一种田间测算土壤导气率的瞬态模型

根据长度等效原理,定义了三维边界条件下难以直接测定的土柱外气体运动范围,从而建立了适用于三维边界条件下土壤导气率瞬态测算模型,并利用三维稳态导气率测算模型对其测定结果进行验证。经杨凌小麦地和烟台苹果园土壤导气率测定试验检验,新模型具有良好的精度,其导气率测算结果与三维稳态模型测算结果之间具有极显著相关性;以三维稳态模型导气率测定结果为标准,新模型与三维稳态模型两者测定结果整体相对误差小,小麦地测定结果80%以上相对误差变化幅度小于15%;苹果园测定结果75%以上相对误差变化幅度小于20%。     

土壤导气率瞬态模型关键参数s简化求解

Li Hailong瞬态导气率模型无需测量通过样品的气体通量,相对传统稳态测量法具有测量时间短、对样品结构破坏小等突出优点,但模型的关键参数s即样品密封端压力动态变化与时间t之间关系计算过程复杂,致使其应用不便.因此,本文在Li Hailong导气率测算模型基础上对参数s计算过程进行了简化,并用稳态法对简化后的模型进行验证.室内对40组土样导气率测量结果表明:简化解s0即Lnp (t)与时间t之间存在Kirkham提出的瞬态模型线性关系;以原模型参数s为标准,简化解s0与参数s相对误差变化幅度小于0.5％,整体相对误差小.     

长武地区土壤导气率及其与导水率的关系

为了寻求快速、直接、耗资低并且可用于评估野外饱和导水率的量级和其空间变异性的方法,利用PL－300土壤导气率测量仪对长武小麦试验田不同含水率、体积质量、土层、取样方向、根系密度下的导气率,以及室内原状土壤样本（248 cm3）在田间持水率情况下的导气率及饱和导水率进行了研究。发现在不同的影响因素下导气率具有一定的变化规律;含水率接近田间持水率时的土壤导气率和饱和导水率之间存在对数线性关系。土壤导气率与饱和导水率的这种预测关系在早期的试验研究中也有所反映。将本试验结果与Loll、Iverson等人的研究成果进行对比论证,验证了通过测量土壤导气率预测田间饱和导水率的方法是可行的。     

煤矸石组分与表土质地对充填重构土壤导气率的影响

研究煤矸石组分及表土质地对煤矸石重构土壤导气率的影响,探讨重构土壤这种差异显著的非均质土壤导气内在机理,为进一步研究复杂的非均质土壤导气特性提供理论基础。通过在煤矸石中掺杂不同粒径碎石来改变其组分,并利用3种不同质地的土壤在土柱内进行土壤剖面重构,采用一维瞬态法测量其导气率。结果表明:(1)不同碎石粒径和质量分数对混合基质饱和含水量影响不同,掺杂2~5mm粒径碎石,随着质量分数的增加,饱和含水量逐渐增加,从7.29%增加到12.9%;掺杂5~10mm粒径碎石,饱和含水量随着质量分数的增加先增加后减少,分别为7.28%,8.5%,6.9%。(2)煤矸石的导气率远大于土壤,并且煤矸石的导气率对水分的敏感度随质量含水量的增加而增加,而土壤的导气率对水分变化的敏感度均随质量含水量的增加而降低。(3)碎石的存在为大孔隙的产生创造条件的同时也会减少了土壤通气断面,阻隔空气传输的通道。(4)重构土壤导气率受表土质地和底部填充介质的共同影响,覆土土壤导气率决定了重构土壤的导气率大小,而充填基质导气率决定了充填介质对重构土壤导气率影响的系数(Ska)。Ska与充填介质导气率呈显著相关,可以通过指数函数进行拟合(R2=0.93)。通过充填介质及覆土土壤的导气率可以对重构土壤导气率进行估算,简化了重构土壤导气率的测定过程。     

基于土壤导气率的燥红土孔隙结构及弯曲连通性研究

土壤气体传输高度依赖土壤孔隙结构,导气率的获取简单、快速、高效,且对土壤结构破坏小,利用PL-300土壤空气传导性测量系统分别对不同含水率、不同容重条件下的原状土与扰动土进行导气率测量,展开针对土壤孔隙结构与弯曲连通性的讨论。结果表明:(1)原状土样本孔隙弯曲连通性随气相饱和度增加而增加的程度较扰动土样本显著,两者相对导气率与饱和度的关系曲线变化走势差异不大,表明即便饱和度一样的条件下,孔隙弯曲连通程度仍然不同;(2)原状土导气率依赖于大孔隙的存在,扰动土导气率不仅依赖于孔隙连通的程度,还取决于孔隙弯曲程度。基于土壤导气率对土壤孔隙结构及弯曲连通性的讨论,在建立气体传输模型时应考虑孔隙尺寸分布对导气率的影响,就原状土与扰动土不同的弯曲连通系数加以区分与讨论,为进一步揭示土壤气体传输的内在机制提供参考。     

原状土与扰动土导气率、导水率与含水率的关系

为分析土壤导气特性与土壤导水特性间的关系,该文通过研究陕西杨凌小麦试验田士样导水率和导气率随含水率的变化特征,比较原状土与扰动土导气和导水特征,分析相对导水率和相对导气率与饱和度的关系,结果发现导水率随含水率的增加而减小,且无论导水率还是导气率原状土都比扰动土大,证实土壤结构及孔隙特征对水和气的传输有巨大的影响,扰动土和原状土变化趋势虽然基本相同,但曲线不重合,说明扰动土和原状土的孔隙连接性和弯曲程度不尽相同.     

土石混合介质导气率变化特征试验

土壤中碎石的存在改变了土壤结构和孔隙分布,进而影响土壤通气性能。该文通过对碎石单粒径土石混合介质导气率变化特征研究,旨在探讨单粒径土石混合介质导气内在机理,为进一步研究复杂的野外土石混合介质的导气特性提供基础。为了研究土石混合介质中碎石对导气率的影响,该文通过试验研究,分析土壤颗粒小于2mm的样本(砂土、砂壤土、黏壤土)、碎石质量分数(10%、20%、30%、40%、50%)和碎石粒径(2～3、>3～5mm)对土石混合介质导气率的影响。结果表明:在土壤颗粒小于2mm的样本条件下,土壤导气率呈砂土>砂壤土>黏壤土;在相同碎石质量分数的土石混合介质中导气率呈砂壤土>砂土>黏壤土;碎石的存在改善黏壤土的导气性能,使黏壤土碎石混合介质的导气率大于黏壤土的导气率;降低了砂壤土和砂土的导气性能,且砂土的降低幅度远大于砂壤土;在砂壤土中碎石粒径2～3mm的导气率大于>3～5mm的导气率;在砂土中碎石质量分数30%之内,碎石粒径>3～5mm的导气率稍大于2～3mm的导气率,在40%则相反,但两种粒径下混合介质导气率差异不是很明显。     

土壤导热率测定及其计算模型的对比分析

土壤导热率是重要的热参数之一,为了获得预测导热率的准确方法,该文对比分析了确定土壤导热率的热脉冲直接测定法和模型间接推求法。根据热脉冲原理在相同体积质量下,测定了不同质地和含水率土壤的导热率值。结果表明在相同含水率条件下,砂粒含量越高,土壤的导热率越大,土壤导热能力越强。利用Horton经验公式对实测值进行了拟合,结果显示Horton经验模型基本可以反映土壤导热率变化特征,并得到了Horton公式经验系数。利用实测值与Campbell模型计算值进行了比较,结果显示Campbell模型计算结果偏差较大,并对其进行了修正。并且用实测值与Johansen模型及其2种改进模型(Coté-Konrad模型和Lu-Ren模型)的计算值进行了对比分析,结果表明Johansen模型计算结果与实测值偏差较大,2种改进型模型的计算结果与实测值更接近。该研究表明土壤导热率可以利用土壤质地、含水率、孔隙度和体积质量进行计算,3种理论模型的计算值与实测值的相关系数均值分别为:0.643、0.937、0.943,推荐使用Coté-Konrad模型和Lu-Ren模型计算土壤导热率,Lu-Ren模型比Coté-Konrad模型的适用范围更广。     

基于土壤物理基本参数的土壤导热率模型

土壤物理基本参数是影响土壤导热率的重要因素,为了获取土壤的颗粒组成、有机质含量与土壤导热率计算模型中参数之间的关系,该文分析了陕西省9个地区的土壤质地对土壤导热率的影响,对不同土壤导热率估算模型的准确性进行评价,并在C?té-Konrad模型和Lu-Ren模型的基础上,建立了基于土壤物理基本参数的改进模型,结果表明:改进的C?té-Konrad模型与改进的Lu-Ren模型可以用来拟合不同质地的土壤导热率,且具有较好的拟合精度,决定系数R2均在0.92以上,相对误差(relative error,Re)均低于9.6%;对于砂粒含量或粉粒含量较高的土壤导热率,改进的C?té-Konrad模型模拟结果的均方根误差(root-mean-square error,RMSE)≤0.1183、R2≥0.9259以及Re≤9.55%,均优于C?té-Konrad模型、Lu-Ren模型和改进Lu-Ren模型;对于砂粒和粉粒含量均较低的土壤导热率,改进Lu-Ren模型模拟结果的RMSE≤0.0815、R2≥0.9326,Re≤8.21%,均明显优于其他3种模型。两种改进的模型分别建立了模型参数与颗粒组成、有机质含量之间的关系,能够更加详细描述土壤物理基本参数与导热率之间的关系,并且针对不同的土壤质地,选取合适的改进模型能够更加准确地计算土壤导热率。     

土壤盐分对土壤水分扩散率的影响

土壤水分扩散率是土壤水盐运动的重要参数之一。利用水平土柱吸渗法对不同含盐量土壤的水分扩散率与含水量之间的关系进行了测定,并建立了土壤水分扩散率、土壤含水量与Boltzmann参数间的定量关系。结果表明,不同含盐量土壤之间的水分扩散率存在明显差异,表现在相同土壤含水量情况下,土壤水分扩散率随土壤含盐量的增大而增大;土壤水分扩散率随土壤含水量增大而单调增大,且当含水量接近饱和时,土壤水分扩散率接近无穷,通过建立含水量与土壤水分扩散率的经验函数关系能较好地反映了土壤含水率与土壤水分扩散率间的关系。     

Sensitivity analysis of soil hydrologic parameters for two crop growth simulation models

Soil characteristics are some of the most important inputs in crop simulation models like CERES-Maize and MACROS models under field conditions. A sensitivity analysis of these models was carried out for 1995 and 1996 by incorporating changes (+2, +4, +6, −2, −4, and −6%) of the measured values of three basic soil input parameters: wilting point (WP), saturated soil water content (FS) and field capacity (FC). For this purpose, eight soil profile layers were chosen for CERES-Maize and three for the MACROS model. The MACROS model was found to have a higher degree of sensitivity to changes in the relevant soil parameters than the CERES-Maize model, especially for WP. For the MACROS model, an earlier end of the growing period (75 days) for maize at the +6% level for WP was simulated in 1995 as against 152 days for the CERES-Maize model. The yield in 1995 due to 6% increase in WP resulted in a decrease of about 35% yield when CERES-Maize model was used. In 1996 the increase in WP by 6% resulted in decrease of yield by 22.5 and by 0.9% for MACROS and CERES-Maize models, respectively. When WP was decreased by 6% then the yield was found to increase by about 20.4 and 12.0% for MACROS and CERES-Maize models, respectively in 1995. In 1996 the same alteration of WP caused the yield to increase by about 5.7 and 0.7% for MACROS and CERES-Maize models. Alteration of the model's remaining parameters showed a negligible influence on yields for both the models.     

The effect of micro-heterogeneity and capillary number on capillary pressure and relative permeability curves of soils

The determination of the two-phase flow coefficients (such as the capillary pressure, P_c, and relative permeabilities, k_rw, k_ro) is of a key importance to model the two-phase flow processes taking place during contaminant transport in subsurface. In the present work, transient immiscible displacement experiments are performed at various flow rates on long disturbed soil columns. The capillary pressure-saturation-relative permeability relationships of soils characterized by narrow and broad grain size distributions are estimated with inverse modeling from rate-controlled displacement experiments and are correlated with the grain size variability and ratio of viscous to capillary forces (capillary number). A soil core holder assembled with electrodes is constructed to monitor the axial distribution of water saturation. A new technique is developed to determine the water saturation averaged over successive segments of the soil column by measuring the transient responses of the electrical resistance between vertical ring electrodes. The transient responses of the average oil (water) saturation in five segments along with the total pressure drop across the soil column are introduced into an inverse modeling numerical solver of the macroscopic two-phase flow equations to estimate simultaneously the capillary pressure and relative permeability curves under dynamic conditions. The water and oil relative permeabilities increase drastically with the capillary number, while the capillary pressure curve of soils with broad grain (pore) size distribution is wider than that of soils with narrow grain (pore) size distribution. For soils with high variability of grain sizes, the irreducible wetting phase saturation is higher, the relative permeability curves are sharper and the end oil relative permeability is higher compared to soils with low variability of grain sizes.     

氧气/空气源低温等离子体发生器的性能对比分析

为对比不同气源的介质阻挡放电型低温等离子体发生器的性能参数,分别以氧气和空气为气源,对发生器进行了静态对比试验,研究了放电电极面积、放电电压峰峰值、气体体积流量对放电功率、单周期电荷传输量、O_3浓度、O_3产量和O_3产率的影响。结果表明,当放电电极面积增大时,放电功率和单周期电荷传输量均线性增大,但空气源对应的放电功率和单周期电荷传输量及其增长速率较低;此时,氧气和空气源的O_3浓度整体呈上升趋势而O_3产率则呈下降趋势。当放电电压峰峰值增大时,氧气和空气源的放电功率和单周期电荷传输量均显著增大,且后期增大速率加快;O_3浓度均先升后降而O_3产率则逐渐减小,高浓度和高产率不可兼得。不同放电频率下,氧气源的最大臭氧浓度大于55 mg/L,空气源的最大臭氧质量浓度在4~8 mg/L之间。当气体体积流量增大时,氧气源的放电功率和单周期电荷传输量均先上升后趋于平缓,而空气源的放电功率和单周期电荷传输量则逐渐增大;氧气源的O_3浓度下降,O_3产量上升直至平缓,而空气源的O_3浓度则先增后减,O_3产量逐渐上升但上升速率放缓;氧气源和空气源的O_3产率均随气体体积流量的增大而缓慢上升。以氧气为气源时,气体体积流量不宜超过10 L/min;以空气为气源时,气体体积流量可选取为9 L/min左右。研究结果可为低温等离子体喷射系统优化及柴油机颗粒物捕集器的再生研究提供参考。     

土壤透水状况对水稻根系生长与氮素利用的影响

以"II优7954"为材料,盘栽比较了不同透水性土壤(常规淹水无渗漏、渗漏10mm/d、20mm/d、40mm/d和无水层无渗漏)对水稻根系生长与N素利用的影响,结果表明:水稻植株根系生长与土壤透水性关系较大,适当的土壤水分渗透能促进根系生长,提高N素利用。土壤透水量10mm/d有利于水稻早期根系生长,提高根总量和深层根比例,开花期白根比高,N肥吸收利用率达77.05%,远高于常规淹水无渗漏对照,对水稻产量也有促进作用。土壤透水量超过20mm/d时不利于产量提高及后期水稻根系和植株地上部的生长。适当土壤透水能提高籽粒千粒重,但渗漏率超过20mm/d则千粒重有下降趋势。