土壤水气热传输综合动力学特征及其参数确定方法

水气热是作物生长的基本营养要素，其在土壤中传输特征不仅影响土壤物理化学和生物过程，而且与水肥高效利用和生态环境密切相关。因此，土壤水气热传输特征及其动力参数的确定方法成为世界各国研究的热点问题，并开展了大量研究工作，取得了显著进展。但由于土壤水气热传输的复杂性，对三者传输特征相互关系缺乏清晰认识，未提出确定三者动力参数综合方法，限制了相关理论与模型的应用。本研究采用理论分析、试验研究、数学模拟相结合方法，深入系统分析土壤水气热传输的综合动力特征，借助土壤物质传输的毛管理论、分形理论、空间变异理论及国内外研究成果，阐明水气热传输动力学特征及其空间变异性间关系，建立土壤水气热传输动力学特征综合理论关系，以及描述土壤水气热传输动力学特征参数的综合模型，提出利用土壤物理化学基本特征确定土壤水气热传输动力学参数简单方法，为利用动力学模型模拟分析土壤水气热传输过程和优化田间物质管理措施提供理论和方法。

通过研究各种因素对土壤水气热传输动力学特征的影响程度，借助土壤物质传输的毛管理论、分形理论、空间变异理论，分析水气热传输综合动力学特性，建立描述土壤水气热传输动力学特征及其动力学参数的数学模型，分析土壤水气热动力学参数的时空变异特征，提出确定土壤水气热传输动力学参数简单方法，为利用动力学模型研究土壤水气热传输动力学特征提供理论和方法。主要成果如下：.（1）研究了土壤含水率、容重、土壤结构、土壤温度、植被类型、植被根系、土壤结皮、土石混合介质、土壤改良剂对土壤导气率的影响，分析了土壤导气率变化规律，建立了其与各影响因素间的定量关系。.（2）验证了Moldrup提出的土壤导气率理论模型的适用性，研究了原状土与扰动土气液两相传递参数模型中的弯曲连通系数间差异，结果显示对于气相和液相存在不同的弯曲连通系数。.（3）分析原状土和扰动土水分特征曲面间差异，比较直接测定法与间接预测法确定水分特征曲线的区别；对比分析了导气率与导水率间的关系，结果显示在含水量接近田间持水量时的土壤导气率和饱和导水率之间存在对数线性关系。.（4）在较长的时间尺度上开展了土壤导气特性空间变异研究，结果显示土壤水气热动力学参数在田间尺度、流域尺度、全省大区域尺度上均有较强的变异特征，并且与土壤物理基本参数之间有着较大的关联性，并且变异系数可以较好表征土壤导气率的时空变异性。同时，利用person相关系数分析了主要影响因素与土壤导气率之间的相关关系，容重、饱和度是影响土壤导气率的主成因素。分析采样幅度、采样间距等因素对表征土壤导气率空间变异的变异系数、相关距离和自相关的Moran’s I指数三个指标的影响，客观地反映了田间土壤导气率空间变异状况，为合理布点采样提供参考。.（5）构建通过土壤物理基本性质估计导气率的函数关系式，并验证其具有一定程度的适用性。此方法可以用于野外实验条件下，简单、快速的推求土壤导气率。提出利用土壤颗粒组成、有机质含量和Ke系数的关系式计算土壤导热率，此方法可以纠正在偏砂质土壤的实际测量中的误差。