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条带覆盖下土壤水热动态的田间试验与模型建立

摘要:本文描述了夏玉米生长期间麦秸条带覆盖(行间覆盖)条件下土壤水热动态的田间试验.在此基础上,采用交替方向有限差分法建立了模拟苗期条带覆盖下土壤二维水热迁移的数值模型.其中覆盖部分土壤表面的边界条件由能量平衡方程确定.模型的输入只需常规气象资料、土壤水热迁移参数及覆盖参数.数值 计算 结果表明,该模型具有一定的实用价值.

关键词:条带覆盖 水热动态 模型 模拟

  蒸发条件下土壤表层的水分运动受温度和水势梯度的控制,但传统的描述非饱和土壤中水分运移 规律 的模型均假定土壤为等温系统,如:Gardner(1959)[1]、Hanks等(1969)[2]、Staple(1971)[3]、任理(1991)[4]. Philip(1957)从 理论 上得出,除非在非常低的含水率条件下,否则由温度引起的水分流动相对来说并不重要[5,6].然而,Jaksn等(1974)的计算表明,在田间条件下,由温度引起的水汽流动在中等土壤含水量时就能显著地表现出来[5,7].裸土或作物苗期土壤水分的损失,大部分是穿过表层10左右的干土层发生的.日温度大的变化发生在上层15的土壤中,它可以 影响 穿过干燥层的水汽流动(Papendik,1973)[8],因此,模拟和 分析 蒸发条件下的土壤水分动态应同时考虑水和热的传输.

  Philip与de Vries(1957,1958)提出了描述土壤水热耦合迁移的理论[9,10],近二十年来,国内外学者对蒸发条件下土壤水热迁移的耦合计算进行了广泛的 研究 [11,12,13,14,15,16,17,18]. 在二维土壤水热迁移 问题 的研究方面,Jury和Bellantuni(1976) 发展 了一个反映表面铺盖矩形岩块的均匀田间土壤在温度梯度下热流和水汽运动的二维数学模型,结果发现,只有考虑包括温度与热传导关系时,计算值才与实测值有很好的一致性[19,20]. hung和Hrtn(1987)对地面采用部分覆盖下的土壤水热流动进行了数值试验,但没有田间实测资料的检验[21].杨邦杰(1989)对土壤不均匀、地表平坦或起伏不平时的二维土壤蒸发过程的数值模型进行了研究[22]. Sui Hngjian和Zeng Deha等(1992)用数值模型对不同覆盖下土壤温度和水分动态进行了模拟[23].

  为了探讨行间条带覆盖对夏玉米生长条件下的土壤水热动态的影响,作者在北京通县永乐店试验站进行了田间试验,并本着简捷实用的原则,依据Philip和de Vries(1957,1958)提出的土壤水热流动理论和已有的研究成果,以夏玉米生长前期麦秸条带覆盖下的田间试验为背景,建立了土壤二维水热迁移的数值模型.

2 田间试验

  2 .1 试验布置 田间玉米行间裸地的麦秸覆盖宽度约30(玉米行距为60).覆盖量相当于400kg/亩.在试验小区内,沿覆盖层中线、边缘及无覆盖的裸地设3个土壤温度剖面,这3个剖面水平相距分别为15和10.剖面上测点埋深为5、10、20、30、50.在覆盖层与土壤交界面处用曲管地温计量测界面处的地表温度,在对照区地表和覆盖层表面采用直管温度计测定温度.用于测量土温的铂热电阻安装前均进行了率定.观测时使用万用表测定铂热电阻值,然后依据分度表及田间校正值拟合的标准曲线换算出相应的土壤温度.中子管埋设在麦秸覆盖层中线,水分动态由标定后的中子仪测量.

  2.2 试验结果分析 图1反映了麦秸覆盖层中线下土壤温度随时间的变化过程.图2、
        
         图1 覆盖层中线下土壤剖面实测温度(1993.7.3-7.4)

          
         图2 覆盖层边缘下土壤剖面实测温度(1993.7.3-7.4)

           

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条带覆盖下土壤水热动态的田间试验与模型建立

摘要:本文描述了夏玉米生长期间麦秸条带覆盖(行间覆盖)条件下土壤水热动态的田间试验.在此基础上,采用交替方向有限差分法建立了模拟苗期条带覆盖下土壤二维水热迁移的数值模型.其中覆盖部分土壤表面的边界条件由能量平衡方程确定.模型的输入只需常规气象资
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