基于边界层方法估算红壤溶质运移参数及其优化

来源：中国土壤与肥料杂志2025年第12期北京时间：

作者：高震涛，黄育坤，张卓奇，陈绍民，谭帅

单位：(1.昆明理工大学现代农业工程学院，云南 昆明 650500;2.云南省农业水资源高效利用与智慧管控重点实验室，云南 昆明 650500)

摘要：溶质运移参数[水动力弥散系数(D)和延迟因子(R)]是预测土壤养分等溶质运移与分布的关键指标，对指导精准灌溉和科学施肥具有重要意义。基于亮蓝染色剂示踪的边界层方法具有花费时间少、应用简单且估算参数唯一等优势。然而，由于亮蓝在土壤运移可能存在滞后现象，无法很好地反映示踪离子的运移特征，从而导致边界层方法估算土壤溶质运移参数存在误差。基于此，以Cl-作为示踪离子，采用5个NaCl溶液浓度梯度作用下(1、2、3、5和10 g/L，分别表示为S1、S2、S3、S5和S10)土壤溶质穿透试验和亮蓝染色剂试验，比较了Cl-溶质穿透曲线和亮蓝示踪Cl-溶质锋运移特征，评价了3种边界层解(二次多项式、三次多项式和指数边界层解)估算精度，并对边界层方法进行了优化。结果表明，NaCl溶液浓度显著影响Cl-运移，表现为浓度越高，Cl-在红壤中越易穿透。与精确解相比，边界层解估算的溶质运移参数和相对浓度剖面差异较大，D的相对误差(RED)、R的相对误差(RER)和Cl-相对浓度(Cr-Cl)剖面的相对均方根误差(RRMSE)分别为-0.92～0.24、24.73～108.33和0.923～1.396。亮蓝示踪红壤Cl-运移的滞后效应是导致边界层方法误差的主要原因。基于线性优化后的边界层解估算溶质参数的精度显著提高，RED、RER和Cr-Cl剖面的RRMSE分别为-0.87～6.02、-0.03～2.85和0.008～0.967，其中指数边界层解的优化效果最好，且优化后的边界层方法对S5的溶质运移参数估算效果最好。研究结果可为提高边界层法估算溶质运移参数精度，以及农田水肥精准管理提供科学依据。

关键词：溶质穿透曲线;亮蓝;边界层方法;溶质运移参数