土壤水动力学考题以及答案doc(2)

2018-12-22 23:30

??x,t????0??i?erfc???????i (9) ??2Dt?x此即水平入渗时线性化方程的入渗解。

13.写出稳定蒸发条件下,土壤含水率及吸力分布的定解问题,简述其求解步骤?P136

定解问题为: ?D(?)d??K(?)?E (1) dz???s z?0 (2)

对方程(1)积分,并利用(2)的条件,可得

?sz?D(?)d? (3) ?K(?)?E?以上θs为土壤的饱和含水率,实际上潜水面处的土壤并非完全饱和,故应取小于θs的值。当非饱和土壤的扩散D(θ)和导水率K(θ)已知时,式(3)给出了稳定蒸发强度为E时土壤的含水率分布z~θ。

如果未知函数改用土壤水吸力s,相应于(1)、(2)的方程及条件为 K(s)???ds??1??E (4) ??dz? s?0 z?0 (5)

由方程(4),可知土壤水吸力分布应满足

z??1ds (6)

1?E/K(s)当已知K(s)和E后,利用(5)的条件,亦可由数值积分求出土壤水的吸力分布z~s。 为了对式(6)进行积分,将导水率K(s)用下面的函数形式表示 K(s)?a1 (7) sm?a2式中,a1、a2及m都是和土壤有关的常数。

将式(7)带入式(6),并令??E/a1,???a2?1,则可得到 z??1ds (8) ?sm??对于m=1,3/2,2,3,4等几种情况,由上式积分可得出潜水位以上土壤水吸力s与高程z的关系。 (1)m=1时,式(8)积分结果为z?1?ln(?s??)?c (9)

式中,积分常数由(5)条件定出,c??ln?

?1 (2)m=3/2时,令?3??/? 式(8)积分结果为

2?2s??2?1?1????s?s??z??ln??arctan?2??3??6???3???s?????????? (10) ???c???积分常数 c??133??

(3)m=2时,式(8)积分结果为

z?1??arctans?/??c (11)

??积分常数c=0。

(4)m=3时,令?3??,则式(8)积分结果为

????s?2??2s????1?1?1???z??2ln?2?arctan??c (12) 2?2????6????s?s??3?????3??积分常数c??1263??

(5)m=4时,令?4??/? 则

?s2??s2??2???s2??1?1?1???z??3ln?2?arctan?c (13) ?2??23??????s???4?2?s??s2???2?2?积分常数c=0。

因此,当土壤导水率的参数a1、a2和m已知时,由以上各式可求出在给定稳定蒸发强度E时,潜水位以上的土壤水吸力s的分布。 1.土壤化学过程的时间尺度P59 2.膨压和壁压

原生质体向外对细胞壁产生一定的压力,称为膨压。相应地细胞壁对内产生压力,称为壁压。膨压和壁压大小相等、方向相反。 3.土壤吸附等温线P60

吸附等温线是在温度一定情况下描述溶质的吸咐量与溶液中该溶质浓度关系的经验方程。这是一种单一离子的吸咐过程的方程,未考虑竞争吸咐在内。 4.分子扩散P126

扩散(Diffusion)指的是由于离子或分子的热运动而引起的混合和分散的作用,是一不可逆过程。它是溶液(或该组分成分)的浓度梯度引起的,只要浓度梯度存在,土壤溶液静止不流动时,扩散作用也存在。扩散作用常用费克第一定律来表示。

Js??D'sdC dx式中Js为溶质的扩散通量,mol?m?2s?1或kg?m?2s?1;D's为溶质的有效扩散系数m2?s?1;dCdx为浓度梯度。

5.描述土壤有机质分解的动力学模型有哪些?其适用条件是什么?P101

(1)零级动力学模型

Xt?X0?k0t

式中Xt为t时刻后,剩余的有机质量;X0为初始有机质量;k0为分解速率常数。

该模型适用于易于分解的新鲜有机质。 (2)一级动力学模型

?dX?kX dt积分后得,Xt?X0e?kt

该模型适用于一般有机质分解。

如在有机质分解过程中,微生物群的大小和组成随时间而变化或有机物质颗粒随时间而粉碎,增大了与微生物接触的表面积,都会使其分解速率改变而偏离简单的一级动力学方程。

在有机质分解过程中的初期阶段,易分解的有机质成分较多时,实际分解速率往往高于一级动力学所预测的速率。而后期当难分解的有机质,如木质素等占优势时,则实际分解率又低于一级动力学所预测的。因此有的学者建议,有机质的总分解速率可以用每种级成的分解速率之和表示。

nndXdXi?????kiXi dti?1dti?1式中i表示有机质的组成。

但土壤中有机质的确切组成与数量不易获得,上述模型的应用有一定局限。Hunt(1978)建议将有机质的组成简化为两大类,一类分为易分解的,如糖、淀粉和蛋白质,另一类为难分解的,如纤维素、

木质素、脂肪和树脂等。各自都以一级动力学速率分解,但参数不同。

Xt?Le?kt?(1?L)e?ht

式中L为易分解有机质的初始比例;k和h分别为易分解和难分解有机质的分解速率常数。

6.从田间土壤中提取土壤溶液采用什么方法?如何提取?P46

(1)压力法

由田间采集数千克土样,防止蒸发,携回实验室,置于压力室(罐)内,用压缩空气加压,土壤溶液通过下部透水膜流出。然后用此土壤溶液测定所需了解的项目。此法缺点为需采集大量土样,并且不能获得定位土壤溶液的动态资料。

(2)离心法

采集土样,用离心力分离土壤溶液。 (3)置换法

这是早期土壤工作者曾采用的方法(Page,et al.,1982)。将潮湿土壤填装于底部有出口的柱中。在柱上部倒入置换液体,当置换液体向下渗透时,原有的土壤溶液被置换,集中于土柱下部,逐步达到饱和,由出口流出。常用的置换溶液为水和乙醇,也有用0.5%的KCNS溶液的。此法的关键为土壤装填的紧实度,过于紧实常使渗透性太差。细质地土壤要注意避免形成泥浆。置换时间过长,会引起微生物活动,如反硝化作用等,而改变溶液组成。此法优点为可以获得真实土壤溶液,其缺点为操作上经验性强,费时太长,同时需较大量土壤样品,因此后来不大应用。


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