1樓：中地數媒
一、土壤水分特徵曲線
土壤水分特徵曲線是土壤吸力s和含水率θ之關係曲線。雖然它不是模型中的一個直接引數，卻是一個間接引數，通過它可以進行吸力s（或基質勢ψ=-s）與含水率θ之變換以及求取其他重要引數，如k（θ）。水分特徵曲線的高吸力部分和低吸力部分可通過壓力膜儀和懸掛土柱法試驗求得。
由壓力膜儀求得的水分特徵曲線資料進行擬合（圖9-1），其擬合方程為：
s=1.95 θ-3.
54式中：s為土壤對水的吸力（cmh2o）；θ為體積含水率（cm3/cm3）。
圖9-1 土壤水分特徵曲線
二、非飽和水分擴散度dw(θ）
採用水平土柱吸滲法測定非飽和水分擴散度dw（θ）（陳文新，1996）。其原理是取一長度為100 cm的水平土柱，使其密度均一，且有均勻的初始含水率。在土柱進水端維持一個接近飽和的穩定邊界含水率，並使水分在土柱中作水平吸滲運動。
據此，建立一維水平流動的數學模型，求出其解析解，即可得到dw（θ）的計算公式。將計算的dw（θ）與實測的含水率θ採用指數函式進行擬合，可得dw（θ）-θ關係表示式。本試驗土樣取樣深度為0～4m，ρ=1.
41g/cm3，初始含水率為4.74%。分耗水量不同（80ml和114ml）做了兩次試驗，最後根據dw（θ）與θ擬合效果，選擇第二次試驗結果。
採用最小二乘法擬合得（圖9-2）：
dw（θ)=0.011e13.34θ（cm2/min）=15.99 e13.34θ（cm2/d）
圖9-2 dw（θ）實測值與擬合值之比較
（耗水量=114ml）
三、非飽和土壤導水率k（θ）
目前，對非飽和土壤導水率k（θ）的研究較多，確定方法有間接計演算法和直接測定與計演算法。前者是在已知土壤水分運移的其他引數（如水分特徵曲線、飽和導水率和水分擴散率等）後，通過它們相互之間固有的關係，來間接獲得非飽和土壤導水率k（θ）；後者是通過室內或野外直接測定不同時刻的含水率和基質勢確定。
（一）間接計演算法
由水分特徵曲線和水分擴散度計算得到
由壓力膜儀測得的水分特徵曲線為：
s=1.95θ-3.
54區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
根據k（θ）與c（θ）、dw（θ）固有的關係，可得
k（θ）=c（θ）dw（θ）=2.31 θ4.
54e13.
33θ再將上式擬合成k（θ）=αθβ的形式，得
k（θ）=5556.77θ7.
46，r2=0.99
（二）野外測定與計算
野外常用的方法有瞬時剖面法和零通量面法。前者是人為控制使地表通量已知，最簡單的辦法是適量灌水後，用塑料薄膜覆蓋地表，使地表通量等於零，在水分重分佈時，觀測不同時間各深度的ψ與θ值，利用質量守恆原理和非飽和達西定律可求出k（ψ）或k（θ）；後者是灌水後地表不覆蓋，讓其自然蒸發，繪製總水勢ψt與z的關係圖，會發現可能存在零通量面，在此面之上，水分向上運移（蒸發）；在此面之下，水分向下運移（下滲），此面通量為零，作為已知通量，與前法相似的原理可求出k（ψ）或k（θ）。但是若在冬季做灌水試驗，由於蒸發強度弱，則很難出現零通量面，這時可用表面通量法。
其原理與瞬時剖面法相同。表面通量為已知，為土面蒸發量。本研究採用表面通量法求k（ψ）或k（θ），並與間接計演算法相比較。
具體計算如下：
由質量守恆原理有：
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
將上式從地表到任一斷面z間積分得：
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
於是有：
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
而q（0，t）=-es（t），
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
又由於區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
∴ k（θ）=-q（z，t）（δψ/δz）-1
δψ/δz可由下列近似公式求出：
δh/δz=［ψ1+ψ2-（ψ3+ψ4）］/（2δz）
ψ1、ψ2、ψ3和ψ4分別為t2，t1時段內z斷面上下各10cm處的總水勢。
k（θ）對應的θ由下式確定：
θ=〔θ（t1，z）+θ（t2，z）〕/2
將各點的k（θ）與對應的θ進行擬合可得k（θ）=αθβ的形式。
利用2023年11月22日和24日野外灌水資料求得：
k（θ）=9.53×108θ18.
26 r2=0.95
四、水動力彌散係數dsh（θ,q）
非飽和彌散係數可通過室內外試驗來確定，然而彌散係數具有尺度效應，一般野外測得的彌散係數比室內的大好幾個數量級，室內測得的彌散係數無法代表田間的情況，因此，彌散係數由野外灌水試驗獲得。由於野外條件複雜，彌散係數難於獲得解析解，一般藉助於數值方法求解。其方法是：
若已知某一斷面水分和氮素通量q、j及任意兩個時刻垂直剖面上的含水量θ和濃度c分佈，則可利用質量守恆原理，求出剖面上各點的彌散係數（黃康東，1987）。其計算公式如下：
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
其中 由水流連續性方程求得：
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
可由下式遞推求得：
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
結點之間的值由算術平均或幾何平均求得。
綜上所述，只要知道土壤水、氮運動過程中任意兩個時刻的剖面分佈並控制上邊界條件在該期間內不變，則利用上述公式通過簡單計算即可得各點的彌散係數。野外最簡單的處理方法是使上邊界條件為零通量邊界，即q0（t）=0，j0（t）=0，測得兩個時刻的土壤剖面含水量和
或cl-濃度即可求出不同流速（或含水量）下的彌散係數。
五、 的吸附分配係數kd
由於土壤中存在大量帶有電荷的無機和有機膠體，能對溶液中的離子產生吸附作用，同時，由於範德華力、氫鍵、離子鍵、質子化等作用，土壤固相又可吸附一些分子態物質。土壤的吸附量除了與固、液相中離子濃度有關外，還與土壤顆粒性質、流體速度、離子種類以及水動力彌散等有關。吸附過程極其複雜，因此，精確描述土壤吸附過程幾乎是不可能的。
許多公式都是在一定假設的前提下在一定範圍內適合某些問題的經驗表示式（王紅旗等，1998）。描述吸附過程一般有動態吸附模式和平衡吸附模式。就
的吸附而言，多數研究表明，在最大吸附量的範圍內，描述土壤對
的吸附以freundlich線性等溫吸附模式較為適宜。本研究選擇此模式通過試驗確定kd。由於
的吸附過程常伴隨一些微生物轉化作用，如
的硝化作用。為了更好地研究吸附作用，排除微生物轉化作用的干擾，本次吸附試驗先採用高壓滅菌的方法將土壤中的微生物殺死，再進行吸附試驗。試驗用土樣選自3個不同深度的土壤進行（st3：
0.5～1.1m，st8：
3.4～3.5m，z1-35：
9.5～9.7m）。
試驗結果表明：上部土壤（st3）、中部土壤（st8）和下部土壤（z1-35）分別在15、29、36 h後達到吸附平衡（圖9-3），且開始時吸附較快，隨時間的延長吸附越來越慢，最後趨於定值，即最大吸附量。在吸附平衡條件下吸附量與平衡濃度關係較符合線性關係（圖9-4），由此得各段土壤吸附等溫方程如下：
st3：s=1.70c r2=0.85
st8： s=1.11c r2=0.93
z1-35：s=1.97c r2=0.94
∴ kd1=1.70 kd2=1.11 kd3=1.97
由於模擬深度為0～4m，因此，kd取st3和st8的平均值，即kd=1.41。本次吸附試驗，除了進行土壤對
的吸附試驗外，還進行了土壤對
、 的吸附測試。試驗結果表明，土壤對
和 吸附不明顯，尤其是
很穩定，因此，模型中可不考慮土壤對
的吸附。
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
濃度與土壤吸附量s之關係
六、硝化、反硝化速率常數
硝化、反硝化作用是氮轉化的兩個重要作用。描述硝化、反硝化過程有多種觀點，一種認為硝化速度符合零級動力學反應方程，另一種認為是一級動力學形式，還有一種認為遵循米氏方程，有人從米氏方程推導認為
高濃度時為零級，低濃度時為一級。至於反硝化速度，多數認為符合零級動力學形式，也有人認為是一級形式。由於硝化、反硝化作用受多種因素的影響，具體屬何種動力學形式，需通過實驗確定。
為防止取樣汙染，本次採用批實驗方法，同時培養多支試管，每次取出一支試管進行化學和微生物鑑定分析。實驗結果顯示，硝化和反硝化作用過程均可分為3個階段（圖9-5、9-6）。在硝化作用過程中，第一階段為硝化作用延滯階段，在這個階段，硝化細菌為適應環境，硝化過程很慢，硝化反應符合1級滯階段，在這個階段，硝化細菌為適應環境，硝化過程很慢，硝化反應符合1級動力學方程；第二階段為突變階段，在該階段，由於食料充足，硝化細菌大量繁殖，硝化速度很快，符合零級反應；第三階段為衰減階段，由於食料不足，硝化細菌生長受到限制，硝化速度越來越慢，又趨於一級形式。
與硝化作用不同的是，反硝化作用的第一階段反應速度很快，土壤
含量消耗快，而第二階段
含量不是下降而是上升，其原因可能是除了反硝化作用發生外，還有硝化作用發生，而且是硝化作用強度大於反硝化作用強度，到第三階段又以反硝化作用為主，
含量迅速下降。實驗結果還顯示（圖9-7、9-8），在不同深度剖面硝化作用強度大體一致，而反硝化作用則略有不同，第一和第二階段反硝化速度均為零級反應，第三階段為一級反應，且反硝化反應在土壤上部強、下部弱。
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
st3（0～1.1m）土壤硝化、反硝化分段擬合結果如下：
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
式中t為時間變數（d）。
反硝化作用分段擬合結果：
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
所以，硝化速率常數k21=0.023，k22=31.635，k23=0.044
反硝化速率常數k31=4.31，k32=-0.62，k33=0.015
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
以上實驗是在室內間歇培養方式下進行的，其條件不同於野外情況。野外條件下微生物處於開放體系，食料的供給相對較穩定，微生物的培養方式屬連續培養方式，但是微生物的食料常常是不足的，因此，野外條件下的硝化、反硝化速率可取室內第三階段的實驗結果，即硝化、反硝化均屬一級反應，且硝化速率常數k2為0.044，反硝化速率常數k3為0.
015。
其他引數參考有關文獻（王紅旗等，1998；朱兆良等，1992）確定，如有機氮礦化速率常數k1、氨化速率常數kv以及作物吸收係數k4。它們的取值：k1=0.005143，k4=1，
區域地下水演化過程及其與相鄰層圈的相互作用
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