土壤物理学

  • Published: 2015-11-07
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课程编号:832001Y    课 &nbsp时:40     学  分:2     课程属性:专业基础课     主讲教师:邵明安
英文名称:Soil Physics

教学目的、要求
教学目的和要求:
本课程为土壤学专业研究生的专业基础课,同时也可作为农学、环境科学、水资源科学等相关专业研究生的选修课。通过本课程的教授,要求学生了解和掌握三方面的基本内容及相应的研究方法,即土壤作为多孔介质的基本物理特征及测定;土壤中物质(水、溶质和气体)与能量(热)运移机理,及其与外界水体、气体间的物质能量交换规律;土壤物理性质的空间变异性及土壤物质能量运动过程的田间尺度效应。使学生明确土壤中物质能量运移及其与外界物质能量进行的相互交换是土壤中的一个重要过程;并通过定量或半定量的研究方法学习,使学生在今后的研究中学会从传统的定性的经验性研究向定量的机理性研究发展;同时能将所学知识运用到农业与生态环境建设中。

预修课程
土壤学、高等数学、普通物理学
教  材
教材:
邵明安,王全九,黄明斌,《土壤物理学》,高等教育出版社,北京,2006。
主要参考书:
邵明安,黄明斌,《土-根系统中水动力学》,陕西科技出版社,西安,2000。

主要内容
内容提要:
第一章 绪论
土壤学的发展,土壤物理学的发展, 土壤物理学与环境、生态、地理科学的联系 土壤物理学的研究前沿。
第二章 矢量分析初步
矢量代数,矢量分析,重点是梯度和散度,矢量分析在土壤物理学的应用。
第三章 土壤基质
土粒的粒径分布,土壤团聚,土壤的比表面积,土壤的孔隙状况,土壤的胀缩,土壤基质中的三相物质比。
第四章 土壤水的能态和运动方程
土壤水的测定,土壤水的能态,土水势各分势的测定,土壤水分特征曲线,特征曲线的测定,土壤水流综述,饱和流,非饱和土壤中的水流,连续性方程,Richards方程(流方程),多维流。
第五章 田间水分循环
土壤的入渗,再分布,通过大孔隙的水流,土面蒸发,植物存在情况下田间土壤水循环。
第六章 土壤温度和热流
土壤的热状况,土壤热流基本方程。
第七章 土壤空气
土壤空气的含量及成分,土壤的通气性,土壤气体运动的计算及参数测定。
第八章 土壤中的溶质运移
土壤溶质的来源及形成形式,溶质的守恒公式,对流-弥散方程,土壤中的化学反应,通过土壤的挥发有机化合物的运移。
第九章 土壤的空间变异
传统统计学研究方法,距离反比法,克里格法(概述),区域化变量(regionalized variables)和它的随机函数,区域化变量的数字特征,二阶平稳假设和本征假设(内蕴假设),半方差模型。

第十章 土壤-植物系统中水动力学及调控原理
土壤-植物系统中水动力学模型,水分调控原理,在农业生态系统中的应用。

附加 Writing for Science Journals

参考文献 (略)
教师简介
邵明安,1982年在湖南师范大学获学士学位,1985年在中国科学院水利部水土保持研究所获硕士学位,1996年在美国衣阿华州立科技大学获哲学博士学位。曾获首届中国青年科技奖、中国科学院青年科学家奖、中国青年科学家提名奖,陕西省有突出贡献专家等。现为中国科学院地理科学与资源研究所研究员、博士生导师。
主持国家级和省部级科研项目:国家973课题、国家自然科学基金(重大研究计划、杰出青年基金、重点项目和面上项目)、中科院知识创新重要方向性项目和创新团队国际合作伙伴计划等。
研究领域与研究方向
研究领域:土壤物理、农业生态
研究方向:土壤水、热、溶质运移,土壤-植物(被)-大气传输系统中(SPAC,SVAT)水分运动、土壤时空变异性、生态系统中物质迁移模拟等。
学术成就
主要从事土壤物理和农业生态方面研究。建立了土壤水分运动的广义相似论理论和土壤溶质迁移的边界层理论,获得了土壤水分水平再分布的解析解,提出了确定土壤水运动参数的积分方法;率先开展了以根系吸水为重点的土壤-植物-大气连续体(SPAC)和SVAT中水分运动研究,完善了系统中水分运动的相关理论;发展了土壤水分特征曲面概念,构建了变容重土壤水动力学的基本框架;系统研究了土石混合介质水分养分运移特征及其有效性,拓宽了土壤水分养分运移的研究领域;以SVAT中物质运移的过程、机理和模拟为核心,提出了土壤水分植被承载力的概念并建立了动态模型,为退化生态系统的恢复提供了科学依据。
(教师简介来源于中国科学院地理科学与资源研究所网站)