芒果渗透脱水-冻结的质量与热量传递模拟

以细胞作为传输过程的基本单元,建立了一维质量传递和热量传递数学模型。渗透脱水质量传递模型考虑了不同组分在细胞内、外,通过细胞膜与胞间连丝的质量扩散,以及在细胞外空间的集流传输。冻结过程的数学模型建立基于热平衡方程,且考虑了相变问题。通过Matlab软件有限差分方法求解方程,得到的实验结果(芒果渗透脱水过程的失水率和增固率,以及冻结过程的冻结曲线)与模拟结果十分接近,相对偏差控制在15%之内,从而验证了模型的有效性。结果表明:所建立的数学模型可详细描述芒果渗透脱水过程中细胞内、外水和蔗糖的质量浓度分布,以及冻结过程中的温度变化。     

盐分对季节性冻融土壤蒸发的影响试验及数值模拟研究

[目的]探究盐分对季节性冻融土壤蒸发的影响规律.[方法]在内蒙古河套灌区开展了B1和B2二组不同含盐量下(B1:7.80 g/kg;B2:41.16 g/kg)的野外土柱蒸发试验,建立了考虑盐分影响(该影响由盐分阻抗和土壤表面阻抗体现)的冻融土壤蒸发数值模拟模型.采用土柱试验结果对模型进行了率定验证,并与SHAW模型进...     

冬前灌溉条件下冻融作用对土壤压实的影响

在北京大兴区进行大田试验,研究冬前灌溉条件下冻融现象对土壤压实的影响.使用TN-60压实翻耕后的土地,对比研究压实与不压实地块在冬前灌溉条件下土壤容重、总孔隙度、含水率和紧实度的变化.结果表明:冬前灌溉条件下,冻融作用使压实区0～15cm土层的压实降低,总孔隙度提高;对于未压实土壤,冻融作用提高0～10cm土层的容重,降低0～10cm土层的孔隙度;冬前灌溉土壤含水量明显高于不灌溉,冬前灌溉降低0～30cm土壤紧实度.因此,北京地区的冬前灌溉有利于减轻土壤压实.     

太原市农田土壤重金属污染评价与空间分布特征

【目的】揭示太原市农田土壤重金属污染现状、污染来源及其空间分布格局情况,为区域土壤污染防控和农业生产提供依据。【方法】采集太原市农田土样214个,测定土壤中Cr、Cd、Pb、Hg和As 5种重金属量,采用单因子指数法和内梅罗综合指数法对土壤重金属进行污染评价,运用ArcGIS 10.3绘制太原市农田土壤重金属空间分布图,利用SPSS 16.0对数据进行相关分析,进一步了解土壤重金属的污染来源。【结果】①太原市农田土壤中重金属量分布差别较大,Cr、Cd、As、Hg和Pb均值分别为68.38、0.121、8.59、0.08、24.23 mg/kg,均未超过《绿色食品产地环境质量》(NY/T 391—2013)中的规定,但其平均值均显著高于太原市土壤背景值。②单项污染指数值由大到小顺序为Hg(2.36)>Pb(1.76)>Cd(1.57)>Cr(1.19)>As(1.12)。其中,Hg、Pb和Cd主要受工业生产、污水灌溉、燃煤、农药化肥施用和交通运输等人为因素的影响,As和Cr主要受成土母质和农业活动的影响。③太原市农田土壤内梅罗综合指数为2.14,呈中度污染。7个县区农田土壤内梅罗综合指数由大到小依次是晋源区(4.17)>小店区(2.98)>尖草坪区(2.13)>清徐县(2.07)>阳曲县(1.71)>娄烦县(1.67)>古交市(1.57)。重金属空间分布图可以直观看出土壤重金属空间分布和污染情况,在工业发达和人口密集的城郊晋源区、小店区、尖草坪区和清徐县,农田土壤为重度污染和中度污染,远离太原市市区的阳曲县、古交市和娄烦县农田土壤为轻度污染。【结论】太原市农田土壤总体呈中度污染,Hg和Pb单项污染指数最高,重金属污染较严重的区域集中在太原市城郊晋源区、小店区、尖草坪区和清徐县,今后工作中应加强对太原市城郊污染较重区域农田土壤重金属重点监测,尤其是Hg和Pb,以确保土壤健康和可持续利用。     

新疆于田县绿洲区土壤重金属空间分布特征与影响因素

以新疆于田县绿洲区为研究区,对1 165组表层土壤样品的重金属元素含量进行测定。通过综合运用多元统计分析、地统计学、空间自相关理论、空间分析和GIS技术相结合的方法,对研究区土壤重金属含量和空间分布特征及影响因素进行分析。结果表明:1 165组土壤采样点中,有3个取样点超过风险筛选值,非农用地土壤重金属元素含量均值均低于新疆土壤背景值,农用地中Cd、Hg、Cr含量均值大于新疆土壤背景值; Cd、Pb的变异函数理论模型为指数模型,Hg、As、Cr、Cu、Ni、Zn的变异函数理论模型为球状模型,Cd块金系数小于25%,说明Cd有较强的空间相关性,其他元素块金系数介于25%～50%之间,有明显的空间相关性;土壤重金属空间自相关莫兰指数均大于0。县域尺度内,土壤重金属具有一定的空间正相关分布,其空间分布格局总体呈从研究区中心向四周含量逐渐减小的趋势。土壤重金属元素含量在不同成土母质、土壤类型和土地利用类型下呈现的分布特征不同。Hg、As、Pb、Cr、Cu、Ni、Zn具有相同的来源,其含量还受土壤质地的影响。     

冻融过程对FDR测量土壤体积含水量的影响

为研究冻融过程对FDR测量土壤体积含水量的影响,采用基于FDR技术的土壤水分传感器TDR-3,通过室内温度实验箱控制环境温度范围为-20～20 ℃,对冻融过程中黏性土样体积含水量进行了测试分析．结果表明:采用FDR测量黏性土样体积含水量,在土样未进行冻融前,温度在0 ℃以上时,FDR的测量值随温度呈线性变化,随着温度的升高而增大,随着温度的降低而减小;黏性土样冻融过程中,在冻结过程中,FDR的测量值随着温度的降低逐渐减小;在融化过程中,随着温度的升高,FDR的测量值逐渐增大;相同温度条件下,黏性土冻结过程中FDR的测量值明显大于黏性土融化过程中FDR的测量值,0℃时两者差值最大,该差值受土壤初始体积含水量和冻融温度的影响．研究成果对于提高FDR测量冻融过程中土壤体积含水量的可靠性具有重要意义．     

季节性冻融期耕作层土壤温度及土壤冻融特性的试验研究

对季节性冻融期3种地表条件下耕作层土壤温度的变化规律和土壤冻融特性进行了分析研究。结果表明,季节性冻融期不同地表条件下耕作层土壤温度的变化幅度随着土壤深度的增加而减小;地膜覆盖下土壤温度较裸地高1.6~2.6℃,玉米秸秆覆盖下较裸地高1.0~2.8℃;裸地地温与气温的变化趋势一致,二者关系可用二次多项式回归方程表示。土壤自然冻结条件下地表负积温较大,最大冻结速率达2.8 cm/d;地膜覆盖地块土壤初始冻结滞后裸地约30天,土壤冻结快消融过程短,最大冻结速率4.0 cm/d,土壤完全解冻提前裸地14天;玉米秸秆覆盖地块整个冻融过程缓慢且滞后裸地和覆膜地,土壤完全解冻滞后裸地7天。研究成果对冬春作物播种及预防冻害具有现实意义。     

不同覆盖条件对土壤水分蒸发的影响

通过对景泰县兰州理工大学大规模荒漠改良工化试验基地土壤在不同覆盖条件下的水分蒸发量进行了对比试验研究。试验结果表明:土壤表面增加覆盖物可以有效的降低土壤蒸发;随覆盖物厚度的增加,土壤水分蒸发量逐渐降低;1、3、57、cm麦秸覆盖条件下土壤水分蒸发量比纯土分别降低20.9%、51.5%、67.5%、74.5%;1、3、5、7cm沙石覆盖条件下土壤水分蒸发量分别比纯土降低25.9%、48.9%、60.6%、70.8%;同时,连续17天测定结果表明,相同厚度情况下,麦秸覆盖下土壤蒸发量明显小于砂石覆盖的土壤水分蒸发量,5 cm厚覆盖物时,砂石是纯土的60.6%,麦秸是纯土的67.5%。试验表明同一时间段内不同覆盖条件下的土壤水分蒸发差异明显。     

不同积雪覆盖条件下冻融土壤水分运动规律研究

积雪覆盖作为中国北方高寒黑土区土壤冻融期最普遍的上边界条件,直接影响土壤水分分布、迁移过程及土壤温度、冻结深度、冻结速率等。通过野外试验,对哈尔滨地区的季节性冻融黑土在裸地、自然积雪、压实积雪、加厚积雪4种不同覆盖条件下的土壤水分迁移规律进行动态观测。从时间、空间角度分析土壤含水率变化,结果表明:积雪厚度和密度都可以很大程度上影响积雪对土壤的保护作用,在仅考虑积雪自身沉降造成密度增大的情况下,积雪厚度越大保护效果越好,土壤含水率对气温变化的响应及土壤解冻时间依次延后,延后程度随土壤深度增加而增大;当人为改变积雪密度时,相较于单纯增加积雪厚度,密度大的积雪可以更好地保护土壤,使气温对土壤的直接影响更小。当遇到冬季降雪量较小的情况时,可以考虑采用人为压实积雪的方法,加强对土壤的保护作用。     

基于回归等值线法的不同下垫面红壤水分时空变化规律研究

基于回归等值线法对百喜草覆盖、百喜草敷盖和对照处理的红壤水分时空变化进行了比较分析。结果显示,从年初到年终,随时间的推移,各处理各层土壤含水量均表现出"先减小,后增大"的趋势。在测定深度内,随土层深度增加,各处理各层土壤含水量却表现出"先增大,后减小"的趋势。百喜草覆盖处理,特别是上中层土壤含水量,随时间变化较大,与气候和百喜草生长密切相关,但随深度变化,层间土壤含水量变化较慢;百喜草敷盖和对照处理,土壤含水量受土层深度因素影响更明显。对于百喜草敷盖处理,随深度变化,层间土壤含水量变化较慢,但对于对照处理,随深度变化,层间土壤含水量变化较大。     

基于地统计学的土壤重金属分布与污染风险评价

在野外调查取样和室内分析获得大量土壤重金属含量数据和空间数据的基础上,利用经典统计学和普通克里格法(OK)对采样区域土壤重金属含量的空间变异性进行了分析,并利用指示克里格法(IK)和多变量指示克里格法(MVIK)绘制了各项重金属元素污染风险和土壤污染综合风险概率图。结果表明:岩溶地貌区土壤重金属As、Cd、Cr、Cu、Pb、Hg、Ni和Zn的含量显著高于非岩溶地貌区,各项重金属元素之间具有显著的相关性,说明它们存在很大的同源性和复合关系;受岩性、成土母质等内在因素的影响,各项重金属元素(除Cu元素外)都具有强烈的空间变异性,重金属元素含量高值主要分布在东南部和北部的岩溶地貌区,低值主要分布在西南部的非岩溶地貌区;采样区域存在As、Cd、Cu、Hg、Ni和Zn等重金属污染风险,其风险概率分别为0.326、0.805、0.185、0.192、0.267和0.270,土壤重金属污染综合风险概率为0.335。     

典型干旱区土壤盐分空间异质性的步长大小优化选择

采用不同步长研究典型干旱区土壤盐分空间变异的半方差函数参数,并对比精度进行优化选择,进而研究其空间异质性。对研究区域进行移动式磁感调查,获取大地表观电导率信息,经校正解译成土壤盐分信息,拟合不同步长下最优半方差函数,对比误差参数优选最优步长。研究结果表明,地统计插值拟合半方差函数以15m为最佳步长,具有高拟合精度;对土壤盐分空间异质性预测精度较高。     

妫水河流域土壤斥水性分布与影响因素研究

为了研究我国北方土石山区流域土壤斥水性影响因素及其分布规律,以妫水河流域为例开展了野外调查和室内研究。对流域内9种植被类型共385个土壤样本的滴水穿透时间(Water drop penetration time,WDPT)与土壤有机质含量、p H值、质量分形维数、土壤颗粒比表面积进行统计分析。研究表明:WDPT由大到小依次为有林地、灌木林、疏林地、果园、高覆盖度草地、旱地、中覆盖度草地、低覆盖度草地、滩地。有林地和灌木林为强烈斥水性,疏林地和果园为轻微斥水性,高覆盖度草地无斥水性,旱地、中覆盖度草地、低覆盖度草地和滩地为亲水性;土壤斥水性在流域的空间分布上表现为西北部、东北部和东南部山区斥水性较大,中部盆地斥水性较小;在垂向分布上表现为表层最大、中层次之、深层最小;WDPT与土壤有机质含量呈正相关性,与p H值、质量分形维数、土壤颗粒比表面积呈负相关性;土壤p H值和有机质含量是斥水性的主要影响因素,质量分形维数、土壤颗粒比表面积是次要因素。     

灌溉水利用效率的空间分布特征及等值线图研究

基于全国各行政区的现状灌溉水利用效率数据,采用地质统计学及空间自相关分析方法对灌溉水利用效率的空间分布特性进行分析。结果表明:空间自相关法得到现状灌溉水利用效率在1500 km范围内各方向上存在着较明显的自相关关系,总体上没有较显著的方向性,但在ES-WN方向上的自相关性起主要作用。灌溉水利用效率各向同性条件下变异函数可用指数模型描述,在1900 km空间范围内存在着显著的相关性,除ES-WN方向外,并未体现明显的各向异性,与空间自相关分析结论基本一致。理论变异参数的分析结果表明,灌溉水利用效率的空间变异主要是结构性因素起决定作用,结构性变异达到91%左右。对比灌溉水利用效率及代表影响指标的空间分布格局可知,ET0均值、年均降水量对于灌溉水利用效率的影响是间接的,灌溉水利用效率与节水灌溉工程面积比存在显著正相关关系。     

喷灌大田土壤水分不同空间插值方法对比分析

利用冬小麦大田喷灌土壤水分测定数据,对大田喷灌的土壤水分进行了统计分析,揭示了土壤水分属于中等变异,且土壤水分不属于正态分布。然后分别使用克里格法、反距离加权法、径向基函数法和多项式回归法对大田喷灌低水分处理的土壤水分进行插值分析,结果表明克里格插值方法优于径向基函数法,径向基函数法优于反距离加权法,反距离加权法优于多项式回归法。最后利用高水分处理的土壤水分数据进行验证,得出此结论成立,并绘制了高、低水分处理的等值线图。     

秸秆覆盖条件下滨海盐渍土水盐分布及蒸发特征

为了揭示秸秆覆盖滨海盐渍土水盐调控机理,通过室内模拟实验研究了不同秸秆覆盖量(0、0.3、0.6、0.9和1.2 kg/m2分别由CK、秸秆A、秸秆B、秸秆C和秸秆D表示)对土壤水盐运移和蒸发强度的影响.结果表明,秸秆覆盖可有效提高表层及土壤剖面含水率,且增墒效果随秸秆覆盖量的增加而增加:试验期间秸秆A、秸秆B、秸秆C...     

豫北砂质壤土地区不同尺度农田土壤含水率空间变异性研究

【目的】揭示豫北地区农田0～1 m土层土壤含水率空间分布与变异状况。【方法】在中国农业科学院新乡综合试验基地玉米田选取一个50 m×50 m的区域,然后在其内部选取10 m×10 m、2 m×2 m的区域,共形成3种采样尺度,分别标记为L、M、S尺度,并于2016年8月和9月,在各尺度内分别等间距选取36个取样点。基于地统计学理论,对0～1 m土层土壤平均含水率进行分析。【结果】各尺度土壤含水率正态分布置信水平高于对数正态分布,尺度越大,土壤含水率分布属于正态分布置信水平越低;对于土壤含水率均值,L尺度与M尺度差异较大,M尺度与S尺度差异较小;总体上,土壤含水率的置信区间、标准差以及变异系数均随尺度的减小而减小;L尺度内变异函数值总体上随着滞后距的增大而增大,而M尺度和S尺度变异函数值没有明显的变化趋势,相对比较稳定;总体上相同置信水平与估算精度条件下,估算样本均值所需的样本数量随尺度的减小而减小;与置信水平相比,估算精度对合理取样数量的影响大。【结论】不同尺度土壤含水率的概率分布与大部分统计特征值均会随着尺度的变化而产生有规律的变化,尺度越大,土壤含水率分布越偏离正态分布,其空间变异性也越强。