。通过上述两种条件建立了原方程的补充代数方程,使问题得到了圆满解决。运用数值模拟,比较了横向通风与纵向通风系统在舍内气流分布型式上的特点。结果表明,在纵向通风形式下,鸡舍内的气流分布非常均匀,鸡体鸡笼等障碍物对空气运动的阻挡作用不十分明显。相反,横向通风系统的气流分布极不均匀,尤其下部鸡笼周围的气流速度大大降低。     

滴灌条件下砖红壤水分运动试验研究

为了研究砖红壤水分入渗特性，并为雷州半岛旱作节水农业提供依据，在室内滴灌条件下进行了砖红壤水分入渗的试验研究。在有机玻璃容器中对0.5、1.0和3.0 L/h 3种滴灌流量下土壤水分入渗湿润峰进行试验分析，结果表明砖红壤水分的水平扩散、垂直扩散都与滴灌时间呈指数关系，并与流量成正相关关系。当流量为0.5和1.0 L/h时，砖红壤中水分扩散运动分为二个阶段：由开始的水平扩散速率大于垂直扩散速率过渡到水平与垂直等速扩散。在土箱中监测了0.3、0.6、0.9和1.2 L/h 4种滴灌流量下土壤水分分布，分析表明对于砖红壤土质，为了能使水分入渗达到一定深度，选择流量0.9~1.2 L/h对短期浅根作物连续滴灌4 h是合理的。     

"池-田"蓄引水模式改善环渤海棉田水盐运移提高棉花产量

为探明环渤海"池-田"蓄引水模式下棉田水盐运移规律对棉花生产的影响,2017和2018年4-10月对未改造棉田(CK)及模式中的台田(A)、浅层地下水抽提棉田(B)、抑盐排涝棉田(C)进行土壤水分、盐分和pH值、棉花光合指标、产量进行测定,结果表明,模式中棉田0～80cm土层盐分和pH值显著降低,A和B棉田盐分降至3.0g/kg左右,pH值低于8.0;C棉田盐分低于5.0 g/kg,7-8月pH值低于8.0。A棉田土壤水分、盐分和pH值最低,滴灌条件下棉花光合性能长期保持高值,光合物质积累的直线增长持续时间和活跃期最长,籽棉产量超过3 500 kg/hm~2。B棉田水分0～40 cm土层高于20%,光合性能高值较长,籽棉产量超过3 000 kg/hm~2。C棉花7-8月光合性能明显提高,籽棉产量超过2 500kg/hm~2。环渤海"池-田"蓄引水模式显著改善棉田水盐运移,有利于棉花生产,从而提高产量。研究可为高效开发利用滨海盐碱地提供科学模式和理论基础。     

果蔬边界收缩方程的探讨

采用实验研究的方法,获得了小块果蔬体积收缩率与它的含水率变化之间的关系,并将这一关系应用于果蔬内部每一质点,推导建立了球形果蔬边界的收缩方程,为进一步通过数值模拟来研究干燥过程中果蔬的形状变化提供参考