田间条件下多层非均质土壤水分运动实验与数值模拟

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作为连接地球临界带中大气水和地下水纽带的土壤水是作物、草地、植被生长发育需水的直接来源。本文以国家重点基础研究计划(973计划)“气候变化对旱涝灾害的影响及风险评估”(2010CB951102)为支撑,与中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心合作,基于土壤水动力学的基本理论,以栾城试验站5m以上土壤水分运动参数的测定、土壤负压、土壤蒸散发的观测为基础数据,建立了作物生长条件下一维层状土壤水分运动的数值模型并对其进行了率定、验证和评价,并以经率定和验证参数的模型为基础分析了变化环境条件下典型区域的土壤水分的运动变异性,得到如下结论:   (1)基于土壤水分运动基本理论与偏微分方程的数值解法,编写了作物生长条件下田间一维层状非饱和土壤水分运动的计算机程序。   (2)通过实验的方法将栾城试验站5m以上土壤分为了五层,并测定了不同土层土壤水分运动的基本参数(主要是土壤特征曲线和土壤非饱和导水率)和利用张力计连续测定土壤不同时间段负压值。   (3)通过一年实验观测,发现栾城试验站9m处负压值在年内不同月份有明显变化,说明在该地区土壤的9m处仍存在土壤水分的入渗。   (4)利用一次灌溉后土壤水分运动变化情况对实验所得参数进行率定,再利用一次降雨后土壤水分运动变化情况验证模型。   (5)最后对假设未来气候变化引起的蒸散发减小土壤水分运动进行了一次模拟,模拟结果表明,在未来蒸散发减小的情况下,表层土壤含水量减小速度减慢,从节水灌溉来说,这是有利于农业生产的。
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