水位波动条件下土层中硝态氮迁移转化数值模拟

将溶质运移方程、一维饱和-非饱和土壤水分运动控制方程和Kool-Parker滞后模型联立耦合,建立了地下水位波动条件下土层中硝态氮迁移转化模型。采用有限元数值分析方法,模拟了在地下水位波动条件下硝态氮的迁移过程且与室内土柱实验结果进行对比。结果表明,所建模型的模拟结果与室内土柱实验结果吻合,地下水位波动对硝态氮迁移转化影响显著,其浓度随水位的下降而上升,随浓度的上升而下降。水位波动幅度越大,其浓度波动范围越大。所建数学模型能较好反应硝态氮随水位波动的迁移转化规律。     

地下水位波动对包气带中氮素运移影响规律的研究

为探讨地下水位不同尺度波动幅度中氮素运移规律,室内通过土柱I、Ⅱ和Ⅲ模拟地下水位的不同尺度上下波动进行对比试验。试验中柱I水位保持静止、柱Ⅱ波动幅度为15em、柱Ⅲ波动幅度为30cm,在实验装置相同情况下,得出三柱各土层中DO、NO3^- —N和NH4^＋ -N浓度变化。结果表明：柱I中DO、NO3^- -N和NH4＋^ —N变化较小,而柱Ⅱ、Ⅲ中DO、NO3^- —N和NH4^＋ —N均变化较显著,且柱Ⅲ的变化幅度要大于柱Ⅱ。对比水位静止的柱I,当水位上升和下降后,柱Ⅱ、Ⅲ各土层中DO和N0i—N浓度均减小和增大,增减趋势相同,但DO和NO3^- —N的变化幅度均为柱III〉柱II;NH4^＋ —N浓度相应地增大和减小,增减趋势相同,但幅度柱Ⅲ〉柱Ⅱ。柱Ⅱ、Ⅲ进行两次循环波动后,两土柱各土层中NH4^＋ -N均减小,且减小幅度柱Ⅲ〉柱Ⅱ;NO3^- -N无明显规律。可知,水位波动对土层中硝酸盐运移影响显著,且水位波动尺度与该影响程度相关,故在地下水硝酸盐污染风险评价时,不可忽视水位波动对氮素运移的影响。     

浑水泥沙含量对矩形槽水位流量关系影响的实验研究

浑水与清水的水流特性有差异。但实验分析研究结果表明,在本实验条件下（比降1/82,有机玻璃矩形槽,含沙量0~245.5kg/m³,流量（5.01/s,槽内水流属粗糙紊流急流流态,且距槽尾47～102cm的槽段为恒定均匀流）,含沙量未对实验槽的糙率及水位流关系产生影响,槽内也未产生泥沙淤积,从而精确地确定了清水和浑水的糙率及其相应的水位流量关系计算公式,可供土壤侵蚀,模拟模型测定水土流失量应用。本文就含沙量对糙率和水位流量关系影响的初步分析和探讨,可供有关研究参考。     

对靶喷药系统压力波动特性的试验研究

针对精准对靶喷药系统作业中由于不同数量喷头反复启闭造成管路压力波动严重的问题,该研究开展了对靶喷药系统回流比例对管路压力波动影响的研究。设计了对靶喷药压力波动试验平台,基于AMESim建立对靶喷药压力波动系统仿真模型。设置系统初始压力0.2～0.4 MPa,回流比例为0～0.9,分别关闭1/5～4/5数量的喷头进行了仿真试验。结果表明,关闭喷头的占比越大,管路压力波动越大,当系统初始压力0.2 MPa,回流比为0,关闭4/5数量的喷头,管路压力从0.2 MPa上升至5.15 MPa,波动率达2 400%;系统初始工作压力越大,关闭喷头数量对压力波动影响越大。设置回流管路可有效减小管路压力波动,且回流比越大效果越明显,当系统初始压力0.2 MPa、回流比例为0.6时,部分喷头关闭的压力波动率最大为64.53%。兼顾泵的利用率,回流比例建议小于0.6。系统初始压力0.3 MPa时,回流比例建议小于0.7;系统初始压力0.4 MPa时,回流比例建议小于0.8。根据对靶喷药压力波动容忍度要求,系统初始压力0.2 MPa时,喷施靶标在作业行中的占比量最佳回流比例关系为：靶标占比1/5的最佳回流比例区间为0.5～0.6;靶标占比2/5的最佳回流比例区间为0.5～0.6;靶标占比3/5的最佳回流比例区间为0.2～0.3;靶标占比4/5的最佳回流比例区间为0～0.1。系统初始压力0.3 MPa时,喷施靶标在作业行中的占比与最佳回流比例区间关系为：靶标占比1/5的最佳回流比例区间为0.6～0.7;靶标占比2/5的最佳回流比例区间为0.5～0.6;靶标占比3/5的最佳回流比例区间为0.2～0.4;靶标占比4/5的最佳回流比例区间为0～0.1。初始压力为0.4 MPa时,靶标占比1/5的最佳回流比例区间为0.7～0.8;靶标占比2/5的最佳回流比例区间为0.6～0.7;靶标占比3/5的最佳回流比例区间为0.4～0.5;靶标占比4/5的最佳回流比例区间为0～0.3。研究结果可为农业植保作业对靶变量施药技术应用及工况参数的选择提供依据,为精准对靶施药装置的进一步优化提供支撑。     

菲在土壤/沉积物上的吸附-解吸过程及滞后现象的研究

实验研究了菲在土壤 /沉积物上的吸附 解吸过程。CHL土壤和HFH沉积物中有机质的固相13 CCPMASNMR谱图很相似 ,表明样品中有机质的组成差异不大 ;菲在土壤 /沉积物上的吸附过程表现出明显的非线性 ;线性模型不适合拟合菲的吸附等温线 ,Freundlich模型和双区位反应模型 (DRDM)较好地拟合了菲的吸附等温线 ,其中DRDM模型还清楚地反映菲在低浓度和高浓度下不同的吸附方式 ;另外 ,研究表明菲在土壤 /沉积物上的解吸过程中存在明显的滞后现象 ,这可能和土壤 /沉积物有机质的异质性和土壤胶团微小孔隙的存在有关。     

稀土元素在土壤-玉米体系吸收的剂量效应关系研究

通过盆栽实验研究施加农用稀土微肥后,玉米根、茎和叶中稀土元素的含量变化.结果表明,玉米根和茎中稀土元素含量随外源稀土施入量的增加而增大,存在显著剂量效应关系.玉米根和茎中La/REE比值随外源稀土施加的浓度增大而逐渐与稀土微肥(常乐)的La/REE值趋于一致.发现随着施入稀土元素浓度的增加,玉米吸收的稀土元素逐步转为主要由外源施加稀土微肥贡献为主.随根施剂量加大,玉米根和茎吸收稀土元素的富集系数逐渐增大,说明外源稀土的生物有效性明显高于土壤本身的稀土.稀土元素在苗期的玉米叶片中不产生显著水平的富集.     

森林生态系统中初级生产者-分解者养分的关系

 森林生态系统中,初级生产者和分解者之间的养分关系,是一种既互利又竞争的复杂关系。通过构建初级生产者-分解者系统的养分流动模型,分析分解者增长受碳限制或受养分限制的判断标准。在假定整个系统封闭的前提下,讨论初级生产者与分解者实现共存并保持长久稳定的条件:一是分解者必须受碳限制,这要求分解者较之初级生产者对养分吸收具有更强的竞争力;二是矿化系数与碎屑化系数之比(a41/a23)要足够大于在初级生产者中的碳/养分与在分解者中的碳/养分之比(α/β)。这表明,从化学计量论的角度来看,生态系统的持续和稳定,对碳/养分之比和植物与微生物的竞争能力方面有严格的要求。     

京郊典型农田生态系统中硫的源汇关系研究

研究了京郊小麦-玉米轮作典型农田生态系统中S的源汇关系,分析了该区农田生态系统主要特征、经济基础以及各项农事活动对生态系统中S来源与归宿的影响,指出该区农田生态系统中S的源和汇在不同时期依据不同对象发生交替性动态变化,根据系统中能量流、生态流与元素流的矢量与转化过程初步确定系统中S的输入与输出途径、S的补偿效应及其盈亏平衡,1个轮作期中玉米和小麦收获物对S的输出量分别为14.66kg/hm~2和11.8kg/hm~2,通过根系和秸秆还田对土壤S的归还量分别为2.78kg/hm~2和9.73kg/hm~2,加上其他途径对土壤系统S输出/输入的估算,年S输出总量为46.1kg/hm~2,年输入总量为37.2kg/hm~2,年土壤系统S亏缺量为8.9kg/hm~2,故应定期补施一定量的S肥。     

中亚热带丝栗栲群落物种-个体关系的研究

对中亚热带丝栗栲群落物种 个体关系研究结果表明 ,剩余标准差 (RSE)、偏差绝对值平均值 (AAD)和相对偏差绝对值平均值 (AARD) 3个评价指标之间存在极强正秩相关 ,表明它们对物种 个体关系模型评价结果具很强一致性 ,乔木层 5种曲线拟合效果最佳为y =1.85 18x2 - 7.84 86x 14 .5 ,灌木层 5种曲线拟合效果最佳为y =12 4 84e0 .1572x;群落中乔木层和灌木层物种多度分布均遵从对数正态分布 ,表明该丝栗栲群落发展较成熟 ,稳定性和生物多样性较高     

螯合-缓冲营养液中不同磷锌配比对小麦苗期磷-锌关系的影响

采用螯合-缓冲营养液培养方法对小麦进行了苗期培养试验,在3个磷水平(0、0.6 mmol·L-1、3.0mmol·L-1)和3个锌水平(0、3μmol·L-1、30 μmol·L-1)的完全组合下对小麦苗期的磷-锌关系进行了研究,以期为提高小麦籽粒锌的生物有效性提供理论依据.结果表明,与正常磷锌供应比较,磷锌的缺乏与过量均不利于小麦生长,缺磷比过量供磷的抑制程度更大,而过量供锌比缺锌的影响更为强烈,缺磷和过量供锌主要影响小麦幼苗的分蘖和地上部干物质的积累.过量供磷时,小麦根部存在明显的磷-锌拮抗,抑制了根部对锌的吸收,但磷的供应却提高了锌在小麦植株体内向地上部的转运;缺锌时,小麦叶片会积累大量磷,而供锌后则会抑制磷在小麦植株体内向地上部的转运.在小麦苗期,磷、锌均处于正常水平时其交互作用有利于锌的吸收和向地上部转运,但抑制了磷向叶部的转运.此外,磷、锌的缺乏均降低了叶绿素SPAD值,而磷的正常供应和锌的供应促进了叶绿素的合成.缺磷胁迫时小麦叶片的SOD和POD活性较高,而CAT活性较低;锌缺乏和过量时叶片SOD活性较低,而缺锌时POD和CAT活性较高,供锌后二者活性降低.总之,磷-锌拮抗作用主要发生在小麦根部,但在其他器官内也会发生;且不仅在二者配比不合理时发生,即使在配比合理时也会发生.     

Water table is a relevant source for water uptake by a Scots pine (Pinus sylvestris L.) stand: Evidences from continuous evapotranspiration and water table monitoring

The objective of this study was to quantify the main terms of the water cycle in a Scots pine stand (Pinus sylvestris L.) growing on a sandy soil and to estimate the contribution of the shallow water table (0.80 m deep in spring) to the forest water use. Continuous monitoring was organized in 2005 to measure climate, throughfall, soil moisture, tree transpiration and water table variations at a half-hourly basis. Leaf area index seasonal dynamic was measured and roots were counted down to the bottom of the soil profile. Forest floor evapotranspiration was modelled with Granier et al. [Granier, A., Bréda, N., Biron, P., Villette, S., 1999. A lumped water balance model to evaluate duration and intensity of drought constraints in forest stands. Ecol. Model. 116, 269–283]. From May to November, pine transpiration never exceeded 1.85 mm d⁻¹ and reached a total of 176.4 mm, which corresponded to 25% of potential evapotranspiration, whereas the understorey evapotranspiration was 130 mm (i.e. 18–20% of the stand water use). The maximum soil water reserve measured over the soil rooted zone was 250 mm, in which 145 mm was extractable water. A 3.5-week period with no rain was observed in June, which induced a regulation of pine transpiration when the soil extractable water reached 0.25 of its maximum value.We applied the water table fluctuation (WTF) method [White, W., 1932. A method for estimating groundwater supplies based on discharge by plants and evaporation from soil. US Geol. Survey Water Supply Paper 659-A. United States Government Printing Office, Washington, DC] to estimate the water table daily loss of water. A relationship was established with potential evapotranspiration and the actual transpiration fluxes of the stand. Yet, it was not possible to extract from the WTF results the part that was effectively contributing to actual transpiration. We applied then the WTF methodology on longer time intervals, with a focus on periods with no rains. From May to November, the contribution of the water table to forest transpiration reached 61%. During the drought period in June, the water table contributed to 98.5% of the water uptake by vegetation, through its contribution to the capillary rise above the water table. The presence of a groundwater table with a floor down to 180–200 cm allowed this stand to rely upon water that otherwise would have drained deeper.     

土壤水汽吸附曲线的模拟及其滞后效应

准确模拟土壤水汽吸附曲线对于研究土壤与水分子之间的相互作用机理及预测土壤中挥发性有机气体的运移有重要意义。选择了中国不同地区七种典型土壤,评价了GuggenheimAnderson-deBoer(GAB)模型对水汽吸附和解吸曲线的模拟效果,并就水汽吸附行为的影响因素、水分子与土壤颗粒的相互作用机制进行了讨论。结果表明,对于七种供试土壤的水汽吸附和解吸曲线,GAB模型均方根误差小于0.000 7,决定系数大于0.995。相比土壤水汽解吸附过程,水汽吸附过程土壤的单层吸附水含量较低,而纯液态和单层吸附的水分子自由焓差较高。水汽吸附与解吸附过程中土壤单层水含量和滞后指数与有机碳含量呈极显著的正相关关系,而与黏粒含量的相关性受矿物类型的影响。     

不同类型土壤介电常数与体积含水量经验关系研究

利用土壤介电性质间接确定土壤体积含水量的方法已广泛应用于相关的学科领域。本研究通过土柱试验,针对我国潮土、风沙土、红壤、水稻土等4种典型土壤,对8种质地土壤介电常数与体积含水量的经验关系展开了研究,修正了Topp(1980)关系式,并确定了Herkelrath关系式校正参数a、b值。结果表明,Topp(1980)关系式对砂壤性潮土、粉砂质黏性潮土、风沙土、黏性红壤含水量的预测误差较大;Topp拟合关系式虽然对Topp(1980)关系式有所优化,但效果仍然不甚理想,在含水量的不同范围有时误差较大,特别是对黏性红壤含水量的预测效果较差;Herkelrath拟合关系式对试验的4种类型土壤含水量的预测效果均较好,可以作为相关应用的优先选择;三种关系式对两种质地的水稻土含水量均有很好的预测效果,平均绝对误差小于0.03 cm3cm-3。     

北京市水足迹计算与分析

水足迹指的是在一定物质生活标准下, 生产一定人群(个体、城市或国家)消费的产品和服务所需要的水资源数量。虚拟水是指生产产品和服务所需要的“虚拟”水资源, 不是真正意义的水, 而是以“虚拟”的形式包含在产品中的看不见的水。水足迹不仅仅包括对实体水的消费, 更重要的是包含了虚拟水消费的部分。分析区域内的水足迹量及其构成, 能够从消费的角度展现对水资源的占有情况, 展现出通过产业链及产品贸易而产生的该区域对其他区域的水资源占有情况或其他区域对本区域的水资源占有情况。本研究采用基于投入产出表的水足迹计算方法, 估算了北京市2002 年的水足迹状况, 分析了水足迹构成。结果表明: 北京市2002 年水足迹为86.26 亿m³, 其中70%用于居民消费, 30%用于政府消费; 总的人均水足迹为606.21 m³, 城镇居民人均水足迹为537.69 m³, 农村居民人均水足迹为197.12 m³; 2002 年总水足迹中, 实体水消费占8%, 虚拟水消费占92%, 虚拟水净流入量为14.98 亿m³, 占总水足迹的17.4%。结果证明, 在消费结构中, 虚拟水占主要部分,实体水比例很低;受产业链和工艺的影响, 不同消费品(服务)的虚拟水含量并不相同。虚拟水流入能够降低对本区域水资源的占有, 并没有从根本上减少水资源的消耗, 只是将压力转移到了其他区域。研究结果可为节约用水模式和北京市水资源管理提供决策参考     

深圳城郊水库消涨带植被重建技术

城郊水库消涨带既要具有水源保护功能又要满足生态景观要求。在深圳市水源保护林建设专题研究的基础上,结合消涨带植物筛选试验成果,初步提出库区消涨带植被重建的技术体系。在正常水位线往下3 m内栽植乔木和草被,正常水位线往下3-6 m内栽植草被,同时结合生物排水沟、生态袋反坡梯地及反坡鱼鳞坑等辅助工程措施,可为水库消涨带生态重建提供途径。     

Scaling analysis of hydraulic conductivity and porosity on a sandy medium of an unconfined aquifer reproduced in the laboratory

Many studies have shown that the characteristic parameters of an aquifer, specifically the hydraulic conductivity, increase with an increase in the portion of the aquifer tested. The main cause of this behavior is the heterogeneity within the aquifer. Sets of measurements performed on an artificial aquifer by different methods are utilized here, because it was verified that the scale dependence of hydraulic conductivity does not depend on the specific method of measurement. The unconfined aquifer in question was created in the laboratory utilizing sandy porous medium with a well-known grain-size distribution. An experimental scaling law of the power type was obtained for the hydraulic conductivity, utilizing values measured at different scales by different methods (on undisturbed soil samples by flux cells, on the artificial aquifer by slug tests and aquifer tests). Similarly, porosity measurements of a direct and indirect type were carried out: the former performed in the laboratory and the latter utilizing a relation between k and ? based on the particle size analysis of the porous media considered. Successively, a new empirical relationship is proposed here, to derive ?, since the k values and vice versa, are well-known, the validity of which is limited to the sands with effective grain size between 0.059 mm and 0.82 mm and for volumes of aquifer not higher than those investigated here.     

玉米二元覆盖农田水分动态及水分利用效率研究

旱地玉米采用垄面覆膜、垄沟覆不同用量麦草的二元覆盖试验结果表明:随麦草覆盖量的增加土壤保墒效果明显;其中0~100cm土层土壤玉米全生育期累积贮水量5250kg/hm2和9750kg/hm2的麦草覆盖处理比垄面覆膜垄沟未覆麦草处理平均增加146.2mm,水分利用效率提高16.67%~28.65%,降水利用率提高12.39%~18.29%,玉米增产12.10%~18.15%。     

农田生态系统水分循环与作物水分关系研究

通过对我国不同类型农田生态系统水分循环与作物生产力关系的网络研究,探讨了我国主要类型地区小麦、玉米、大豆等几种主要作物的菡散耗水和需水规律、水分利用效率和作物水分生产函数,获得这些地区主要作物耗水需水特征及小麦水分生产函数。结果表明,在不同生态系统优化结构模式中作物与水分关系均得到极大改善,节约了作物用水,提高了作物产量和水分利用效率。     

Cattle manure effects on structural stability and water retention capacity of a granitic sandy soil in Zimbabwe

The evaluation of soil aggregate stability and water retention is important in the assessment of soil management options. A 3-year study was conducted in 1999 to determine the effects of two cattle manure application methods on soil aggregate stability and water retention capacity of a sandy soil (Haplic Lixisol). Manure application increased soil organic C by 10–38% in the 0–10 cm layer. Compared with the control, manure management treatments increased the aggregate stability of soil as measured by the mean weight diameter (MWD) and aggregates between 2 and 10 mm (AGG2) indices from 0.243 to 0.733–0.926 mm, and from 27.3 to 128.3–148.3 g kg⁻¹, respectively. The readily available water (RAW) capacity of the soil was significantly increased by manure addition, whereas the increase in AWC was not significant. The increase in water retention capacity in the soil was more affected at low suctions and this was related to the effects of manure on macroporosity. It was concluded that cattle manure was beneficial to the structural stability and water retention of this soil.     

采煤扰动下潜水位及包气带水分变化特征

为更好地了解采煤扰动下潜水位及包气带水分变化规律,在陕北典型矿区开展了降雨、潜水位、包气带土壤含水率等水循环要素的野外原位观测试验,基于观测数据,采用Spearman秩相关系数检验、小波分析等方法,分析了未开采区及采空区潜水位和包气带水分的变化特征。结果表明：未开采区地下水位对于降水的响应明显且时间上存在4、5个月的滞后,采煤扰动后,地下潜水位持续下降,与降水响应关系微弱;在垂向上,未开采区较大降水可对100 cm以下埋深的土壤含水率产生影响,采空区土壤含水率总体减小,且同降水的响应程度不显著,含水率最大值相对于未开采区出现时间提前,50 cm以下埋深的土壤含水率对小强度降水无响应。采煤扰动潜水位下降后造成包气带增厚,包气带损耗的水量增加,随之造成降雨入渗补给地下水减少,进一步加剧了潜水位下降。