土壤溶质运移的色谱塔板理论模型

土壤溶质运移模型是研究土壤中农用化学物质迁移的一种重要手段.由于一维土壤溶质运移在基本机制和形式上与化学色谱分析有相似性,将化学色谱理论应用于土壤溶质运移研究,得到了土壤溶质运移的色谱塔板理论模型,该模型的解析解与常用对流弥散方程的解具有相似的结果.同时,土柱试验表明,色谱模型的模拟结果与试验结果基本一致,仅部分时段模拟结果稍低于试验值,这可能由于色谱塔板模型尚未考虑水动力弥散作用和其中采用一阶近似有关.说明色谱塔板理论可用于土壤溶质运移研究,为认识土壤溶质运移提供了一种新的方法.     

考虑吸附和降解时溶质在土壤中运移的对流-弥散模型及其准解析解

【目的】了解吸附性溶质在土壤中的运移规律,为土壤溶质运移机理研究和应用提供理论支持。【方法】利用溶质运移的对流-弥散理论、Laplace变换、超几何方程和特征有限元法,对溶质在土壤中的运移规律进行理论研究和数值模拟。【结果】给出了稳定流条件下,考虑随深度变化的一阶降解和随深度变化的线性平衡吸附时,一维溶质运移的对流-弥散方程;在初始浓度为0,半无限一维空间内第一类边界条件下,推导出了溶质相对浓度的准解析表达式;用特征有限元法建立了相应的数值模型。【结论】对比数值解和准解析解的计算数据可以看出,本研究所得准解析解是正确的;同时,数值计算所产生的误差很小,所得数值模型能满足实际工作对计算精度的要求,可用于实际工作。     

LEACHC模型及其在土壤盐碱化预测预报研究中的应用

LEACHC是描述土壤水分运动、溶质运移和盐分积累的盐度模型。它利用一维Richard方程有限差分法模拟水分流动,利用对流-弥散传输模型描述溶质运移,利用化学平衡子程序处理土壤剖面化学平衡过程。系统地介绍了LEACHC模型及基本原理,总结了国外学者利用LEACHC模型进行土壤盐碱化预测预报研究的基本情况,以期对中国土壤盐碱化预测预报研究有所借鉴。     

基于人工神经网络的土壤溶质运移模拟与预测

在土壤质地、土壤容重和含水量一定的情况下,把土壤溶质运移时间和运移距离看作影响土壤溶质运移的主要参数,建立2个输入单元和1个输出单元的三层BP网络,对一维垂直土柱Cd2 的穿透试验进行了模拟和预测.其预测结果同数值解相比,R2=0.949,精度基本一致.可见BP网络预测模型反映了溶质穿透过程中,土壤溶质含量与运移时间和距离的动态关系;用BP网络预测土壤溶质含量的时空变化具有可行性,而且不需要建立具体的数学模型;工作量大大减小,不需要测定水动力弥散系数、阻滞系数等,具有很强的实用性.     

基于人工神经网络的土壤溶质运移模拟与预测

在土壤质地、土壤容重和含水量一定的情况下．把土壤溶质运移时间和运移距离看作影响土壤溶质运移的主要参数，建立2个输入单元和1个输出单元的三层BP网络．对一维垂直土柱Cd^2 的穿透试验进行了模拟和预测。其预测结果同数值解相比，R^2=0．949，精度基本一致。可见BP网络预测模型反映了溶质穿透过程中，土壤溶质含量与运移时间和距离的动态关系；用BP网络预测土壤溶质含量的时空变化具有可行性，而且不需要建立具体的数学模型；工作量大大减小，不需要测定水动力弥散系数、阻滞系数等，具有很强的实用性。     

土壤中不动水体对溶质运移影响模拟研究

通过室内细砂土柱实验研究了保守性物质在土壤中运移特性,并采用考虑不动水体和忽略不动水体两种数学模型进行模拟,研究发现,考虑不可动水体和忽略不可动水体的数学模拟结果与实测值比较,平均误差分别为5%～10%和9%～15%,表明考虑不动水体的土壤溶质运移数学模型,能更准确地反映溶质的对流弥散运移特征。     

饱和-非饱和三维流场核素迁移的数学模型及其应用

根据饱和-非饱和三维流场溶质运移模型和特征,提出了三维流场溶质运移模型分裂迎风特征和格式;给出了格式的稳定性条件和迎风元判别式;将理想模型的解析解与数值解进行了比较。结果表明,该格式对求解对流占优问题效果好,能有效克服数值弥散和解的振荡。本文给出的数学模型和分裂迎风格式被用于某地中低放废物处置场选址评价中得到了满意的结果。     

中水灌溉条件下土壤水分与氮素运移的数值模拟

以宁夏回族自治区大武口市森林公园利用再生水灌溉为例,通过建立数学模型,模拟了土壤入渗过程水分、污染物运移规律,并与试验结果对比,结果表明,模型能较好的模拟试验区的土壤水分、溶质运移情况,参数取值基本合理,可从总体上模拟该地区非饱和带土壤水分、溶质运移规律,研究结果为微污染水用于绿化灌溉对土壤环境影响的进一步研究提供了科学依据.     

土壤氮素运移转化机理研究现状与展望

随着土壤溶质运移理论研究的发展及人们对氮肥施用引起的环境问题的日益关注,国内外学者对氮素运移、转化机理的研究也不断深入。在此,对国内外氮素运移、转化规律及模拟模型研究的现状作了介绍,并简要讨论了该领域未来的研究趋势和发展方向。     

基于VS2DH的低温水入渗模型验证及热弥散研究

研究低温水入渗土壤时的温度变化规律,进行模型验证和敏感性分析。利用土体流-固-热耦合试验系统控制入渗水温和水头,对一维水平土柱进行低温水入渗试验,观测土柱长度方向上12个观测点的温度变化过程,对所建多孔介质水热运移模型的求解结果进行对比验证,基于验证结果利用VS2DH进行一维土柱低温水入渗模拟,对渗透率、孔隙率和弥散系数等热运移影响因素进行敏感性分析。结果表明,模型可以准确模拟不同入渗水温和水头条件下的土壤渗流场和温度场变化;渗透率是影响低温水入渗时热运移的主要因素,影响程度约为孔隙率和弥散系数的2倍;弥散系数对热运移的影响在渗透率大于和小于0.2 mm/s时呈现相反趋势。     

垃圾填埋场有机污染物运移流固耦合模型及数值模拟

基于流固耦合和溶质运移理论,建立了垃圾渗滤液有机污染物运移耦合模型;考虑垃圾生物降解效应,通过试验确定了垃圾生物降解衰减曲线;用Galerkin有限元离散法对所建的模型进行数值求解,利用该数值模型对垃圾渗滤液在地下水中迁移行为进行模拟,预测了污染物浓度的时空分布特征;对耦合、非耦合模拟结果结合实际监测数据进行对比,并对污染晕的大小、分布范围进行了数值模拟分析。     

不同污灌区两种小麦对土壤Pb吸收的主控因子与预测模型

采集我国北方5个典型污灌区0~20 cm土壤,添加250 mg·kg~(-1)的Pb进行盆栽试验,测定不同污罐区土壤中两种不同敏感性小麦对Pb吸收、转化特征,同时利用离子色谱仪及WHAM 6.0化学模型对污灌区土壤溶液性质及自由Pb~(2+)进行测定,探究污灌区土壤中小麦对Pb吸收的主控因子及其预测模型。结果表明,不同污灌区土壤中两种小麦对Pb的富集系数(BCF)及Pb的根-茎叶转运系数(TF)均有显著(P0.05)差异,Pb敏感性品种轮选987根与茎叶的富集系数均明显高于耐Pb品种白麦126。山东棕壤中小麦对Pb的富集系数最大,而天津潮土的最小,最大相差255.9%;Pb污染土壤中小麦对Pb的富集系数及根-茎叶转运系数(TF)均大于相应的对照处理土壤。小麦根、茎叶中Pb含量与土壤溶液中自由Pb~(2+)含量呈极显著正相关(P0.01),线性拟合方程分别为:y=0.772x+54.805(R~2=0.904),y=0.087x+12.980(R~2=0.897);基于土壤主控因子的小麦Pb吸收模型表明,不同污罐区土壤小麦中Pb和土壤溶液自由Pb~(2+)含量与土壤pH、OC含量呈负相关,而与土壤溶液Cl~-、Na~+离子含量呈正相关。除了受土壤主要因子影响外,土壤中Cl~-、Na~+含量升高将增加污灌土壤中Pb的环境风险。     

Comparison of the performance of traditional advection-dispersion equation and mobile-immobile model for simulating solute transport in heterogeneous soils

The traditional advection-dispersion equation (ADE) and the mobile-immobile model (MIM) are widely used to describe solute transport in heterogeneous porous media. However, the fitness of the two models is case-dependent. In this paper, the transport of conservative, adsorbing and degradable solutes through a 1 m heterogeneous soil column under steady flow condition was simulated by ADE and MIM, and sensitivity analysis was conducted. Results show that MIM tends to prolong the breakthrough process and decrease peak concentration for all three solutes, and tailing and skewness are more pronounced with increasing dispersivity. Breakthrough curves of the adsorbing solute simulated by MIM are less sensitive to the retardation factor compared with the results simulated by ADE. The breakthrough curves of degradable solute obtained by MIM and ADE nearly overlap with a high degradation rate coefficient, indicating that MIM and ADE perform similarly for simulating degradable solute transport when biochemical degradation prevails over the mass exchange between mobile and immobile zones. The results suggest that the physical significance of dispersivity should be carefully considered when MIM is applied to simulate the degradable solute transport and/or ADE is applied to simulate the adsorbing solute transport in highly dispersive soils.     

阿特拉津的主要降解产物在土壤中转化与运移的研究进展

 阿特拉津是中国华北和东北地区玉米地常用的除草剂,它在土壤环境中的主要降解产物脱乙基阿特拉津和脱异丙基阿特拉津具有与其母体化合物类似的毒性,且极性高、易在土壤中运移。对阿特拉津的主要降解产物在土壤环境中的运移与转化规律开展定量研究,已受到环境科学和土壤科学领域的关注,但系统深入的研究尚不充分。本文较详细地介绍了阿特拉津的主要降解产物在土壤中的吸附、降解和淋溶方面的国内外研究进展,为国内的科研工作者开展与此相关的研究工作提供参考。     

酸雨和有机配体(EDTA)对已污染红壤中稀土元素释放的研究

选用不同污染程度的红壤,采用化学成分模拟自然雨水,加入有机配体(EDTA),并调节pH值(5.6、4.0、3.0),作为萃取剂,研究了酸雨和有机配体(EDTA)对已污染红壤中稀土元素释放的影响。结果表明,相同pH值下,萃取率随着EDTA的浓度升高而升高;EDTA浓度一定时,随着萃取溶液的pH值降低,萃取率降低。在相同条件下,萃取率大小的顺序为Nd>Pr>Ce>La,与EDTA及4种稀土元素的条件络合常数大小顺序相同。     

Predicting soil depth in a large and complex area using machine learning and environmental correlations

Soil depth is critical for eco-hydrological modeling, carbon storage calculation and land evaluation. However, its spatial variation is poorly understood and rarely mapped. With a limited number of sparse samples, how to predict soil depth in a large area of complex landscapes is still an issue. This study constructed an ensemble machine learning model, i.e.,quantile regression forest, to quantify the relationship between soil depth and environmental conditions. The model was then combined with ...     

桥跨分析模型薄板剪力的精确计算

对于两对边简支、两对边自由的矩形析，经典薄板理论不能求得Ｑ的精确解，根源在于Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ变换剪力Ｖｙ＝０在静力等效上的局限性。对上述板，通过一个实例，用Ｒｅｉｓｓｎｅｒ中厚板理论和经典板理论的解做比较，发现苦自由边板的边界条件Ｍｙ＝Ｖｙ＝０用梁的边界条件Ｍｙ＝Ｑｙ＝０替代，就能得到与用Ｒｅｉｓｓｎｅｒ板理论相同的精确内力Ｑｘ，Ｑｙ。这样，就提供了一个科教片上述薄板精确剪力Ｑｘ，Ｑｙ的简化方法     

松嫩平原黑土区施肥与土壤有效磷累积关系的研究

以农业生态系统思想为指导,采用以组合设计为理论基础的旋转设计,建立了松嫩平原黑土区土壤有效磷以农肥、化肥和秸秆为实验因子的数学模型。采用模型解析的方法,借助于计算机分析、图示等先进手段,研究了农肥、化肥和秸秆与有效磷累积的关系,全面分析了试验因子与有效磷累积关系的规律,并定量地给出了有效磷维持在一定水平的调控途径。     

薄膜扩散梯度技术评价土壤砷生物有效性研究

【目的】探讨薄膜扩散梯度技术（Diffusive Gradients in Thin Films Technique, DGT）在表征土壤砷生物有效性方面的准确性与优势,为正确评价土壤砷污染风险提供新技术。【方法】采用盆栽试验研究DGT方法测定土壤砷有效浓度（CE）、土壤孔隙水中砷含量、NaHCO3提取态砷含量、NH4Cl提取态砷含量及土壤总砷含量与油菜体内吸收砷量之间的关系,并初步尝试利用DGT测定结果和DIFS（DGT Induced Fluxes in Sediments and Soils）模型对土壤中砷的迁移过程进行模拟。【结果】DGT测定土壤砷有效浓度（CE）与植物吸收砷量之间均存在极显著相关关系,决定系数（R2）为0.990,DIFS模型模拟结果表明砷生物有效性高的土壤,具有较高的解析速率（kb）和较短的特征响应时间（Tc）。【结论】 DGT能较准确地表征土壤砷生物有效性,并可根据DIFS模型计算出土壤中砷迁移动力学参数,有助于进一步阐释土壤中砷的生物有效性。     

农村交通基础设施改善能够缓解农业要素错配吗?

为探究中国农村交通基础设施改善对农业要素错配的影响,提升农业要素配置效率,本研究基于生产理论,测算并可视化了2000—2020年中国31个省级行政区(统计数据未含港、澳、台地区,下同)农业劳动力要素、农业土地要素和农业机械要素的错配系数,并采用空间杜宾模型分析了农村交通基础设施改善对农业要素错配的影响以及耕地坡度的调节效应。结果表明:中国农业要素错配存在时空差异,且配置过度与配置不足并存;农村交通基础设施改善对农业劳动力要素、农业土地要素和农业机械要素的错配均有抑制作用;农村交通基础设施具有空间溢出作用,周围区域的交通基础设施也会影响本地农业要素的错配;此外,耕地坡度显著调节了农村交通基础设施对农业要素错配的影响。本研究从资源配置视角论证了农村交通基础设施建设的重要性,也为缓解农业要素的错配提供了思路和支撑。