塿土类农田地表粉尘释放及DPM模型的适用性验证

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市郊农田地表释放的粉尘,会给城市的空气质量带来不利的影响,加重颗粒物的污染;同时,农田地表的土壤风蚀,会使土壤的生产力下降,削弱农田的可持续性利用。DPM模型主要用于大尺度范围的地表粉尘释放模拟,其在中、小尺度空间内的适用性还未得到验证。本文以西安市长安县的填土类小麦农田为研究对象,通过对比分析农作物不同生长期(抽穗期、收割后的地表裸露期和返青期)农田地表的空气动力学粗糙度和起动摩阻风速,初步判断农田作为粉尘释放源的时期。并以小麦收割后的裸露农田地表为例,进行粉尘释放的野外观测及DPM模型在中、小尺度范围内的适用性验证;提出填土类农田地表粉尘释放通量模拟计算的参数化方案,并初步探讨了DPM模型的修正。得到的主要结论如下:(1)根据干筛筛析的结果可以得到,西安市长安县东戎店村填土类农田的表土微团粒粒度分布由2个对数正态分布群体组合成,各组分的质量中位粒径分别为193μm和619μm,标准偏差为1.40和1.25,组合比例约为19:81。(2)小麦返青期、抽穗期和收割后地表裸露期的平均地表粗糙度分别为:0.7211cm、6.0078cm和0.0797cm,小麦的不同生长期农田地表粗糙度变化范围很大(0.004~17.929 cm)。(3)本实验区填土农田的光滑起动摩阻风速为24.89cm s-1,返青期的起动摩阻风速为46.85cm s-1,抽穗期的起动摩阻风速为98.93cm s-1,收割后地表裸露期的起动摩阻风速为29.05cm s-1。(4)小麦收割后的农田地表是粉尘释放的源区;粉尘释放通量的观测值和模拟值的范围分别为2~11μg·m-2·s-1和15~71μg·m-2·s-1(都在100~101μg·m-2·s-1间变化),两值随时间的变化趋势有较好的一致性,且显著相关;DPM模型可以近似的模拟实验区域的粉尘释放通量,经验参数C的值取0.02。(5)初步建立填土类农田地表粉尘释放通量模拟计算的参数化方案,填土类农田地表裸露期间的粉尘释放通量的修正模型为:Fh=2.6*103U*3·∫Dp(1+R)(1-R2)dSrel(Dp)dDpFdust,i=4.6*103di3/ei·∫Dppi(Dp)dFh(Dp)(6)针对农田,提出较为适合的减弱土壤风蚀的措施——摈弃传统的耕作方式,进行保护性耕作,即免耕或浅耕、植被覆盖、地膜覆盖条带耕作等。
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