黑土区保护性耕作土壤有机碳动态的模型模拟研究

【目的】保护性耕作是恢复和提高土壤肥力的重要措施,土壤有机碳在保持土壤肥力、维持作物生长与保护土壤环境方面具有非常重要的作用。然而,目前国内仍然缺少研究长期耕作的监测平台,因此采用模型的方法有助于研究长期保护性耕作下土壤有机碳的动态。【方法】依托东北黑土地保护性耕作长期定位试验地,选取免耕(NT)、秋翻(MP)、垄作(RT)3种处理下的土壤为研究对象,优化过程模型(RothC、AMG模型)与统计模型(MLPNN模型)的结构与参数,对比模拟长期保护性耕作下土壤有机碳储量的动态变化,评估不同模型对保护性耕作土壤有机碳动态模拟与预测的效果,并揭示东北黑土有机碳对保护性耕作的长期响应及其影响因素。【结果】优化有机碳在模型中各碳库的分配系数后,RothC与AMG模型模拟误差显著降低。保护性耕作实施的前11年(2001—2012),RothC与AMG过程模型对土壤有机碳的动态变化模拟效果没有显著差异,说明过程模型复杂的结构对持续时间相对较短的试验模拟效果没有显著影响,统计模型MLPNN的模拟结果与过程模型相似,验证了统计模型在田块与样地等小空间尺度内的应用效果。未来100年RothC与AMG模型预测的MP处理土壤有机碳变化趋势相同,但RothC模型预测结果得出,NT与RT处理土壤有机碳表现出先增长后达到平衡的趋势,但AMG模型模拟的结果却是有机碳一直处于增长趋势,这可能与土壤碳饱和效应与耕作处理的影响有关。RothC与AMG模型对碳投入都具有很高的灵敏度,但对气候因素与土壤因素变化的响应却存在差异。【结论】模型模拟长期保护性耕作土壤有机碳动态时需要因地制宜选择合适的预测模型。在预测保护性耕作土壤有机碳的短期变化时可以采用结构较为简单的AMG过程模型;在进行长期预测时,可以采用结构较为复杂的RothC模型。在特定条件下,统计模型MLPNN在田块与样地等小空间尺度上对土壤有机碳的模拟与过程模型具有相近的效果。

水土流失灾害研究:地貌遥感与模型模拟

土壤为人类提供了生存空间,也是生态系统的重要组成部分。土壤侵蚀是土壤健康最严重的威胁之一,导致土壤碳流失与养分流失、土地退化、区域贫困等生态环境与社会经济问题,受到全球关注。然而,土壤侵蚀研究在过程机理、模型模拟等方面面临难题与挑战。①过程机理研究以侵蚀过程的有效监测为基础。传统监测方法难以实现较大范围以及地形极端复杂区域土壤侵蚀过程的精细监测。

水土流失灾害研究:地貌遥感与模型模拟

土壤为人类提供了生存空间,也是生态系统的重要组成部分。土壤侵蚀是土壤健康最严重的威胁之一,导致土壤碳流失与养分流失、土地退化、区域贫困等生态环境与社会经济问题,受到全球关注。然而,土壤侵蚀研究在过程机理、模型模拟等方面面临难题与挑战。①过程机理研究以侵蚀过程的有效监测为基础。传统监测方法难以实现较大范围以及地形极端复杂区域土壤侵蚀过程的精细监测。

用RothC-26.3模型模拟玉米连作下长期施肥对黑土有机碳的影响

用RothC (Version 2 6 .3)模型模拟研究东北地区黑土长期定位施肥试验中玉米连作下土壤有机碳 (SOC)含量的变化。从 2 4个施肥处理中选取了无肥 (对照 )、氮肥、氮肥配施厩肥、氮磷钾肥配施、厩肥 5个处理 ,对耕层土壤SOC的模拟值与实际测定值进行了比较。模型预测值与实测值之间吻合较好 ,说明RothC模型可以很好的用来模拟东北温带气候区现有耕作管理条件下黑土SOC的动态变化。结果表明 ,在当前常规耕作秸秆不还田条件下 ,整个试验期间不施肥 ,SOC含量持续下降 ;单施氮或施氮磷钾不能维持耕层 (2 0cm)SOC含量 ;厩肥配合施用化肥 ,则会增加SOC含量。保持这种管理方式不变 ,SOC将持续下降至新的平衡点。模拟结果表明 ,如果实施秸秆还田 ,到 2 0 2 2年时无肥、氮肥、氮磷钾肥、氮肥配施厩肥和氮磷钾配施厩肥等处理区的SOC较 2 0 0 2年将分别增加 2 6 %、4 0 %、4 5 %、38%和 4 6 %。RothC模型可用来评价不同管理方式下黑土SOC变化趋势 。

用两相流模型模拟混流式水轮机内空化流动

本文采用两相流中两流体模型模拟混流式水轮机转轮内三维湍流空化流场 ,基于两相流中两流体模型的理论和方程 ,推导了水轮机转轮中空化两相流的两流体基本方程 ,并利用k -ε -kp 两相湍流模型计算水轮机转轮中三维空化两相湍流。计算结果包括了液相和空泡相的主要流动特征 ,模拟结果可初步预测流体机械空化性能 。

水稻时域后向散射特性分析:雷达卫星观测与模型模拟结果对比

利用已有的微波后向散射模型模拟计算了水稻的雷达后向散射特性,分析了一个生长周期内水稻冠层与微波电磁波的相互作用。重点分析植物物理参数对其后向散射特征的影响及其随极化而变化的规律,以及这些特征在整个水稻生长周期中的变化规律。输入后向散射模型的数据包括通过田间测量获取的水稻物理参数。在地面测量的同时或准同时获取了中国广东肇庆试验区的多时相雷达卫星（RADARSAT）遥感图像。雷达卫星观测结果和后向散射模型模拟计算结果的比较分析表明:在水稻的生长过程中,水稻的后向散射特征随其物理参数的周期性变化而变化,并且在不同的极化状态具有不同的变化规律,这从理论上预示了多时相多极化雷达遥感技术进行水稻长势监测的潜力。

施肥量对生菜养分与长势的影响及模型模拟

为了研究不同施肥制度对设施生菜长势及产量的影响,将样本分为氮磷钾重度缺失、中度缺失、轻度缺失、正常及过量施用13个处理.在整个生育期利用机器视觉技术连续获取生菜冠层主视及俯视图像,提取与生菜长势显著相关的冠幅投影面积、冠幅周长及株高信息.利用灰色系统理论,研究生菜养分质量分数、长势及产量三者间的灰色关系.不同营养对生菜长势影响从大到小依次为氮,磷,钾,进一步分析了不同施氮条件下,生菜体内的磷钾质量分数及产量的变化规律,当产量达到最大时,氮磷钾3种元素质量分数分别为4.83%,0.63%和2.82%,且氮磷钾元素间存在一定协同交互作用.结合环境信息和生菜“慢-快-慢”的S型生长规律,建立了3个生长时期的养分质量分数与长势关系模型,为指导设施生菜科学施肥,高产栽培提供依据和理论指导.

水环境非点源污染的模型模拟

由于水环境非点源污染问题越来越受到人们的重视 ,非点源污染模型得以快速发展 .首先简介了非点源污染模型的基本概念 ,然后把模型的研究发展历程划分为三个阶段 ,并分别进行了回顾 .为了给模型的应用者提供一个简单的选择依据 ,文中把常用的一些模型进行了比较研究 .最后还系统分析了当前模型的不足之处 ,概括了其研究和发展的趋势 。

线性和非线性光谱混合模型模拟土壤、植被混合光谱的效果分析

论述模拟混合光谱形成的几种主要光谱混合模型,并用实验数据对线性模型和一种非线性模型的模拟效果进行比较。结果表明在实验区域中非线性模型模拟的效果并不比线性模型好,但因为非线性模型考虑了土壤、植被光谱之间的相互作用,其模拟的效果通常不会比线性模型差。

模型模拟教学联合PBL教学法在门诊抽血室实习带教中的应用效果

目的探讨模型模拟教学法联合PBL教学法在门诊抽血室实习带教中的应用效果。方法选取2017年4月~2018年3月来医院门诊部抽血室实习的84名护生随机均分为对照组和观察组,每组42名,对照组采取常规教学法带教,观察组采取模型模拟教学法联合PBL教学法。比较两组护生的静脉采血成功率、患者满意度及护生对教学方法的满意度评分和护生的出科成绩。结果观察组护生的静脉采血成功率、患者满意度及护生对教学方法的满意度评分均高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05),观察组护生的出科理论成绩及静脉采血操作成绩高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论在门诊抽血室应用模型模拟教学法联合PBL教学法对护生进行带教有利于提高护生的学习兴趣和积极主动性,提高他们的临床操作能力和理论联系实践的能力,效果优于传统教学法,值得推广。

三维模型模拟迭代成图技术在准噶尔盆地南缘复杂构造区构造转深中的应用

霍尔果斯背斜、玛纳斯背斜及吐谷鲁背斜同属准噶尔盆地南缘山前褶皱带第2排构造,这3大构造是早期褶皱与后期断层突破及中深部双层构造的叠加组合。对于这样的复杂构造,常规的速度分析与构造转深误差较大。针对存在的问题,三维模型模拟迭代这一变速成图方法非常适合南缘复杂构造的时深转换。该方法实现由地震叠加速度形成转深层速度模型,叠加速度谱的拾取强调解释层位与断裂的控制。三维模型模拟迭代变速成图方法提高了准南复杂构造成图精度,在霍、玛、吐背斜带构造成图的应用中取得了良好效果。

探讨3D打印骨折模型模拟操作与传统术前计划对复杂髋臼骨折手术效果的影响

目的:探讨3D打印骨折模型模拟操作与传统术前计划对复杂髋臼骨折手术效果的影响。方法:回顾分析复杂髋臼骨折手术患者40例,按术前计划方式分为对照组20例(接受传统术前计划)和研究组20例(接受3D打印骨折模型模拟操作术前计划),比较两组手术效果,如手术时间、术中出血量、术后引流量、骨折复位满意度、髋关节功能评分等。结果:研究组解剖复位率15.00%高于对照组10.00%,但差异无统计学意义(P>0.05),复位满意度75.00%高于对照组40.00%,复位不满意率10.00%低于对照组50.00%,差异有统计学意义(P<0.05)。研究组手术时间、术中出血量、术后引流量低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。术前两组患者髋关节功能评分比较,差异无统计学意义(P>0.05),术后,研究组Harris髋关节功能评分高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:实施复杂髋臼骨折手术前,用3D打印骨折模型模拟操作,可提升医生操作熟练度,降低术中出血、术后引流量,缩短手术时间,患者术后各指标更为优良,利于疾病康复。

城市屋面降雨冲刷污染物变化模型模拟研究

城市屋面降雨径流污染是受纳水体质量恶化的主要影响因子。以典型屋面作为汇水单元,开展天然降雨情况下雨水径流水文水质过程监测试验,水质指标包括SS、COD、TN。利用雨水径流产流负荷替代降雨强度校正了传统冲刷模型,研究有效降雨深度与径流水质之间的相关函数关系,构建了雨水径流污染物浓度变化模型,对相关参数进行求解。模型模拟的SS、COD、TN的浓度变化过程精度较高,纳什效率系数均在0.87以上。表明模型的实用性较好,可为城市雨水资源高效利用、面源污染控制技术与措施制定、海绵城市建设等提供依据。

药物动力学单室模型模拟实验的仪器改进及应用

采用三颈瓶和T型管设计了药物动力学单室模型模拟实验的教学仪器,改进原有仪器(双支管锥形瓶)的缺点,并用实际的实验数据验证改进仪器的可行性。结果表明改进仪器组装方便,价廉易得,由实验数据计算得出的药动学参数与理论值相符合,学生能够更直观地理解单室模型的原理,达到了良好的教学效果。

水对排土场边坡作用的模型模拟分析

本文通过潘洛铁矿大格排上场边坡的模型模拟研究，探讨了水对松散体边坡的作用；水在松散体内的运动方式。水的作用及其运动结果在边坡表面形成冲沟、泥沙流失；在边坡内部形成潜蚀管道、松散体强度降低使边坡岩土体产生滑动和蠕动或者水土体形成泥石流。

湖泊水位资料与模型模拟恢复的6000年前全球湿润状况的对比研究

本项研究是ＰＭＩＰ（ＰａｌａｅｏｃｌｉｍａｔｅＭｏｄｅｌｉｎｇＩｎｔｅｒｃｏｍｐａｒｉｓｏｎＰｒｏｊｅｃｔ）国际合作项目中有关模型模拟与观测资料对比的一部分。模型试验对象是６０００ｙｒ．ＢＰ的全球湿润状况。模拟试验以检测太阳辐射变化对全球大尺度气候系统的影响为主要目的。观测资料是利用地质证据恢复的古湖泊水位变化，实际上是某一地区的有效降水（降水减蒸发）的变化。通过两者的比较发现，所有模拟试验均能重现６０００ｙｒ．ＢＰ在亚洲南部与非洲北部的湿润环境，从而证实了因太阳辐射变化导致的亚洲与非洲季风的增强。但模拟的季风增强无论是强度还是范围均小于地质记录。原因很可能是模拟试验中下垫面特征用“现代”的来处理。模拟试验对北半球夏季辐射增加造成的西风带北移及由此引起的中纬度地区的气候变化不够成功。绝大多数模拟对受洋流与海温影响较大的地区是失败的。主要原因可能是所有ＰＭＩＰ中的模拟试验都未考虑海洋的作用。

某水库崩积坡坍岸模型模拟预测

针对某水库蓄水后库区崩积坡因水环境改变引起的库岸再造坍岸问题,结合现场崩积物分布发育和历史洪水坍岸调查成果,开展了不同稳定坡角和水位条件下的室内模型试验研究,进行了图解法坍岸宽度预测和极限平衡法坍岸稳定计算,并对库区崩积坡坍岸进行了综合评价。模型试验揭示的崩积坡坍岸模式与现场历史洪水坍岸特征较接近,图解法和极限平衡法结果吻合较好。定量预测的库区典型崩积坡坍岸宽度和高程为水库工程建设和移民安置提供了技术支持。

体感诱发电位检测中电刺激场分布的模型模拟

采用镜像法 ,对经皮刺激电极下人体组织中电位场和电流密度场的分布进行了理论的推导 ,得到了场分布的解析解 ,以此解析解为基础 ,推导出电极下场分布的数值解 .在此基础上 ,通过模拟实验进行了验证 .结果表明 ,刺激电极下的电场与电流场分布是不均匀的 ,当刺激电极安放在被刺激神经正上方并沿神经走行方向放置 。

RothC模型模拟华北潮土区的土壤有机碳动态

运用RothC(Version 26.3)模型,模拟研究华北地区典型潮土长期定位施肥试验小麦-玉米轮作下土壤有机碳(SOC)含量的变化。本研究选取潮土区较为常见的6个典型施肥处理:不施肥(CK)、单施氮肥(N)、氮磷配施(NP)、氮磷钾配施(NPK)、氮磷钾配施有机肥(NPKM)和氮磷钾配施秸秆(NPKS),对耕层土壤SOC的模拟值与实际测定值进行了比较。除NPKS处理外,其余各处理模型模拟值与实测值之间吻合较好。将NPKS处理植物碳DPM/RPM由1.44调至3.35后,模拟效果明显改善。RothC模型可用来模拟和预测不同施肥措施下潮土SOC变化趋势,但在大量秸秆还田时需调整部分模型参数。

深厚表土层建井的渗透稳定性模型模拟研究

本文通过淮北海孜矿第四系底部含水层（简称底含）向矿井泄水的模型模拟研究，探讨了深厚覆盖层建井（井筒）的渗透稳定性。文中着重讨论了底含突水状态下，地下水渗流运动规律，底含土体的渗透变形类型、临界水力坡降，以及渗流对位于其中井筒的稳定性影响。这一成果为从水动力作用角度去定量分析黄淮地区井筒破裂原因提供了地质—物理模型，同时也是对深埋藏土体中的有关工程渗透稳定问题的有益尝试。