田间条件下土壤氮素运移的模拟模型Ⅱ田间检验与应用

本文通过冬小麦春季生长阶段的田间试验检验了土壤水、热和氮素联合模拟模型，结果表明土壤含水量、土壤温度以及土壤无机氮含量的模拟计算值与实测值吻合程度较好．应用经检验的模型和有关参数，模拟计算了不同灌水条件下土壤氮素动态，结果看出：在本试验条件下，在冬小麦返青到收获期间，各灌水处理１ｍ深处总体上不存在土壤无机氮淋洗渗漏，而是不同程度的上升补给．反硝化和氮挥发是氮素损失的主要途径．     

田间条件下土壤氮素运移的模拟模型Ⅰ

将土壤ＮＨ４＋和ＮＯ３－视为土壤溶质，根据土壤溶质运移原理，选用描述土壤溶质运移的对流－弥散模型，建立了一个田间条件下土壤氮素运移的数值模拟模型模型中考虑了矿化、生物因持－释放、土壤氨挥发、硝化和反硝化等转化作用，并用线性模式描述土壤铵吸附，作物根系吸收也在源汇项中．各转化参数均需用土壤温度和湿度进行修正，所建模型为土壤水、热和氮素联合模拟模型．对联合模型中水盐运动模块用经典试验作了检验     

田间条件下土壤氮素运移的模拟模型I

将土壤ＮＨ＾＋４和ＮＯ＾－３视为土壤溶质，根据土壤溶质运移原理，选用描述地土壤溶质运移的对流－弥散模型，建立了一个田间条件下土壤运移的数值模拟模型，模型中考虑了矿化，生物固持－释放，土壤氨挥发，硝化和反硝化等转化作用，并用线性模式描述土壤铵吸附，作物根系吸收也在源汇项中，各转化参数均需用土壤温度和湿度作了进行修正，所建模型为土壤水，热和氮素联合模拟模型，对联合模型中水盐运动模块用经典经验作了检验。     

非饱和土壤中氮素运移与转化试验及其数值模拟

本文在室内试验的基础上，提出了考虑土壤吸附作用时非饱和土壤溶液中ＮＨ＋４－Ｎ浓度的计算方法，并对氮肥（碳铵：ＮＨ４ＨＣＯ３）在非饱和土壤中的运移与转化过程进行了数值模拟．     

土壤氨挥发研究及氮素转化运移数值模拟

根据氨挥发机理建立了氨挥发子模型,与氮素运移转化模型Nitrogen-2D进行耦合,改进并完善了Nitrogen-2D模型的氮素转化过程。运用改进的模型模拟再生水灌溉冬小麦生长季中土壤水分、铵态氮和硝态氮的运移和转化过程。模拟结果与未经改进的模型模拟结果及实测值进行了对比。结果表明改进的模型模拟值与实测值的均方根差比未经改进模型的大幅度减小,铵态氮模拟精度有较大程度地提高。将改进的模型模拟铵态氮挥发速率和氨挥发累积量,得出模拟时段氨挥发过程。经比较分析,模拟结果正确、合理,可用于农田氮素损失预测和污染分析。     

非稳定流条件下非饱和均质土壤溶质运移的传递函数解

根据溶质运移的传递函数模型Tromsfer Function Model, TFM理论，研究了非稳定流条件下非饱和均质土壤中表施和原有NO-3 N及原有Cl-的运移。由极大似然法估算了模型参数μ和σ2，求出了溶质运移的概率密度函数，计算了NO-3 -N的淋失量，并利用土壤中原有Cl-的动态，对NO-3 N的迁移过程进行了模拟，同时还估算了溶质的中值迁移时间tm和均值迁移时间相应的运移体积θst和θst。     

冬小麦生长条件下土壤氮素运移动态的数值模拟

将土壤溶质运移理论和土壤微生物化学、植物生理学有机地结合起来,建立了农田土壤氮素运移、转化与吸收的综合数学模型。运用该模型对中德合作项目试验田1999～2000年冬小麦优化施肥与传统灌溉和优化施肥与优化灌溉两小区的土壤水分和氮素运移动态及干物质产量进行了模拟。模拟结果与实测数据吻合较好。两小区土壤剖面埋深165cm处硝态氮淋失量的计算结果表明：与传统灌溉方式相比,优化灌溉方式的土壤硝态氮的淋失量明显减少。用验证后的数学模型在计算机上进行了几种不同灌溉方案下土壤水氮运移动态及干物质产量变化的数值试验,结果表明：在喷灌条件下,冬小麦以每l0d灌溉一次,每次20mm水量的灌溉方式较优。     

不同灌溉施肥方式下土壤氮素运移研究综述

由于缺乏科学合理的灌溉施肥技术,氮肥大量损失,利用率较低。总结了目前国内外不同节水灌溉方式下土壤硝态氮、铵态氮的运移规律试验研究成果,以期为节水灌溉条件下水肥有效调控措施的进一步研究提供依据。     

基于HYDRUS模型不同灌水模式下土壤水盐运移模拟

以田间试验为基础,应用饱和-非饱和土壤水分及溶质运动理论,利用HYDRUS-1D/2D数值模型对内蒙古河套灌区不同灌水模式下土壤水分、盐分运移规律进行数值模拟,分析了不同灌溉条件下的水盐运移状态,并将模拟结果与田间试验实测结果进行对比分析。研究结果表明,在相同灌水定额下,100cm土体内沟灌条件下生育期土壤盐分含量平均值比畦灌条件下土壤盐分含量平均值降低24.4%,沟灌可以有效控制土壤盐分的累积。利用HYDRUS模型对土壤水盐运移的模拟结果能够为灌区的水盐管理提供科学依据。     

土壤—植物—大气连续体水分运移力能关系的田间试验研究

本文根据田间试验观测资料分析了土壤-植物-大气连续体水分能量和水流阻力的分布,建立了连续体中叶片水分能量和水流阻力受外界环境影响的动态模型,探讨了蒸腾速率与叶-气系统水分能量差和水流阻力之间的关系.     

潜水蒸发条件下土壤盐分运移模拟研究

以新疆盐碱地土壤参数为基础,利用HYDRUS-1D建立土壤盐分运移模型,通过设定不同大气蒸发能力(5mm,10mm)与潜水矿化度(5g/L,15g/L,25g/L)的试验组合,研究潜水蒸发条件下潜水矿化度与大气蒸发能力对土壤盐分空间分布和运移的影响,以期为土壤盐碱化预防及治理提供理论参考.结果表明,20cm以上表层土壤含盐量增速较快,20cm以下土壤含盐量增速较慢;0～20cm土层土壤累积含盐量是20～50cm土层的1.27～2.75倍,且均与累积蒸发量呈中度及以上正相关。0～20cm土层内,土壤累积含盐量受潜水矿化度与大气蒸发能力影响较大;20～50cm土层内,土壤累积含盐量受潜水矿化度影响较大.在作物幼苗期根系较浅时,应尽可能控制大气蒸发能力和高潜水矿化度对其的影响,在作物生长期及其后期,应尽可能降低高矿化度的潜水位,减少其对作物根系的盐渍影响.     

作物覆盖条件下田间水热运移的模拟研究

本文提出了一个描述作物覆盖条件下田间水热运移的数学模型,以能量平衡方程为基础,建立了求解热流分布定解问题中上边界条件所需的地表温度模拟方法。该模型经在西北农业大学灌溉试验站实际应用,模拟结果可靠。在此基础上分析了田间能量平衡方程中各分量间的比例关系。     

不同渗漏强度下淹水土壤中NH4^＋—N转化运移的数值模拟

文中提出了淹水土壤中以氧化－还原分异现象为基础的ＮＨ４＾＋－Ｎ转化运移的数学模型，通过不同渗漏强度下淹水土壤表施碳铵后的土柱试验验证了混合有限解析解数值模型，进而模拟了不同水肥管理条件下淹水土壤中ＮＨ４＾＋－Ｎ迁移及分布。     

应用传递函数模型预报农药阿特拉津在土壤中的运移

本文首先对农药阿特拉津(Atrazine)在稳定流场饱和均质土壤中的运移进行了室内实验研究，采用易混合置换的方法，获得了示踪溶质Br-和Atrazine同步脉冲输入1h后的出流浓度动态；其次由批技术得到Atrazine的分配系数，进而获得阻滞因子，在此基础上应用传递函数模型，根据示踪溶质的迁移预报了吸附作用存在时Atrazine在土壤中的运移动态。     

不同数学模型模拟非均质土壤溶质大尺度运移的对比分析

利用长度为1250cm的非均质土柱中NaCl运移的试验资料,分别应用对流-弥散方程(CDE)、两区模型(TRM)、对流对数正态传递函数模型(CLT)、分数微分对流-弥散方程(FADE)和连续时间随机游走理论(CTRW)等数学模型对长土柱中溶质的运移过程进行模拟,对比各个模型的模拟结果,并从模型机理上分析模拟结果差异的原因,探讨各种模型描述非均质土壤中溶质大尺度运移的适用性。结果表明:CDE、CLT和FADE难以描述非均质土柱中的不规则穿透曲线,但FADE对穿透曲线尾部的模拟精度比CDE和CLT有所提高;与CDE、CLT和FADE相比,两者的模拟结果与实测值吻合更好,在穿透曲线尾部CTRW的模拟值略大于TRM的模拟结果;两者不仅较好地描述了穿透曲线的提前穿透和拖尾等不规则特征,而且捕捉到了非均质土柱中溶质不规则运移程度随着尺度增加而减弱的变化趋势。尽管TRM和CTRW均能很好地模拟长土柱试验所研究的饱和非均质土壤中保守性溶质的一维运移问题,但对于复杂的溶质运移问题的模拟,TRM和CTRW各有其优缺点。     

排水条件下饱和土壤中镉运移实验及其数值模拟

对流弥散方程(CDE)是模拟重金属在土壤中动态的常用方法之一。本文运用动态饱和土柱实验比较了重金属镉(Cd)在不同质地的碱性土壤中吸附和运移特征，并运用Batch实验获得的吸附参数作为初始值，应用所建数学模型模拟了排水条件下Cd在饱和土壤中的吸附和运移过程。结果表明，不同质地的土壤对Cd运移的阻滞作用有所差别；水动力弥散作用对Cd在土壤中的运移过程有明显的影响。对流弥散方程能较好地模拟排水条件下Cd在饱和土壤中的运移过程。     

除草剂莠去津在实验室和农田尺度土壤中运移模拟的主要研究进展

莠去津是世界范围内应用广泛的化学除草剂之一,在我国主要用于东北和华北地区的玉米田。在世界许多国家和地区的地表水和地下水中已检出了莠去津及其残留物。本文首先对莠去津在土壤中运移模拟的研究意义进行了概述,接着较详细地介绍并分析了国内外学者采用各种数学模型对该农药在实验室土柱(槽)和农田尺度土壤中运移模拟的主要研究进展,指出了国内外研究水平的差距,为国内有关领域的科研人员进一步深入开展与此相关的研究工作提供了一定的参考依据。     

畦灌施肥地表水流与非饱和土壤水流-溶质运移集成模拟：Ⅰ模型

本文基于零惯性量方程和一维对流-弥散方程建立起畦灌溉施肥地表水流溶质运移模型,并利用HYDRUS-2D软件模拟二维非饱和土壤水流溶质运移过程,以一维地表水流溶质运移模拟得到的通量条件作为二维非饱和土壤水流溶质运移模拟的上边界,利用编制的程序将两个模型进行集成,构建起畦灌施肥地表与非饱和土壤水流溶质运移集成模型。基于多时段分步迭代计算方法,实现沿畦长地表入渗溶质通量动态变化条件下的二维非饱和土壤水流溶质运移模拟。     

一维非饱和溶质随机运移模型的谱分析

本文根据宏观尺度条件下溶质运移的随机特征，在不考虑孔隙弥散的条件下，对一维非饱和溶质运移方程进行了简化。假设流速场及溶质浓度无普空间平稳随机函数，通过对一维非饱和溶运移的简化方程进行平均处理，导出了与小尺度对流一弥散方程相似的宏观尺度溶质运移的基本方程，并由谱分析导出了宏观弥散系数及溶质浓度方差的表达式。应用宏观尺度溶驼移方程为基础的数学模型对野外盐分迁移过程进行了模拟。模拟所得的溶质平均浓度及浓     

基于遗传算法的田间尺度土壤水力参数与溶质运移参数优化

合理确定田间尺度土壤水力参数和溶质运移参数,是保证农田土壤水盐动态模拟与预测正确性的的重要前提。本文开展了基于遗传算法（Genetic Algorithms, GA）与农田水文模型SWAP（Soil-Water-Atmosphere-Plant）耦合进行土壤水力参数和溶质运移参数优化的方法研究。GA以选择、交叉和突变三个算子为基础,融入小生境技术、精英保留策略、Micro-GA算子、蠕式突变等改进算法,同时我们引入了子体优生策略。本研究以完全嵌入方式耦合了GA与SWAP模型,以河套灌区曙光实验站为背景,采用土壤剖面分层含水率(θi)和溶液浓度(cml i)、土壤表层含水率(θsur)、实际土壤蒸腾蒸发量(ETa) 作为观测资料,开展了田间尺度土壤水力参数和溶质运移参数优化的数值试验与相应分析。结果表明：(1) 采用土壤分层信息 (θi和cml i) 作为观测数据,GA参数优化效果很好;(2) 仅采用ETa作观测数据时的参数优化效果欠佳,需慎重使用,而结合ETa与θsur后可提高优化精度; (3) 引入子体优生策略可提高GA的参数优化效率和精度。综上,结合GA与SWAP模型是优化田间尺度土壤水力参数和溶质运移参数的一种实用方法。