阿瓦提丰收灌区零通量面的形成变化规律研究

以新疆阿瓦提县丰收灌区为例，通过负压计、地下水埋深监测，研究了在干旱内陆河灌区地面灌溉条件下零通量面形成变化规律和田间水的运动转化过程。分析结果表明：灌溉季节开始前，在地表下100cm处形成稳定、单一的发散型零通量面（ZFP）；冬灌后，在同样土层深度形成单一的聚合型ZFP。灌溉季节，头水和第2水期间，最终在地表下100cm处形成稳定的单一发散型ZFP。第3水至第5水期间，灌水后早期有多个ZFP，晚期ZFP消失，土壤水和地下水的运动表现为地下水补给土壤水的全蒸发型运动状态。     

天山北坡平原区零通量面形成发育规律研究

依据新疆地矿局昌吉地下水均衡试验场1998～2000年不同水位埋深粘土试筒(2．0m^2或4．0m^2)内负压计监测资料，得出天山北坡平原区粘土包气带零通量面仅在潜水位埋深≥6m的条件下稳定存在的结论。     

模拟增温条件下翻耕免耕农田土壤CH4通量响应

为研究未来气候变暖下我国华北翻耕、免耕农田CH4通量响应,评估该地农田碳汇/源情况,使用远红外辐射增温仪模拟气候变暖,设计翻耕增温(CTW)、翻耕不增温(CTN)、免耕增温(NTW)、免耕不增温(NTN)4个处理。研究表明,2013—2015年小麦-玉米季,增温分别显著提高翻耕、免耕农田10 cm土壤温度1.5℃和1.4℃(P0.05);但对两种耕作农田土壤水分的影响并不显著(P0.05)。各处理土壤CH4通量无明显季节变化,但累积CH4吸收具有显著年际差异。2013—2014年小麦季,CTW和NTW相比CTN和NTN处理,累积CH4吸收分别显著增加35.8%和108.8%(P0.01);但在2014—2015年,CTW处理显著降低17.7%(P0.05)。两年玉米季,处理间累积CH4吸收无显著差异(P0.05)。各处理土壤微生物生物量碳(MBC)含量与CH4存在显著正相关关系。未来气候变暖条件下,翻耕农田MBC含量减小将可能减缓华北农田CH4吸收。     

模拟增温对华北农田土壤碳排放的影响

为研究增温效应下农田温室气体排放的变化和机制,选择华北平原的山东禹城农田生态系统国家野外科学观测研究站当地典型的冬小麦-夏玉米农田为研究对象,设计翻耕增温(CTW)处理和翻耕不增温(CTN)对照开展多年增温试验。2014年10月出苗期至2015年12月冬小麦越冬期持续增温,2016年初至2016年9月增温设备因故障关闭。结果显示,2014—2015年,冬小麦期土壤温度显著增加1.31℃(P<0.05),夏玉米期土壤温度升高0.71℃(P>0.05),而全年土壤体积含水量均值对增温无显著响应,仅越冬期土壤含水量增加明显。两年期内,增温抑制冬小麦季CO2累积排放达20.35%,以3月和5月差异表现最为明显。2014—2016年冬小麦季,CTW、CTN处理的年均CH4累积吸收量分别为1641.2、2185.7 g·hm^-2,增温抑制冬小麦季CH4吸收,但对夏玉米季CH4通量无显著作用。冬小麦季增温降低CTW处理土壤微生物生物量碳值达26.55%,而微生物生物量氮仅个别施肥和灌溉月份对增温响应显著。两年期冬小麦和夏玉米季CTW、CTN地上生物量均值分别为12.19、16.33 mg·hm^-2和16.41、21.18 mg·hm^-2,表明增温降低了地上作物生物量。研究表明,长期增温显著抑制小麦季土壤CO2释放和CH4吸收,但玉米期碳排放和吸收的响应相对较弱。增温条件下,土壤水热条件和生物量依然是限制土壤碳通量的重要因素。     

冷型小麦灌浆期农田土壤热通量的分析

根据农田土壤温度资料 ,分析了冷型小麦陕 2 2 9和对照品种 9430的土壤温度 ,用热平衡台站规范方法计算了土壤热通量。结果表明 ,在灌浆期冷型小麦陕 2 2 9比 9430品种 0～ 0 .2 0 m土温偏低 0 .2～ 3.5℃ (8:0 0和 2 0 :0 0地面温度除外 ) ,偏低值以午后最大 ,地面达 2 .5～ 3.5℃ ,地下 0 .0 5 ,0 .10 ,0 .15和 0 .2 0 m分别达 1.5～2 .2 ,0 .9～ 1.6 ,0 .7～ 1.5和 0 .6～ 1.5℃。通过地面的土壤热通量陕 2 2 9比 9430偏低 10 .80～ 13.2 4J/ (m2· s) ,0～0 .2 0 m土层的热含量偏低 11.0 2～ 13.6 7J/ (m2· s) ,即冷型小麦的 0～ 0 .2 0 m土壤环境具有偏冷的特征     

模拟增温对高寒地区农田土壤呼吸日动态特征的影响

【目的】研究高原高寒农田生态系统土壤呼吸的温度、体积含水量响应特征,为科学评估西藏农田生态系统土壤碳周转和全球气候变暖背景下研究青藏高原高寒农田生态系统土壤呼吸提供理论支持。【方法】以西藏农牧学院试验农场幼苗期青稞农田为研究对象,设置增温（2.0±0.5） ℃和对照两个处理,采用LI-8100土壤呼吸监测系统,于2017年5月6日、5月8日-5月13日对农田土壤呼吸速率进行实时监测,分析土壤温度和土壤体积含水量对幼苗期青稞农田昼、夜间土壤呼吸速率特征动态变化的影响以及土壤呼吸作用对增温的响应特征。【结果】（1）增-温处理和对照的土壤温度、体积含水量及土壤呼吸速率均表现为单峰型日变化特征。就土壤温度而言,增温处理最高值出现在12:00-14:00,对照最高值出现在14:00-16:00;两者最低值均出现在00:00-07:00。就土壤体积含水量而言,增温处理和对照日最大值均出现在02:00-09:00;最小值出现时间存在差异,增温处理出现在14:00-17:00,对照出现在14:00-19:00。增温处理和对照的土壤呼吸速率日峰值分别出现在14:00-16:00和15:00-17:00;最小值均出现在07:00-09:00。（2）17:00-07:00两个处理土壤呼吸速率与土壤温度、体积含水量呈极显著线性关系,08:00-16:00两个处理速率变化滞后效应表现不同。（3）通过双变量回归模型拟合土壤呼吸与温度、体积含水量的复合关系可知,土壤温度、体积含水量的协同影响更能反映实际情况。【结论】增温能在短期内显著改变土壤水热条件,促进有机碳分解,加大土壤CO₂排放速率。     

长白山阔叶红松林土壤CO2释放通量

利用静态箱/气相色谱法对长白山阔叶红松林林下土壤CO2释放通量进行了测定.结果表明:土壤CO2通量年变化具有明显的季节差异,在一年中温度最高的7～8月份,土壤CO2释放通量值最大,可达770.29mg·m-2·h-1,而在最冷的1～2月份土壤CO2释放通量最小,其通量仅为33.23 mg·m-2·h-1.土壤CO2通量的变化与大气、土壤表层、地下5 cm处温度的变化呈明显的正相关关系:CO2释放通量随温度的升高呈指数函数上升;地下5 cm处温度与土壤CO2通量的相关性最显著(R=0.80,P＜0.001,n=61);CO2释放通量与土壤含水量之间也存在着正相关关系,但显著性不高.     

农田土壤水分测定与模拟研究进展

土壤水分不仅是农业生产中影响产量的重要调控因子,而且还影响环境污染物质的迁移和土壤的持续利用。本文对土壤水分各测定方法的优缺点进行了评述。提高土壤水分监测传感器精确性和观测数据自动采集、区域土壤水分的遥感监测是当前和未来的主要发展方向。对国内外应用较多的土壤水分模型做了概括和总结,其模拟方法主要以土壤水动力学方法、土壤水分平衡方法为主,随机模型受到关注。本文还对土壤水分的未来研究进行了展望。     

农田土壤含水量监测方法研究

介绍了土壤含水量2种监测方法的对比试验,结果表明,新型的时域反射仪（TDR）法在监测土壤含水量精度上符合要求,可以替代传统的称重法并进一步推广应用,为实现土壤监测数据信息的实时快捷和准确传输提供了重要的技术支持。     

基于FLUENT土壤养分渗流扩散的数值模拟研究

通过模拟降雨装置试验测定了土壤的渗透系数,并借助CFD-PDE耦合,采用离散元软件FLUENT的流体模拟功能研究了磷酸二氢钾溶液在土壤渗流过程中渗流速度和有效扩散系数随土层深度的变化规律。结果表明:在不同水头下渗透系数的变化基本上都呈下降趋势,供试土壤的渗透率随土层深度的增加而降低;磷酸二氢钾溶液在中心点以下0.02 m处的渗流扩散能力最强,且随着土层深度加深和到中心点距离的增加呈辐散性减弱。     

基于FLUENT土壤养分渗流扩散的数值模拟研究

通过模拟降雨装置试验测定了土壤的渗透系数,并借助CFD-PDE耦合,采用离散元软件FLUENT的流体模拟功能研究了磷酸二氢钾溶液在土壤渗流过程中渗流速度和有效扩散系数随土层深度的变化规律.结果表明:在不同水头下渗透系数的变化基本上都呈下降趋势,供试土壤的渗透率随土层深度的增加而降低;磷酸二氢钾溶液在中心点以下0.02 m处的渗流扩散能力最强,且随着土层深度加深和到中心点距离的增加呈辐散性减弱.     

非饱和土壤溶质运移数值模拟的初步研究

应用有限差分法对非饱和土壤中一维溶质运移模型数值求解，模拟了土壤水分运动和溶质运移的动态过程。以实测数据验证了模拟结果的合理性与有效性。为保护数值模拟正确进行，给出确定散步长ｄｘ和ｄｔ的三个准则。     

长江口盐通量估算的数值模拟研究

基于三维数值模式ECOM,建立了长江口以及近岸海域的水动力耦合盐度数值模式。该模式考虑了移动潮滩边界和深水航道等地形特点。计算结果与实测值比较符合良好,较好地放映了长江口区域盐度场的时空分布特点。模式模拟长江口盐水入侵的三维特征,表层盐度较低而底层盐度较高。利用此模式计算了2003年2月枯季大、小潮时期,在长江口代表性的断面处2个连续潮周期内的盐通量情况。2月1-2日大潮期间北支SEC01、SEC02断面分别为3333600t、957600t,崇头SEC03、SEC04断面分别为-270000t、-71640t,南支SEC05、SEC06断面分别为1364400t、1512000t;2月7-8日小潮期间北支SEC01、SEC02断面分别为205200t、82800t,崇头SEC03、SEC04断面分别为-36360t、-12960t,南支SEC05、SEC06断面分别为309600t、28800t。计算结果显示长江口枯季大、小潮期间盐量变化明显,枯季大潮时期外海向长江口区域输送了巨量的盐分,盐水直接入侵十分明显。此计算结果可为以后在长江口建立相应的挡咸蓄淡工程方案提供重要的科学依据。     

基于Maxwell-Stefan扩散模型的土壤碳通量计算方法研究

目前土壤碳通量的监测方法存在一定的缺点,导致无法长时间精确监测。针对这一问题,提出用Maxwell-Stefan扩散模型进行碳通量的计算,并建立开放型气室模型进行仿真研究。根据仿真程序生成的不同高度的浓度时间序列,基于Maxwell-Stefan扩散模型计算二氧化碳通量值,将计算结果与仿真设定值进行对比。其中,设定通量为0.5μmol·m^-2·s^-1时,计算结果为0.547μmol·m^-2·s^-1;设定通量为1.0μmol·m^-2·s^-1时,计算结果为0.969μmol·m^-2·s^-1;设定通量为2.0μmol·m^-2·s^-1时,计算结果为2.122μmol·m^-2·s^-1。运用该算法计算的误差均在10%以内。另外,与Fick扩散模型的计算结果进行对比,在3组实验下,Maxwell-Stefan模型计算所得的通量值都更加接近于...     

氯化苦在表层土壤的挥发运移实验及数值模拟

在土柱通风的挥发运移实验中,当孔隙流速为0.0131cm·s-1时,经2.5d后土壤熏蒸剂氯化苦在表层土的含量由200mg·kg-1降至一半,9d后基本不残留;将气速提高至0.0210cm·s-1后,挥发半衰期缩短为1d,共需5d即可全部挥发。本文通过一维传质模型的数值模拟可以预测挥发效果,在前期和中期与实验结果吻合较好,但在后期产生较大偏差。     

黄土丘陵区刺槐林土壤碳通量模拟研究

【目的】研究黄土丘陵区刺槐林不同土层土壤碳通量,以准确评估该区域土壤碳排放量。【方法】以坡耕地(对照)以及10,20,30和40年生的刺槐(Robinia pseudoacacia)林为研究对象,用气体井法测定CO2浓度,使用Fick扩散法(5种扩散系数模型)计算0~200cm土层土壤剖面碳通量,并用Li-8100腔室法对表层土壤碳通量进行实地监测,最后将黄土丘陵区刺槐林地不同深度土层土壤碳通量的估算结果与实测值进行对比分析。【结果】1)5种扩散系数模型对土壤剖面碳通量的模拟结果有较大差异,其中Penman模型计算结果与实测值差异最大,Moldrup模型计算值与实测值差异最小。2)5种扩散系数模型计算的土壤碳通量均大于实测值,但与实测值均具有显著相关性(P0.05)。3)在黄土丘陵区刺槐林地0~20,80~140,200cm土层估算土壤碳通量的最佳扩散系数模型分别为Moldrup-2000、Moldrup-1997和Millington模型。4)在黄绵土0,20,80,140,200cm土层,土壤CO2扩散系数分别为0.15,0.14,0.20,0.22和0.27,据此计算的各土层土壤碳通量分别为0.72,0.32,0.30,0.24和0.17μmol/(m2·s),可见随着土层深度的增加,土壤碳通量逐渐降低。【结论】黄土丘陵区不同刺槐林地各土层的环境因子有一定差异,所以估算不同深度土壤碳通量的最佳模型有所区别;研究确定的黄土区不同土层碳通量估算模型和气体扩散系数模型中的各种参数,对于准确评估区域土壤碳排放具有重要参考价值。     

农田土壤含水率遥感监测方法的探索

以光学植被盖度为基本原理,依据像元点亮度值和反射率的关系推导基于ASTER数据1、2、3波段反射率的地表土壤水分模型,并将模型实际应用于研究区域,反演研究区土壤水分含量,将反演结果与从美国国家冰雪中心下载的AMSR-E地表土壤水产品进行对比分析,结果表明本次研究模型可以适用于大范围区域土壤水分遥感监测。     

黏土弹塑性变形的数值模拟方法研究

在对黏土土样进行典型土力学实验的基础上,根据岩土材料的弹塑性理论,选取适用于岩土类材料的Drucker-Prager准则和与之相关的流动法则,对土样单轴压缩实验采用有限元软件进行数值模拟。模拟与试验结果比较表明:预测得到的屈服面与试验所得破坏面的方位吻合很好,证明所选的土的弹塑性模型是正确的;笔者提出的从土样试验提取模型参数,并根据土样特征选取相应模型进行数值计算的研究方法是可行的,适用用于土工程屈服失效问题的数值计算。     

林地不同厚度土壤表面呼吸通量的试验

采用室内培养土壤方法,运用LI-8150测定了3次3昼夜不同厚度土壤表面呼吸通量。结果表明,随土壤厚度的增加,各次试验各时间跨度呼吸通量虽呈增加的趋势,但增加的速率相差很大,没有呈现线形增加的趋势。随观测时间的延续,呼吸通量增速最大值由10到20 cm厚度转变到20到30 cm厚度。呼吸通量的增速决定了各层次厚度呼吸通量的贡献率,各厚度呼吸贡献率与呼吸通量增速的大小具有相同的表现形式。     

基于CFD-DEM耦合的土壤渗透性数值分析

基于计算流体动力学与离散元(CFD-DEM)耦合的数值模拟方法,结合土壤入渗试验,进行土壤渗透系数随土层深度变化的研究。试验结果表明,随着入渗过程的持续,3、6、9 cm土柱渗透系数分别由0.008 0、0.011 0、0.007 5 mm/s逐渐降低。在液固耦合模型中,通过计算流体动力学(CFD)设置流体相参数,离散元(DEM)模拟土壤颗粒固体相,得出渗流速率与土层深度的定量变化关系式为y=ax~2+bx+c(y为渗流速率;x为土层深度;a为常数,等于-0.078 86;b为常数,等于-0.008 67;c为常数,等于0.092 96)。通过方差分析对模型拟合的回归性方程进行验证,得到相关系数R~2=0.950 3,校正决定系数R■=0.999 77,都接近于1,表明拟合性好。