植物根系对土壤水力参数影响的定量研究综述

植物根系是土壤结构以及土壤水力参数变化的重要影响要素。目前不仅缺乏定量描述“根-孔隙-土壤水力参数”相互作用的研究方法,在更大尺度上根系作用的客观表达也尚不明确,由此导致降雨入渗、径流和蒸发等流域水文过程的精细刻画与模拟预测具有很大的不确定性。基于文献检索,本文对国内外相关研究进行了回顾与梳理,量化了植物根系对土壤水力参数的改变和影响,并提出其与植被、土壤类型的响应方式,总结了植物根系动态性生长下的土壤水力参数定量表述及其预测模型进展。同时分析了在定量研究根-土复合系统中存在的问题及未来研究的发展方向,指出目前根系影响土壤水力参数的研究主要集中在小尺度控制实验方面,忽略了大尺度下土壤空间异质性及外部环境因素的干扰,强调大尺度根系作用和根系参数纳入土壤结构的重要性和实际意义,进一步与水文模型的深度耦合逐渐成为未来研究的热点。     

水肥耦合对树莓光合特性和果实品质的影响

通过在田间利用防雨棚和测坑设施进行试验,研究水肥耦合对树莓光合特性及果实品质的影响。结果表明:土壤水分适度时适量增施肥料有利于树莓叶片净光合速率(Pn)提高,控制肥料施入可有效降低树莓叶片的蒸腾速率(Tr)和提高细胞间隙CO2浓度(Ci);肥料适度时适量提高土壤水分有利于提高树莓叶片的净光合速率(Pn)和叶片气孔导度(Gs),控制土壤含水量有利于树莓叶片的蒸腾速率(Tr)降低和细胞间隙CO2浓度(Ci)的提高。在施肥水平相同的条件下,适中的土壤含水量有利于果实中有机酸、可溶性糖和SOD营养物质的积累,充足的土壤含水量有利于果实中可溶性固形物和Vc含量的积累。土壤含水量控制在32%以上,施肥量在460.95kg/hm2水平有利于树莓光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)的提高和午休时间的缩短;土壤含水量控制在26.2%以上,施肥量在270kg/hm2水平有利于降低树莓的蒸腾速率(Tr)和提高树莓果实品质。     

水肥耦合对华北高产农区小麦-玉米产量和土壤硝态氮淋失风险的影响

在封丘农田生态系统国家试验站, 通过多组水肥组合试验, 研究了冬小麦-夏玉米轮作下, 水、肥对作物产量、硝态氮在土壤剖面中的分布特征及其淋失风险的影响。结果表明, 适宜灌溉情况下, 氮磷配施是提高作物产量的关键, 氮钾配施与磷钾配施增产效果不明显。统计结果表明, 各因素对小麦产量影响次序依次为氮肥≥磷肥＞灌溉＞钾肥, 对玉米产量的影响次序为氮肥＞磷肥＞钾肥＞灌溉, 只有氮磷对作物产量的影响达到统计学上的显著性差异。随着施氮量和灌溉量的增加, 硝态氮累积峰峰值增加, 峰厚度加厚, 出现位置加深, 且根区外硝态氮含量亦显著增加, 极大地提高了硝态氮的淋失风险。适宜氮肥用量与适宜灌溉是减轻硝态氮淋失风险的关键, 氮磷配施可有效降低深层土壤硝态氮累积。研究区域适宜氮肥用量为每年400 kg(N)·hm^-2,适宜磷肥用量为每年225 kg( P₂O₅)·hm^-2, 一般降雨年型全年灌溉量以280 mm 左右为宜。     

流固耦合作用对离心泵内外特性的影响

应用双向流固耦合方法对导叶式离心泵的外特性和内流场进行分析,研究流固耦合作用对外特性影响的内流机理。流场的定常数值模拟采用雷诺时均方法和标准k-ε湍流模型,非定常数值模拟采用大涡模拟方法,结构响应采用线性瞬态动力学方程。通过对流固耦合前后内部流场的对比,包括叶轮出口处的总压分布和相对速度分布,分析了流固耦合作用对外特性预测值影响的内流机理。同时,对叶轮出口处的压力脉动进行了分析。结果表明,流固耦合作用产生的叶轮变形,尤其是叶轮出口处的较大变形是导致离心泵外特性预测值变化的主要原因。考虑流固耦合作用后,叶轮出口处压力脉动周期性变化的总体趋势与非流固耦合结果基本一致,但振幅更大。考虑流固耦合作用后的最大压力脉动幅值提高了3.1%。研究结果为离心泵性能预测及流动诱导振动的研究提供参考。     

陕西省经济实力与环境承载力协调度的时空演变格局

[目的]研究陕西省10个地级市的经济实力与环境承载力的协调度,为未来城市经济发展提供一定的理论参考。[方法]运用熵值法构建经济实力和环境承载力的指标体系,结合耦合协调度模型对经济和环境之间协调度的发展趋势进行研究,并借助ArcGIS工具对二者的空间格局进行探讨。[结果](1)陕西省10个地市的经济发展和环境承载力发展趋势呈现总体上升且稳定发展的态势,各个城市的环境承载力水平较高,发展速度差别不大且波动幅度小。(2)2005—2014年10个城市经济实力与环境承载力的耦合度和耦合协调度变化趋势基本相同,呈缓慢上升趋势;耦合协调度的空间组合不同,陕西省北部和中部城市经济发展和环境承载力的耦合协调度较高,南部城市耦合协调度水平低。[结论]陕西省10个地市经济实力与环境承载力协调度总体差异大,省会西安市所处的关中地区发展好,陕北地区次之,陕南地区的安康市和商洛市经济实力较弱。     

京津冀地区城市土地集约利用与城镇化耦合协调关系研究

以京津冀地区作为研究区域,建立城市土地集约利用指标体系与城镇化指标体系,采用均方差权值法,并建立耦合协调模型,计算2011年13个地级以上城市的土地集约利用和城镇化指数及二者的耦合度和协调发展度。按照耦合协调度的高低将13个城市划分为4大类;每个大类内部再按照城市土地集约利用与城镇化指数的关系,分为城市土地集约利用滞后和城镇化滞后的2个亚类。结果表明:京津冀地区城市土地集约利用和城镇化之间关系密切,二者相互作用,但并非同步发展;城市土地集约利用程度与城镇化耦合程度基本上处于颉颃阶段,耦合协调度水平总体不高,区域差异明显。     

不同仓型的粮堆温度场重现及对比分析

为了揭示不同仓型粮堆内温度场和水气分压场随季节的变化规律及其对储粮安全的影响,该文以天津地区的钢板浅圆仓和平房仓为研究对象,以小麦为储粮目标,采用阵列式分布的温度传感器监测粮堆温度,利用温度拟合算法和WU模型构建粮堆温度场模型,重现粮堆在冬末春初之际和夏季的温度场和水气分压场分布;根据温湿度场耦合理论分析其云图特征,并在此基础上比较2种仓储粮状态的差异。结果表明:夏季,浅圆仓和平房仓的小麦粮堆中均存在大体积的冷芯,使整个粮堆可以安全度夏;冬春交替之际,2种仓的粮堆中均存在多区域分层现象,但由于浅圆仓的表层粮堆水分吸收速率大于平房仓,致使次年春季浅圆仓的粮堆表层更易发生结露;根据平房仓小麦粮堆的等温曲线变化方向可推测有邻仓存在,且由2个毗邻的平房仓温度场融汇度可判定邻仓有储粮。研究结果将为粮堆结露研究提供新思路,为结露预测提供理论依据。     

水氮耦合对滴灌复播油葵光合特性和土壤水分利用的影响

为了解水氮耦合对新疆北部石河子地区滴灌复播油葵光合特性和土壤水分利用的影响,以当地油葵主栽早熟品种新葵杂五号为试料,在滴灌条件下进行水氮两因素三水平完全处理小区试验。结果表明,滴灌复播油葵耕层耗水量随生育进程的变化规律为:开花期现蕾期灌浆期苗期成熟期,现蕾期和开花期是2个需水关键期,尤其开花期对水分最敏感;耕层(0~40cm)耗水量随灌水定额和施氮量的增加而增大;灌水量3 000 m~3·hm~(-2)、纯施氮量232 kg·hm~(-2)的水氮组合在土壤水分利用效率和油葵产量方面表现出显著的耦合效果。本研究为寻求滴灌复播油葵高效水氮优化方案和水氮高效利用提供了科学依据。     

基于改进4-方程摩擦模型的输水管道水锤压力计算

摩擦耦合是流体与管壁之间相对运动产生粘性摩擦力而形成的边界接触耦合。在流体高频运动的范围内,摩擦耦合的特性变得相对更加复杂,将直接影响管道系统的水锤演化。为了研究在实际管道中水锤的变化情况,本文基于Zielke模型对流固耦合作用(fluid-structure interaction,FSI)4-方程模型(four-equation model,4EM)建立的4-方程摩擦模型(four-equation friction model,4EFM)结合广义不可逆热力学理论(extended irreversible thermodynamics,EIT)进行改进,建立改进4-方程摩擦模型。通过MATLAB软件利用波速调整(wave-speed adjustment,WSA)插值方法的特征线法(method of characteristics,MOC),对新疆生产建设兵团第十三师自压输水管道中的关阀水锤压力进行数值计算,结果表明改进4-方程摩擦模型的计算结果相比4-方程摩擦模型以及其他计算模型与实测值具有更好的一致性,WSA相比其他线性插值方法可以减小插值误差。该改进模型可以应用在计算机中进行长距离重力流输水过程的水锤压力计算。     

城市土地集约利用与社会经济时空耦合协调发展评价——以湖北省12个地级市为例

土地集约利用与社会经济发展的耦合协调发展可有效推动城市的可持续发展。首先运用主成分分析法对湖北省12个地级市的土地集约利用与社会经济发展水平进行了评价,在此基础上运用耦合协调度模型对两者之间的协调度进行了分析。结果显示:2003—2013年,湖北省12个主要城市间土地集约利用水平、社会经济发展水平差异较大,且差距总体呈逐年递增态势。其中,武汉、黄石、十堰、宜昌4个城市优势明显,处在平均水平以上,其他8个城市发展较为缓慢。从时空耦合发展状况来看,研究期内湖北省12个城市之间的耦合协调性地域带动性不强,城市的耦合协调性受相邻城市的影响不大;局部分析上,黄冈、鄂州、咸宁、孝感4个城市有明显高值极化分布,耦合协调度高但是没能带动周围城市的发展;武汉市耦合协调度较低,发展速度明显没有跟上周围城市的发展,有待提高。