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不同系统温度对蓄水单坑土壤水氮运移参数影响试验研究与模型验证

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摘要

第一章 绪论

1.1 问题的提出及研究意义

1.2 国内外研究综述

1.2.1 国内外水分研究进展

1.2.2 国内外水氮运移的研究进展

1.2.3 国内外水热耦合的研究进展

1.2.4 国内外水氮热耦合的研究进展

1.3 本文的研究目的、内容及方法

1.3.1 研究目的与研究内容

1.3.2 研究方法和技术路线

第二章 不同系统温度对土壤水分运动参数的影响试验研究

2.1 不同系统温度对土壤水分特征曲线的影响

2.1.1 供试材料

2.1.2 试验原理

2.1.3 试验设计

2.1.4 测试方法

2.1.5 试验结果与分析

2.2 不同系统温度及土壤体积质量对土壤饱和导水率影响

2.2.1 试验设计

2.2.2 测试方法

2.2.3 试验数据处理

2.2.4 试验结果与讨论

2.3 不同系统温度对非饱和土壤导水率的影响

2.3.1 试验结果与讨论

2.4 系统温度对土壤水分扩散率的影响

2.5 本章小结

第三章 系统温度对土壤溶质运移参数的影响试验研究

3.1 系统温度对非饱和土壤中的水动力弥散系数的影响

3.1.1 试验设计

3.1.2 测试方法

3.1.3 试验计算

3.2 系统温度对土壤氮素转化参数的影响

3.2.1 土壤铵态氮吸附参数

3.2.2 土壤铵态氮硝化速率

3.2.3 土壤硝态氮反硝化速率

3.3 本章小结

第四章 蓄水单坑土壤水氮运移数值模拟与模型验证

4.1 不同系统温度条件下蓄水单坑土壤水氮运移的数学模型

4.1.1 模型的建立

4.1.2 模型的基本假设

4.1.3 控制方程

4.1.4 初始条件和边界条件

4.2 数学模型的求解

4.3 模型的有效性分析

4.4 数学模型参数的选择

4.4.1 土壤水分运动的参数

4.4.2 非饱和土壤水动力弥散系数

4.4.3 土壤氮素转化参数

4.5 模型验证

4.5.1 土壤湿润锋验证

4.5.2 土壤含水率结果验证

4.5.3 土壤铵态氮含量验证

4.5.4 土壤硝态氮含量验证

4.6 本章小结

第五章 结论与建议

5.1 研究成果

5.2 对未来的建议

参考文献

致谢

1.攻读硕士期间参加的科研项目

2.攻读硕士期间发表的论文

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摘要

在我国农业发展的过程中,水资源的短缺和氮肥利用率低的现状已经成为一个突出问题。蓄水坑灌法是一种能同时实现保水保肥的节水灌溉方法,它适用于我国北方的山区果林地区。本文结合国家自然科学基金项目《蓄水坑灌施条件下土壤水氮热耦合效应与机理分析》(51249002),对不同系统温度蓄水单坑土壤水分运动参数以及氮素运移参数进行了室内试验的测定,研究分析了系统温度对土壤水分运动参数以及氮素运移参数的影响,建立数学模型,并运用相关试验数据对该数学模型进行验证,成果如下:
  1.系统温度对土壤水分运动参数的影响,主要表现在系统温度对土壤水分物理特性、状态以及土壤结构的影响。系统温度的升高,会使得土壤水分表面张力、粘滞系数减小,进而引起导水能力的增强以及土壤水势的改变。主要表现在:当土壤体积质量、体积含水率为一定值,系统温度的升高会使得土壤饱和导水率、非饱和导水率、扩散率呈现出不同程度的增大趋势。而在对比系统温度和体积质量对饱和导水率的敏感性分析,土壤饱和导水率对土壤的体积质量变化较为敏感。
  2.系统温度对氮素运移参数的影响,主要表现在系统温度对土壤水分运动影响以及系统温度对土壤中硝化细菌活性等的影响。主要表现在:在试验用系统温度为5℃~35℃的范围内,随着系统温度的升高,土壤氮素转化参数(包括:铵态氮吸附参数、铵态氮硝化参数以及硝态氮反硝化参数)都有相应的增大趋势。
  3.建立不同系统温度条件下蓄水单坑土壤水氮运移的数学模型,该模型建立在假设供试土壤均质、各向同性、且骨架不变形的基础上,用VB语言进行编程计算,并利用室内实测数据对该数学模型进行验证。结果表明:在不同的系统温度条件下土壤的湿润锋运移、土壤体积含水量、土壤中铵态氮的含量以及土壤中硝态氮的含量随土壤深度的变化过程中的模拟值与实测值吻合较好,相对误差较小,说明建立的数学模型是正确的。

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