基於SPAC系統的氮遷移動力學及模擬研究

《基於SPAC系統的氮遷移動力學及模擬研究》是依託中國礦業大學，由楊德軍擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於SPAC系統的氮遷移動力學及模擬研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊德軍
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

本項目採用現場試驗、理論建模和數值分析相結合的方法，以氮肥為主要的試驗和模擬研究對象，對基於土壤－作物－大氣系統（簡稱SPAC系統）的氮遷移動力學和模擬問題進行研究。基於SPAC系統作物覆蓋條件下溶質地表徑流試驗和NRCS模型理論，揭示作物植被類型、水保持力常數、徑流量和溶質徑流量的相關規律，建立溶質地表徑流遷移模型；基於SPAC系統不同作物對氮回響規律的試驗和生長率折減係數理論，以土壤水動力學IRE方法為數值分析手段，建立作物根系的氮吸收模型；同時開展數值模擬方法的研究，完善包含土壤水動力學、溶質地表徑流及擴散運移和作物根系吸收等過程的氮遷移動力學理論，建立水－污染物－根吸收耦合的氮遷移動力學模型。項目的研究成果不僅能完善土壤水動力學和多孔介質污染物遷移動力學理論，而且擬建立的氮遷移動力學模型對最佳化水肥使用和防治農業面源污染具有一定的套用價值。

結題摘要

本項目採用室內試驗、現場試驗、理論建模和數值分析相結合的方法，以土壤水和氮肥為主要的試驗和模擬研究對象，對基於土壤－作物－大氣系統（簡稱SPAC系統）的土壤水動力學，氮遷移動力學及相關模擬問題進行了研究。本課題主要取得了以下幾方面成果：第一，基於SWMS_2D模型，耦合了根系生長，作物生長和氮吸收模組。根系生長模組包括兩個子模組，一個是基於累計溫度值的根系貫穿模組，另一個是根長密度分布函式模組。作物生長模組採用了EU-ROTATE_N中的作物生長模組，作物乾重的計算考慮了土壤水分影響因子, 氮影響因子, 和溫度影響因子。根據不同的生長階段，採用了不同的生長係數。氮吸收模組的計算主要基於作物乾重和氮含量兩個變數。第二，基於對四類不同作物的農田進行的土壤緊實度和土壤含水率的試驗監測，揭示了土壤緊實度和土壤含水率的負相關關係。使用Ayers模型和Upadhyaya模型對相關關係擬合結果的決定係數，相比於線性模型略有增加。第三，對降雨條件下，施入硝酸鈉和尿素的土壤氮素遷移轉化進行了室內土柱實驗研究，結果表明，土柱中總氮含量的變化趨勢大體相似。向土壤中施入硝酸鈉，土壤水中的總氮淋失量較高；而向土壤中施入尿素，土柱底層滲漏的氮量較低。第四，基於Gardner提出的模型，對潛水穩定蒸發條件下，歐洲地區5種土體回響進行了模擬研究。數值實驗結果表明：土壤含水率和對數坐標系下的土壤水吸力分布曲線分別呈現單拐點和雙拐點的特點；相同地下水埋深條件下，土體的最大蒸發強度與黏粒含量呈負相關關係。此外，對降雨條件下土體的入滲回響進行了模擬研究，研究發現土體入滲回響主要與土壤飽和導水律成正相關關係，與其它物理參數關係較小。項目的研究成果不僅能完善土壤水動力學和多孔介質污染物遷移動力學理論，而且建立的氮遷移動力學模型對最佳化水肥使用和防治農業面源污染具有一定的套用價值。