Aspecte privind modelarea unor procese din sol

2

Cuprins

Rezumat ......................................................................................................................................3

Capitolul I - Introducere i obiective ...........................................................................................4

Capitolul al II-lea Cunotine actuale n domeniu .....................................................................5

2.1. Procesele din sol ...............................................................................................................5

2.1.1. Ciclul carbonului .......................................................................................................6

2.1.2 Ciclul azotului ............................................................................................................7

2.1.3 Ciclul fosforului ........................................................................................................ 11

2.1.4 Degradarea calitii apelor ........................................................................................ 12

2.1.5 Coloizii solului ......................................................................................................... 13

2.2 Modelarea i modelele existente ...................................................................................... 14

2.2.1 Modelele existente .................................................................................................... 15

Capitolul a III-lea Descrierea Modelului ................................................................................. 23

3.1 Descrierea Mohid Land ................................................................................................... 23

3.2 Definirea proceselor simulate .......................................................................................... 27

3.2.1 Modulul PHREEQC Interaciunea dintre NH4+, Na+ i sol ..................................... 30

3.2.2 Modulul pentru creterea sorgului ............................................................................. 31

3.2.3 Modulul SedimentQuality ......................................................................................... 32

3.3 Implementarea modelului Simulri cu MOHID Land .................................................... 36

Capitolul al IV-lea - Rezultate i discuii ................................................................................... 37

4.1 Concentraiile azotului (NH4+ i NO3

-) ............................................................................. 37

4.2 Concentraia de sruri .................................................................................................. 40

Concluzii................................................................................................................................... 43

Bibliografie ............................................................................................................................... 45

Anexe ....................................................................................................................................... 47

3

Rezumat

Solul este partea superioar a litsferei terestre, care a rezultat n urma alterrii rocii de

baz sub influena factorilor climatici i biologici. Acesta este de o importan vital, fr de care

nu ar exista via pe Pmnt n forma pe care noi cunoatem astzi.

Solul este un mediu i un suport pentru plante i animale, ce furnizeaz substanele

nutritive necesare i asigur apa necesar. Nutrienii sunt ntr-o transformare permanent. Ei sunt

utilizai de plante i apoi trimii napoi n sol, dup procese de descompunere. Intervenia uman

n natur prin agricultur, n principal, a condus la pierderea proprietilor iniiale ale solului i o

pierdere constant de substane nutritive din sol. Pentru a compensa aceste pierderi i pentru a

asigura nutrienii necesari pentru creterea plantelor, omul a nceput s utilizeze ngrmintele.

Ignorarea nevoilor plantelor, ale proprietilor solului, a ciclului nutrienilor i a

importanei microorganismelor din sol a dus la poluare i dezechilibre ecologice grave.

Scopul acestei lucrri este de a analiza i modela procesele principale ale solului, legate

de ciclul carbonului, azotului i fosforului, cum ar fi mineralizarea materiei organice, nitrificarea,

denitrificarea, creterea microorganismelor, schimbul de cationi i anioni.

Lucrarea explic pentru nceput cteva chestiuni legate de carbon, azot i fosfor i

importana acestora n ciclul de via al plantelor de cultur. Cunoaterea detaliat a tuturor

proceselor din sol are un rol primodial n realizarea simulrilor cu ajutorul modelelor

computerizate.

n lucrarea de fa am ncercat de asemenea s explicm cteva noiuni despre modelare,

modelele existente i scopul acestora. Se detaliaz mai apoi trei dintre aceste modele utilizate

frecvent n domeniul cercetrii i anume RZWQM, SWAT i MOHID Studio. Dup alegerea

utilizrii modelului MOHID pentru realizarea simulrilor, am realizat o descriere a acestui model

i a modulelor utilizate pentru obinerea rezultatelor.

n ultimul capitol sunt prezentate rezultatele obinute i comentarii ale acestor rezultate.

4

Capitolul I - Introducere i obiective

Solul este definit ca stratul superior al scoarei terestre. Acesta este format din particule

minerale, materie organic, ap, aer i organisme vii. Acesta este de fapt un mediu de via

extrem de complex i variabil. Interfa ntre pmnt, aer i ap, solul este o resurs

neregenerabil care ndeplinete mai multe funcii vitale: producia de alimente i alte tipuri de

biomas, depozitare, filtrare i transformarea multor substane, inclusiv ap, carbon, azot. Solul

are rolul de habitat i fond genetic, servete ca platform pentru activitile umane, peisaj i

patrimoniu i acioneaz ca furnizor de materii prime. Aceste funcii trebuie protejate datorit

importanei lor socio-economice, precum i de mediu.

Ciclul nutrienilor reprezint schimbul de elemente nutritive ntre partea vie si cea

mineral a ecosistemului. Dou procese generale sunt implicate: de imobilizare i de

mineralizare. Acest ciclu conserv nutrienii necesari plantelor, ceea ce reprezint utilizarea

repetat a acestora. Efectul net este de productivitate mai mare dect n cazul ecosistemelor n

care ciclul nutrienilor nu apare. (Foth, 1984)

Fig 1 Profilul solului

Organismele vii i transformrile pe care acestea le ndeplinesc au un efect profund

asupra capacitii solului de a furniza alimente i fibre pentru o populaie mondial n

expansiune. Organismele din sol au, de asemenea, influene diverse asupra calitii aerului i a

5

apei. De o importan capital este ciclul carbonului (C), azotului (N), fosforului (P), sulfului (S),

precum i cationii microelementelor (B, Cu, Fe, Mn, Zn i Mo). O nelegere a diferitelor cicluri

i a interaciunilor lor este esenial pentru utilizarea inteligent a solului ca suport pentru

creterea plantelor, pentru utilizarea raional a ngrmintelor naturale i sintetice, pentru

eliminarea depunerii deeurilor pe sol, precum i pentru prevenirea polurii solului, a aerului i a

apei. ntruct ciclurile biochimice constituie cheia de salvare a planetei, informaiile referitoare la

funcionarea lor n soluri au o aplicare direct i pentru alte ecosisteme.

Nutrienii absorbiti de plante din sol, potrivit lui Wild, i au originea , n condiii naturale

din alterarea rocilor i din atmosfer. Sursele atmosferice, din care provine cea mai mare parte a

azotului si sulfului, includ precipitaiile, diferite gaze (amoniac, azot, oxizi de sulf etc.) i

aerosoli. Alterarea rocilor elibereaz calciu, magneziu, fosfor, potasiu, sodiu i microelemente.

(A. Wild, 2001)

O trstur comun a ciclurilor biochimice este aceea c microorganismele sunt ageni

cheie ai transformrilor; unele microorganisme au capaciti ce nu sunt ntlnite la alte forme de

via. Pe msur ce reziduurile plantelor se descompun n sol, N, P, S i cationii

micronutrienilor pot s apar n forme accesibile plantelor; parial sunt asimilate n celulele

microbiene. Cu timpul N, P i S sunt stabilizai prin transformarea n forme organice

recalcitrante i prin interaciunea cu componentele anorganice ale solului. Pierderile de nutrieni

apar datorit eroziunii, scurgerilor i datorit volatilizrii in cazul N i S. Dei procese diferite

sunt operaionale pentru cicluri specifice, cele mai multe cicluri au i aspecte comune, cum ar fi

mineralizarea i imobilizarea N, P i S. (Stevenson i Cole, 1999)

Capitolul al II-lea Cunotine actuale n domeniu

2.1. Procesele din sol

n cele ce urmeaz vor fi prezentate detaliat cele mai importante cicluri i procese ale

solului cum ar fi ciclul carbonului, azotului, fosforului i coloizii solului.

6

2.1.1. Ciclul carbonului

Ciclul carbonului este unul dintre cele mai importante cicluri din natura deoarece acesta

determin formele de via i interaciunile ntre acestea n mediul global. Specii importante de

carbon organic i anorganic pot fi gsite n ap,uscat i n aer. Toate componentele organice i

toate speciile de carbon anorganic se ncadreaz n tabloul general prin sintez, transformare

i/ori descompunere. n mediul terestru sunt trei surse majore de carbon. Din punct de vedere al

cantitii cea mai mare surs se afl n rocile carbonice, calcar i dolomite. A doua surs major

este cea a depozitelor ngropate sub forma combustibililor fosili n toate cele trei faze: solid

crbune, lichid petrol i sub form de gaze naturale. Al treilea rezervor terestru de carbon este

materialul organic n diferite stagii de modificare chimic, pe sau n sol.

Un proces n ciclul carbonului care este controlat aproape exclusiv de activitatea

microbian este descompunerea biomasei. n acest context, termenul de biomas se refer la

plantele moarte i materialul microbian. Biomasa este compus n mare msur din carbohidrai,

n special, celuloz i compuii afereni. Descompunerea este un proces de oxidare i este

exprimat ntr-o form simpl ca:

{CH2O}+5H2O --> CO2 (g)+4H3O+

(aq) +4e- (1)

Autotrofele sunt organisme care i produc propriile componente organice utiliznd

dioxidul de carbon din aerul sau apa n care triesc. Pentru a face asta, acestea necesit o surs

exterioar de energie. Aproape toate autotrofele utilizeaz radiaia solar pentru a face asta, iar

acest aceste proces de producie este numit fotosintez. Un numr redus de autotrofe utilizeaz

sursele de energie chimic n procesul numit chemosintez. Cele mai importante autotrofe pentru

ciclul carbonului sunt pdurile, pe uscat i fitoplanctonul n oceanele Pmantului. Fotosinteza

urmrete reacia:

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2 (2)

Carbonul este transferat prin biosfer pe masur ce heterotrofele se hrnesc cu alte

organisme sau pri din acestea (ex. fructele). Aceasta include absorbia materiei organice

moarte(detritus) de ctre fungi i bacterii pentru fermentaie sau descompunere.

Cea mai mare parte a carbonului prsete biosfera prin procesul de respiraie. Atunci

cnd oxigenul este prezent, apare respiraia aerobic, aceasta elibereaz dioxid de carbon n

mediul nconjurtor, urmnd urmtoarea reacie:

7

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O (3)

n caz contrar, apare respiraia anaerobic i se elibereaz metan n mediul nconjurtor,

ceea ce ntr-un final, face ca acesta s ajung n atmosfer sau hidrosfer. (vanLoon Duffz, 2004)

2.1.2 Ciclul azotului

Azotul este un nutrient esenial plantelor. Poate fi gsit n primul rnd n forme organice

n sol i se deplaseaz n sol i plante n mare parte n form anionic. Foarte muli bani i un

efort foarte mare au fost i sunt cheltuii pe administrarea azotului, mai mult dect pe oricare alt

element mineral. Toate acestea pentru un motiv ntemeiat: ecosistemele globale sunt influenate

mai mult de deficienele sau excesele azotului dect al oricrui alt element esenial.

Pe msur ce se deplaseaz prin ciclul azotului, un atom de azot poate s apar n mai

multe forme chimice, fiecare cu proprietile sale, comportament i consecine pentru ecosistem.

Ciclul explic de ce vegetaia poate continua s extrag azot din sol la nesfrit fr s lase solul

srac n acest element nutritiv. Biosfera nu rmne fr azot deoarece folosete acelai azot la

nesfrit.

Fig 2 Ciclul Azotului

8

2.1.2.1 Imobilizarea i mineralizarea

Cea mai mare parte a azotului din sol se gsete n compui organici care-l protejeaz

mpotriva splrii dar l face nedisponibil plantelor. O mare parte din acest azot se gasete n

grupuri aminice (R-NH2), n mare msur n proteine sau ca parte a compuilor humici. Cnd

microorganismele solului atac aceti compui, se formeaz compui aminici simpli. Apoi

gruprile aminice sunt hidrolizate i azotul este eliberat sub form de ioni de amoniu (NH4+), ce

pot fi oxidai la forma de nitrat. Acest proces enzimatic numit mineralizare poate fi indicat dup

cum urmeaz, utiliznd un compus aminic (R-NH2), ca un exemplu de surs organic de azot.

R - NH2 OH- + R OH + NH4

+ 4H+ + energie + NO2- energie + NO3

- (4)

Potrivit lui Brady, multe studii au artat ca doar 1,5 3,5% din azotul organic din sol este

mineralizat anual. Chiar i asa, aceast rata de mineralizare asigur suficient azot mineral pentru

creterea normal a vegetaiei naturale n majoritatea solurilor cu excepia celor cu un coninut

redus de materie organic, cum ar fi solurile din deert i zonele nisipoase. Mai mult, studiile

izotopilor indicatori n terenurile agricole care au fost amendate cu fertilizatori sintetici de azot

arat c mineralizarea azotului din sol constituie o mare parte din azotul absorbit de culturi. Dac

coninutul de materie organic din sol este cunoscut, se poate face o aproximare a cantitii de

azot ce ar putea fi eliberat prin mineralizare ntr-un sezon de vegetaie normal.

Imobilizarea este opusul mineralizrii, prin conversia ionilor anorganici (NO3- i NH4

+) n

forme organice. Imobilizarea se poate realiza att prin procese biologice ct i nonbiologice,

acesta din urm fiind de o importan considerabil n solurile forestiere. Totui procesele

biologice, ca descompunerea reziduurilor organice carbonice de ctre microorganismele din sol,

pot solicita azot mai mult dect este coninut n reziduuri n sine. Microorganismele ncorporeaz

apoi, ioni de azot mineral azot n componentele lor celulare, ca proteinele, lsnd soluia solului

lipsit de ioni de NO3- i NH4

+. Atunci cnd organismele mor, o parte din azotul organic din

celule poate fi transformat n forme care alctuiesc complexul de humus, iar restul poate fi

eliberat ca ioni de NO3- i NH4

+.

Mineralizarea i imobilizarea apar simultan n sol, indiferent dac efectul net este o

cretere sau o scdere a azotului mineral disponibil depinznd n primul rnd de raportul carbon

azot n reziduurile organice n curs de descompunere. (Brady, 1999)

9

2.1.2.2 Nitrificarea

Transformarea amoniului n nitrat este realizat n primul rnd de bacteriile ce triesc n

sol i alte bacteriile nitrificatoare. Primul stagiu al nitrificrii, oxidarea amoniului (NH4+), este

realizat de bacteria din specia Nitrosomonas, acestea transform amoniul n nitrii (NO2-). Alte

specii de bacterii, cum ar fi Nitrobacteriile, sunt responsabile pentru oxidarea nitriilor n nitrai

(NO3-). Este important ca nitriii s fie transformai n nitrai deoarece acumularea nitriilor este

toxic pentru plante. (Smil, 2000)

2.1.2.3 Denitrificarea

Denitrificarea este reducerea nitrailor napoi n azot gazos inert (N2), terminnd ciclul

azotului. Acest proces este realizat de specii de bacterii ca Pseudomonas i Clostridium n

condiii anaerobice. Acestea utilizeaz azotul ca acceptor de electroni n locul oxigenului n

timpul respiraiei. Aceste bacteria facultativ anaerobic pot tri de asemenea n condiii aerobice

2.1.2.4 Reacii nonbiologice care afecteaz ciclul intern al azotului

Nu toate transformrile din sol sunt mediate de microorganisme; unele reacii sunt

chimice prin natural lor. Aceste reacii nonbiologice joac un rol proeminent n ciclul intern al

azotului n soluri. Reaciile chimice ale formelor anorganice ale azotului sunt de trei mari tipuri:

1. Fixarea NH4+ pe suprafeele interlamelare ale argilei minerale

2. Fixarea NH3 de ctre fraciunea organic a solului, ceea ce suplimenteaz imobilzarea

biologic prin care azotul fixat nu este disponibil imediat plantelor sau

microorganismelor

3. Reacia NO2- cu constitueni organici, incluznd aici acizii humici i fulvici. O parte

din NO2- este convertit n forme organice iar o parte se pierde din sol prin gaze ce

conin azot

Soarta formelor anorganice de azot n sol, inclusiv absorbia de ctre plante, este

influenat de magnitudinea acestor procese, care variaz de la un sol la altul i de la o cultur la

alta. (Stevenson, Cole, 1999)

2.1.2.5 Pierderi de azot din sol

Dintre toi nutrienii necesari pentru creterea plantelor, N este de departe cel mai mobil

i cel mai probabil a fi pierdut prin procese fizice, chimice i/sau biologice din sistemul sol-

10

plant. Chiar i n cele mai bune circumstane, nu mai mult de dou-treimi a azotului adugat ca

fertilizant poate fi luat n considerare pentru a fi folosit de plante sau recuperat din sol la sfritul

sezonului de vegetaie; pierderi de pn la jumtate din cantitatea aplicat nu sunt neobinuite.

Numeroase ncercri au fost fcute pentru a nelege recuperrile reduse i este tiut c formele

disponibile de azot mineral, fie adugate ca fertilizant sau produse prin descompunerea materiei

organice sau a deeurilor aplicate pe sol, nu vor rmne prea mult timp n majoritatea solurilor.

Ca regul general, pierderile de azot din orice sol dat apar n mai multe forme, de exemplu o

combinaie ntre levigare i denitrificare pentru solurile cu textur grosier a zonelor umede i

semi-umede. (Stevenson, Cole 1999)

Levigarea

n contrast cu ionii de amoniu care poart o sarcin pozitiv, ionii de nitrat care au o

sarcin negativ nu sunt adsorbii de coloizii ncrcai negativ ce domin majoritatea solurilor.

De aceea ionii de nitrat se mic liber, descendent, cu apa ce dreneaz solul i sunt astfel uor

splai din sol. Pierderile, n aceast manier, de azot sunt de interes din dou motive de baz: o

astfel de pierdere reprezint o srcire a ecosistemului, indiferent dac recoltele cultivate sunt

crescute sau nu i levigarea nitrailor cauzeaz probleme serioase de mediu. (Brady, 1999)

2.1.2.6 Impactul asupra mediului

Problemele de mediu cauzate de azot sunt n general asociate cu micarea nitrailor prin

apele de drenaj pn n apele subterane. Pot ajunge pn la fntni sau n apele de suprafa, cum

ar fi ruri, lacuri i estuare. Nitratul poate contamina apa potabil i poate cauza eutrofizarea i

problemele asociate cu aceasta ce pot pune n pericol viaa petilor i a altor specii acvatice.

Cantitatea de nitrat ajuns n apele de drenaj depinde de viteza de percolare a apei prin

sol i de concentraia de nitrai n aceste ape de drenaj. Precipitaiile i normele de irigare,

mpreun cu textura i structura solului, influeneaz gradul de levigare. Levigarea poate fi

accentuat i de utilizarea sistemelor de lucrare pentru conservarea solului, ce duc la creterea

infiltrrii apelor i prin aceasta la creterea levigrii i concomitent a pierderilor de nitrai.

Pierderi importante pot s apar din sistemul agricol n care intrrile de azot sunt de

regul n exces fa de consumul plantelor i recoltelor. Fertilizarea cu azot depete ceea ce

plantele sunt capabile s utilizeze, i poate fi o cauz major a percolrii excesive de nitrat.

11

Gestionarea ineficient a gunoiului de grajd de la facilitile zootehnice, concentrate de

producie este un alt caz comun de contaminare cu nitrai a apelor subterane i de suprafa.

Atunci cnd acesta se adaug aplicrii n exces de fertilizani de azot, gunoiul de grajd poate

asigura acest element n cantiti mult mai mari dect necesarul de consum al plantelor ceea ce

determin poluarea apei i atmosferei.

2.1.3 Ciclul fosforului

Ciclul fosforului n sol este un sistem dinamic ce implic solul, plantele i

microorganismele. Procesele de baz cuprind absorbia fosforului din sol de ctre plante,

reciclarea prin refolosirea reziduurilor de la plante i animale, reaciile de fixare la suprafaa

argilei i oxizilor, solubilizarea i formarea de fosfai minerali prin reacii chimice i prin

activitatea microorganismelor. n sistemul natural, n esen tot fosforul utilizat de plante se

rentoarce n sol ca reziduu al plantelor i animalelor; n sistem arabil,o parte din fosfor este

ndeprtat la recoltare i doar o parte se rentoarce n sol. Cele mai mari pierderi de fosfor din sol

apar prin eroziune; pierderile datorate levigrii sunt reduse. (Stevenson, 1999)

n majoritatea sectoarelor agriculturii industrializate, fermierii aplic n mod curent

suficient fosfor sub form de reziduuri, gunoi de grajd i fertilizani pentru a ntmpina nevoile

plantei. Scurgerile de suprafa, levigarea i eroziunea pot transporta o parte din fosfor n

cursurile de ap, lacuri, iazuri i rezervoare, declannd procesul de eutrofizare. Algele i

plantele acvatice nedorite blocheaz cile navigabile, ucid petii, rsturnnd echilibrul ecologic

i lsnd apa improprie pentru utilizarea n scop recreaional i potabil. n asemenea zone,

remediile utilizate n trecut pentru deficiena de fosfor au cauzat degradarea mediului, care ar

putea fi mai grave dect problemele iniiale. Este foarte important pentru societate ca cei care

gestioneaz resursele s nvee cum s se descurce att cu deficiena ct i cu excesul de fosfor n

sol.

2.1.3.1 Rolul fosforului n nutriia plantei

Nici plantele nici animalele nu pot crete fr fosfor. Acesta este o component esenial

a compusului organic adesea numit moneda energetic a celulei vii: adenozin trifosfat (ATP).

Sintetizat att prin respiraie ct i prin fotosintez, ATP conine un grup fosfatic energetic

ridicat care poate conduce cea mai mare parte a energiei ce necesit procese biochimice. Fosforul

este o component esenial a acidului dezoxiribonucleic (ADN), locul motenirii genetice, i al

12

acidului ribonucleic (ARN), care conduce sinteza proteinelor att la plante ct i la animale.

Fosfolipidele, ce joac un rol esenial n membranele celulare, sunt o alt clas de compui ce

conin fosfor de o importan universal.

2.1.3.2 Efectele fosforului asupra calitii mediului

Spre deosebire de unii compui ce conin azot, produi n timpul ciclului azotului,

fosforul ce este ajunge n sistemul acvatic din sol nu este toxic pentru peti, masa vie i oameni.

Oricum, prea mult sau prea puin fosfor poate avea efecte negative severe i rspndite asupra

calitii mediului. Principalele probleme de mediu legate de fosforul din sol sunt degradarea

terenurilor agricole cauzate de prezena n cantiti reduse a fosforului i accelerarea eutrofizrii

cauzat de prea mult fosfor. Ambele probleme sunt legate de rolul fosforului ca nutrient pentru

plante.

Fig 3 Surse ale eutrofizrii

2.1.4 Degradarea calitii apelor

Eutrofizarea accelerat este cauzat de fosforul ce intr n apele curgtoare att din surse

punctuale ct i din surse difuze. Sursele punctuale, cum ar fi scurgerile de la staiile de tratare a

apelor uzate, industrie, sunt relativ uor de identificat, reglementat i curat. n ultimii caiva

zeci de ani multe ri industrializate au fcut progrese n reducerea ncrcrii cu fosfor din surse

punctuale. Sursele difuze, n contrast cu celelalte, sunt dificil de identificat i controlat. Aceste

surse de fosfor sunt n principal apele de scurgere i sedimentele erodate din solurile aflate pe tot

13

cuprinsul bazinului. Aceste surse difuze de fosfor sunt acum principala cauz a eutrofizrii n

multe regiuni. (Brady, 1999)

2.1.5 Coloizii solului

Coloizii solului sunt cele mai mici particule din sol. Aceste particule nu sunt doar

fragmente foarte mici de roc i materie organic. Sunt de asemenea materiale foarte reactive cu

suprafa ncrcat electric. Coloizii sunt cei care permit solului s slujeasc ca cel mai mare

reactor chimic electrostatic al naturii.

Una din cele mai importante reacii care apare n sol este schimbul de ioni ncrcai

pozitiv i negativ (cationi i anioni) dintre soluia solului i suprafaa coloizilor solului. Fiecare

particul minuscul de coloid poart o mulime de ioni atrai de ncrcarea electrostatic de pe

suprafaa sa. Ionii sunt inui suficient de strns legai de coloizii solului astfel nct acetia nu se

pot pierde n apele de drenaj, dar n acelai timp, destul de liberi ct s permit rdcinilor

plantei s aib acces la nutrieni. n alte cazuri, ionii adsorbii sunt legai mai strns astfel nct

acetia nu mai sunt disponibili plantelor, reaciilor cu soluia solului sau pierderea prin splare n

mediul nconjurtor. n plus fa de ionii nutrieni ai plantelor, coloizii solului formeaz legturi

cu moleculele de ap, biomoleculele, viruii, metalele toxice, pesticide i o serie de alte minerale

i substane organice. Prin urmare, coloizi solului influeneaz foarte mult aproape toate funciile

ecosistemului solului. (Brady,1999)

2.1.5.1 Adsorbia cationilor i anionilor

De o importan deosebit este atracia ionilor ncrcai pozitiv (cationi) de suprafaa

coloizilor solului ncrcat negativ. Fiecare particul coloidal atrage sute de ioni de Al3+, Ca2+,

Mg2+

, K+, H

+ i Na+ i un numr mai mic de ali cationi. Cationii exist n solurile umede n

form hidratat, aceti cationi oscileaz n muime la suprafaa coloidului, inui acolo de atracia

electrostatic de ncrcarea negative ale coloidului. Adesea, un cation se rupe de mulime i iese

din soluia solului. Cnd se ntmpl acest lucru , un alt cation, ncrcat egal se va muta simultan

din soluia solului i i va lua locul. Mulimea de cationi aflat n apropierea suprafeei coloidale

se spune c este adsorbit pe suprafaa coloidului. Deoarece aceti cationi i pot schimba locul

cu cationii care se mic liber n soluia solului, termenul de ioni schimbabili este utilizat de

asemenea referitor la ionii aflai n stare de adsorbie.

14

2.2 Modelarea i modelele existente

Modelarea este o ncercare de descriere a aspectelor dinamice a ciclului solului n termeni

matematici. Majoritatea modelelor sunt modele de simulare, acestea ncercnd s prognozeze

comportarea sistemului sau performana acestuia fr a analiza de fapt sistemul fizic sau

prototipurile sale. Modelele matematice, pe de alt parte, utilizeaz date empirice i

observaionale pentru a furniza valori cantitative pentru ctiguri, pierderi, transferul nutrienilor,

precum i cantitatea de nutrieni coninut ntr-una sau mai multe rezervoare ca funcie de timp.

Modelele pot fi locale, regionale sau globale ca sfer de aplicare.

Modelele matematice sunt de trei mari tipuri:

1. Stohastice: bazate pe presupunerea c procesele ce sunt modelate se supun

legilor probabilitii. n aceste modele variabilele de intrare i parametrii sunt

mrimi aleatoare, reprezentate prin funcii de distribuie de probabiliti.

Rezultatele sunt, de asemenea, caracterizate de o funcie de distribuie.

Modelele stihastice non-mecaniciste fac apel la o funcie de transfer care

transform semnalul de intrare ntr-un semnal de ieire innd seama, ntr-un

mod global, de totalitatea proceselor care se desfoar n sistem. Modelele

stohastice mecaniciste iau n consideraie variabilitatea spaial a datelor de

intrare, lundu-se drept funcii de distribuie de probabiliti. Aceste date sunt

introduse n modelul mecanicist. Introducnd un numr mare de astfel de date

se obine o lege de distribuie a variabilelor de ieire.

2. Empirice: bazate pe date observaionale. Procesele de intrare i ieire sunt

exprimate n termeni de ecuaie de regresie din datele derivate din sol. Acestea

stabilesc o relaie ntre o caracteristic necunoscut a solului i alte proprieti

ale acestuia fr s ia n considerare mecanismele fundamentale. Cele mai

comune sunt modelele regresive care reprezint corelaii simple sau multiple

ntre un parametru necunoscut i celelalte caracteristici ale solului (funcii de

pedotransfer)

15

3. Mecanice: bazate pe legi fizice, chimice i biologice foarte bine definite, care

descriu diverse procese. Acstea descriu procesele la scar macroscopic prin

ecuaii cu derivate pariale. Acest ecuaii sunt deduse din legile fizice ce

guverneaz procesele de trasfer (Darcy, Fick, Furrier, Legea de continuitate).

Astfel de modele introduc un numr mare de parametrii i se rezolv n

general, prin metode numerice i trebuie s fie verificate prin ncercri

experimentale. Numrul mare e parametrii necesari limiteaz uneori folosirea

modelelor n condiiile de teren.

Scopul principal al modelrii este de a furniza o metod de determinare a evoluiei

azotului fertilizant n sol sub un anumit set de condiii. Aprecieri asupra adsorbiei de ctre plante

sau a pierderilor de NO3- prin levigare sau denitrificare implic luarea n considerare a multor

surse i ieiri ale azotului i de asemenea traiectoriile de curgere att ale NO3- ct i ale apei.

Absena datelor de ncredere pentru modelare este un obstacol major n cele mai multe

studii privind modelarea. Majoritatea proceselor sunt tranzitorii n natur; unele apar simultan.

Unele surse i fluxuri pot fi evaluate cu un grad de acuratee rezonabil, n timp ce altele nu pot.

2.2.1 Modelele existente

Modelul de transport hidrologic este un model matematic utilizat pentru a simula ruri

sau toreni i pentru a calcula parametrii privind calitatea apei. Aceste modele au nceput s fie

utilizate n anii 60 i 70 cnd cererea de prognoze numerice pentru calitatea apei a fost

antrenat de legislaia de mediu i n acelai timp a fost rspndit accesul la calculatoare

suficient de puternice. Multe din modelele originale au fost dezvoltate n Statele Unite i n

Marea Britanie, astzi ns aceste modele sunt mbuntite i utilizate n ntreaga lume.

Sunt zeci de modele diferite de transport care pot fi grupate n general n funcie de

poluantul abordat, complexitatea surselor de poluare, dac modelul este fix sau dinamic i

perioada de timp modelat. Un alt scop important este dac modelul este distribuit (capabil s

prognozeze mai multe puncte pe cursul rului) sau constant. ntr-un model de baz de exemplu,

doar un singur poluant poate fi abordat de la un simplu punct de descrcare n apele receptoare.

n modelele cele mai complexe, pot fi adaugate diferite surse de intrare de la suprafaa de

scurgere, pot fi tratate o gam larg de substae chimice i sedimente ntr-un mediu dinamic ce

include stratificarea verticala a rului i interaciunea poluanilor cu mediul biotic din apa

16

curgtoare. n plus, pot fi incluse i apele subterane ale bazinului. Modelul este numit model

bazat fizic dac parametrii si pot fi msurai n teren.

Adesea, modelele au module separate pentru aborda pai individuali n procesul de

simulare. Modulul cel mai des ntlnit este subrutina de calcul a scurgerilor de suprafa,

permind variaii n tipul de folosin a terenului, topografie, tipul de sol, tipul de acoperire cu

vegetaie, precipitaii i a practicilor de gestionare a terenurilor. Conceptul de modelare

hidrologic poate fi extins i ctre alte medii cum ar fi oceanele, dar cel mai adesea se refer la

bazinul unui ru.

2.2.1.1 Modele fizice

Modelele bazate fizic (cunoscute uneori ca deterministe, comprehensive sau modele

bazate pe procese) ncearc s reprezinte procesele fizice observate n lumea real. De obicei,

aceste modele conin reprezentri ale curgerilor se suprefa, curgerile subterane,

evapotranspiraia i curgerile pe canal, dar pot fi mult mai complicate. Unul din primele modele

care a integrat mai multe submodele pentru hidrologia chimic a bazinului a fost Stanford

Watershed Model (SWM). SWMM (Storm Water Management Model), HSPF (Hydrological

Simulation Program - FORTRAN) i multe altele sunt succesoarele acestui prim model.

n Europa, modelul comprehensiv preferat este Systme Hydrologique Europen (SHE),

care a fost urmat de MIKE SHE i SHETRAN. MIKE SHE este un model spaial distribut, bazat

fizic utilizat pentru bazine hidrografice ce simuleaz curgerea apei i transportul sedimentelor.

Procesele de curgere i transport sunt reprezentate fie de reprezentri finite ale ecuaiilor

difereniale fie de ecuaii derivate empirice. Exemple de ecuaii utilizate: formalismul Penman-

Monteith, ecuaia Saint-Venant, ecuaia Richard, Legea lui Darcy, ecuaia de conservare a

maselor, ecuaia de continuitate.

Acest model poate analiza efectele pe care diferitele utilizri ale terenului i schimbrile

climatice le pot avea asupra calitii apelor din cursurile de ap, lund n considerare

interaciunea cu apele subterane.

n lume, au fost dezvoltate numeroase modele de bazin printre care amintim: RORB

(Australia), Xinanjiang (China),ARNO (Italia), Tank model (Japonia), TOPMODEL (Europa),

UBC (Canada) and HBV (Scandinavia), MOHID Land (Portugalia). Nu toate aceste modele au

ns o component chimic. n general vorbind, SWM, SHE i Topmodel trateaz cel mai

17

cuprinztor chimia cursului de ap i au evoluat pentru a se acomoda cu noile surse de date cum

ar fi datele GIS i cele din teledetecie.

Cele mai populare modele de simulare pentru ciclul solului (Hydrus, MODFLOW,

RZWQM, MACRO) au fost aprut majoritatea n anii 90. Cu toate acestea, dezvoltarea a fost

iniiat mult mai devreme, n momentul n care capacitatea de calcul era neglijabil n

comparaie cu cea actual. Din acest motiv, aceste modele au fost orientate spre aplicaii

specifice.

Modelul MODFLOW este cunoscut mai ales n rndul celor interesai de modelarea

acviferelor (McDonald, 1988). n acest model partea nesaturat a solului este aproximat printr-

un strat poros omogen prin care apa curge superficial nainte de a ajunge n acvifer. Modelul

RZWQM (Root Zone Water Quality Model) utilizat n agricultur, are ca principal obiectiv

simularea zonei nesaturate, acolo unde sunt i rdcinile plantelor (DeCoursey et al., 1992).

Pentru acest model, nivelul apei subterane este condiia limit inferioar. Cameira (1999) a

utilizat acest model de transport al soluiilor spre suprafaa pnzei freatice.

Modelul Hydrus este un model utilizat de asemenea pentru zonele nesaturate. Este mai

puin utilizat n aplicaii legate de agricultur dect RZWQM dar este mai rspndit n rndul

comunitii tiinifice ce studiaz solurile. Aceasta a contribuit la apariia unui numr important

de software-uri complementare i un numr important de publicaii tiinifice ce o susin.

Modelul MACRO se adreseaz problemei infiltraiilor prin macropori. Acest model

consider explicit curgerea n mediul poros alctuit din micropori i macropori n curgere

gravitaional (Jarvis et al., 1994). Aceast abordare, dei este mai realist, schimb abordrile

tradiionale pentru aceast problem. Utilizarea acesteia necesit un tip specific de proprieti

hidraulice i de aceea necesit laboratoare specializate implicate n determinarea parametrilor

modelului. Aceste modele au n comun faptul c au fost dezvoltate de grupuri cu tradiie n

respectivele domenii de aplicaie. Modelul MOHID apare astfel ca rezultat al activitii unui grup

cu tradiie n domeniul modelrii simulrilor curgerii apelor de suprafa. (R. Neves, P.

Chambel-Leito, 2000)

2.2.1.2 Modelele stohastice

Aceste modele bazate pe date funcioneaz ca o cutie neagr, utiliznd concepte

matematice i statistice pentru a lega o anumit intrare (de exemplu precipitaiile), de rezultatele

modelului (de exemplu scurgerile). Tehnicile utilizate cel mai adesea sunt regresia, funciile de

18

transfer, reelele neurale i identificarea sistemului. Aceste modele sunt cunocute ca modele

hidrologice stohastice. Modelele bazate pe date au fost utilizate n hidrologie pentru a simula

relaia ploaie-scurgere, reprezentnd impactul umiditii anterioare i realiznd un control n timp

real asupra sistemului.

2.2.1.3 RZWQM Root Zone Water Quality Model

RZWQM este un model de sisteme agricole dezvoltat n ultimii de 15 ani de USDA-ARS

(Departamentul de agricultura SUA) Great Plains System Research Unit i civa cercettori.

RZWQM este o unealt a cercetrii agricole, de gestiune a evalurilor de mediu i de transfer al

tehnologiei.

Componentele RZWQM sunt:

Micarea apei

Transportul pesticidelor

Evapotranspiraia

Drenaj subteran

Materie organic/ ciclul azotului

Creterea plantei

Management agricol

mbuntiri:

Efectul arturii asupra proprietilor hidraulice

Gestiunea gunoiului de grajd

Rspunsul randamentului culturii la stresul cauzat de ap

Relaia dintre rezistena coronamentului i indicele de arie al frunzei

19

Fig 4 Interfa RZWQM

RZWQM ete alctuit din 6 subsisteme sau procese care reprezint un sistem agricol

complet.

Acest program este un model ce integreaz procese fizice, chimice i biologice ce

simuleaz creterea plantelor i micarea apei, a nutrienilor i a pesticidelor pe deasupra i prin

zona rdcinilor plantei ca zon reprezentativ pentru sistem agricol de producie.

RZWQM este un model unidimensional, proiectat s simuleze condiiile pe o arie

unitar. Principala zon avut n vedere este aceea a rdacinilor culturii, dar modelul poate fi

extins i spre zona apelor subterane. Modelul permite simularea unei game largi de practici de

gestiune i scenarii.

Sistemul chimic n cadrul matricei solului dispune de o interaciune complet ntre

transformrile nutrienilor si echilibrul chimiei solului. Cele dou procese ce caracterizeaz solul

sunt pH-ul i starea chimic a solului. Acest rezervor multiplu al carbonului organic formeaz

nucleul transformrilor de nutrieni al sistemului. Populaia de microorganisme rspunde

aprovizionrii surselor de hran, condiiilor de mediu i constrngerilor chimice.

Echilibrul concentraiilor chimice al ionilor n soluia solului i n complexul de schimb,

este influenat de schimbrile umiditii solului, a fluctuaiilor de temperatur , artur i

bioncorporarea reziduurilor de la culturile agricole sau al gunoiului de grajd.

20

RZWQM estimeaz sau obine anumii parametri din tabele de valori implicite dac

utilizatorii si nu au date suficiente.

Procesele fizice includ un numr de procese de hidrologice interdependente, apa din

precipitaii sau de irigaii ce se infiltreaz prin matricea solului sau prin macropori, transferul

chimicalelor de pe suprafaa solului n sistemul de scurgere, transportul chimic n timpul

infiltraiei, redistribuia apei din sol i a substanelor chimice dup infiltrare, absorbia apei de

ctre plante i evapotranspiraia, transportul cldurii i schimbarea temperaturii solului n timpul

infiltraiei, redistribuiei. Transportul a pn la 3 tipuri diferite de pesticide, nitrai i alte

substane solubile n ap, sunt gestionate simultan.

Procesele chimice din sol

Mediul anorganic chimic din sol simuleaz procesele nutrienilor, transportul chimic i

procesele pesticidelor inclusiv tamponarea bicarbonatului; dizolvarea i precipitarea carbonatului

de calciu, gipsului, i hidroxidului de aluminiu. Starea chimic este caracterizat de pH-ul

solului, concentraia de ioni din soluia solului i ionii adsorbii din complexul de schimb.

Simulrile de mai sus utilizeaz ecuaii ale echilibrului chimic foarte bine stabilite, ce sunt

rezolvate simultan utiliznd aproximarea Newton-Raphson. Asocierea ecuaiilor de echilibru n

sistem n funcie de pH.

Procesele nutrienilor (PN)

Submodelul PN, OMNI, simuleaz transformrile carbonului i azotului n profilul

solului. Stabilind nivele iniiale pentru humusul din sol, gunoiul de grajd, reziduurile culturilor,

populaia microbian din sol, nitrat (NO3-N), amoniu (NH4-N) i concentraiile de uree, modelul

calculeaz volatilizarea, nitrificarea, imobilizarea i denitrificarea azotului. Materia organic din

sol este distribuit n 5 bazine de calcul i este descompus de trei tipuri de populaii

microbiene. Cele 5 bazine de materie organic include bazinele rapide i cele lente pentru

reziduurile culturilor agricole i amendamentele organice i bazinele rapide, intermediare i lente

de descompunere a materiei organice.

Carbonul organic n fiecare bazin poate fi transferat n alte bazine avnd n vedere c CO2

sau CH4 sunt asimilate n masa microbian. Cele trei populaii microbiene sunt heterotrofele

aerobe, autotrofele i heterotrofele anaerobe. Ratele ecuaiilor de proces pentru fiecare bazin sunt

controlate de mrimea populaiei microbiene, variabilele de mediu ale temperaturii solului,

21

coninutul de ap, pH, nutrieni i salinitate. Nivelele de nutrieni solubili sunt utilizate pentru a

estima absorbia culturii, scurgerile prin zona rdcinilor i concentrarea n reeaua de scurgere.

2.2.1.4 SWAT

SWAT este acronimul de la Soil and Water Assesment Tool (Instrumentul de evaluare a

solului i al apei), un model la scar pentru bazinul rului, dezvoltat de Dr. Jeff Arnold pentru

Departamentul de Agricultur al Statelor Unite - Serviciul de cercetri agricole. SWAT a fost

dezvoltat s prezic impactul practicilor de gestiune a terenurilor asupra apei, sedimentele i

randamentul agriculturii chimizate ntr-un bazin foarte complex cu diferite tipuri de sol, utilizri

ale terenului i gestionarea condiiilor pe perioade lungi de timp. Pentru a satisface acest

obiectiv, modelul este bazat fizic. n schimbul ncorporrii ecuaiei de regresie pentru a descrie

relaia dintre variabilele de intrare i de ieire, SWAT necesit informaii specifice despre vreme,

proprietile solului, topografie, vegetaie i practicile de gestiune a terenului ce se ntlnesc n

bazin. Procesele fizice asociate cu micarea apei, a sendimentelor, creterea culturii, ciclul

nutrienilor etc., sunt modelate de SWAT utiliznd aceste date de intrare. SWAT este un model

de timp continuu, un model cu randament pe termen lung. Modelul nu a fost realizat s simuleze

o inundaie singular.

Fig 5 Interfaa ArcSWAT 2009

22

SWAT permite simularea n bazinul hidrografic a diferite procese fizice. Pentru

modelare, bazinul hidrografic poate fi mprit n subbazine. Utilizarea subbazinelor ntr-o

simulare este benefic atunci cnd diferite zone ale subbazinului sunt dominate de utilizri ale

terenului i soluri suficient de diferite n proprieti pentru a avea un impact hidrologic.

mprind bazinul hidrografic n subbazine, utilizatorul este capabil s fac referire la diferite

zone ale bazinului hidrografic. Informaiile de intrare pentru fiecare subbazin sunt grupate sau

organizate n urmtoarele categorii: clim, uniti hidrologice de rspuns UHR; zone umede,

iazuri; ape subterane; canalul principal sau sursa, drennd subbazinele ce sunt cuprinse ntr-un

singur tip de acoperire a terenului, sol i practici de gestiune.

Pentru a anticipa cu acuratee micarea pesticidelor, sedimentelor sau nutrienilor,

ciclurile hidrologice simulate de model trebuie s fie conform cu ceea ce se ntmpl n bazin.

Simularea hidrologiei unui bazin hidrografic poate fi separat n dou mari diviziuni. Prima

diviziune este faza de teren a ciclului hidrologic ce controleaz cantitatea de ap, sedimentele,

nutrienii i pesticidele ce sunt ncrcri la canalul principal, n fiecare subbazin. A doua

diviziune este apa sau faza de dirijare a ciclului hidrologic care poate fi definit ca micarea apei,

sedimentelor prin reeaua canalului bazinului hidrografic pn la debueu.

SWAT urmrete micarea i transformarea a ctorva forme de azot i fosfor n bazinul

hidrografic. n sol, transformarea azotului dintr-o form n alta este guvernat de ciclul azotului.

Transformarea fosforului n sol este controlat de ciclul fosforului. Nutrienii pot fi introdui n

canalul principal i transportai n aval prin scurgerile de suprafa i cele de subsuprafa.

Propagarea nutrienilor

Transformrile nutrienilor n cursul de ap sunt controlate de componenta calitativ a

apei modelului. Micarea n cursul rului bazat pe SWAT a nutrienilor este adaptat de la

QUAL2E (Brown and Barnwell, 1987). Modelul urmrete nutrienii dizolvai n cursul de ap i

nutrienii adsorbii de sedimente, acetia din urm putndu-se depune mpreun cu sedimentele

pe patul canalului de ap.

Complexitatea ciclului azotului i importana azotului n creterea plantei au fcut ca

acest element s fie subiectul a unui numr mare de cercetri. Ciclul azotului este un sistem

dinamic ce include apa, atmosfera i solul. Plantele necesit azot mai mult dect orice alt element

esenial cu excepia carbonului, oxigenului i a hidrogenului. Azotul este modelat de SWAT n

profilul solului i n acviferul de mic adncime.

23

Ciclul azotului n sol

SWAT monitorizeaz cinci bazine diferite ale azotului n sol. Dou bazine reprezint

formele anorganice ale azotului, amoniu i nitrat, n timp ce alte trei bazine sunt forme organice

ale azotului. Azotul organic proaspt este asociat cu reziduurile culturilor agricole i biomasa

microbian n timp ce, azotul organic stabil i activ este asociat cu humusul din sol. Azotul

organic asociat cu humusul este mprit n dou bazine pentru a fi luate n vedere variaiile

disponibilitii substanelor humice n procesul de mineralizare.

Capitolul a III-lea Descrierea Modelului

3.1 Descrierea Mohid Land

MOHID este prescurtarea de la Modelo Hidrodinmico ce nseamn Model

Hidrodinamic n portughez. Acesta a fost creat n 1985. MOHID este un sistem de modelare al

apei bazat pe module de volume finite realizate n ANSI FORTRAN 95 utiliznd filosofia

programrii orientate pe obiect, integrnd diverse modele numerice i susinnd interfaa grafic

a utilizatorului ce gestioneaz toat pre i post-procesarea. Este o unealt integrat de modelare

util pentru simularea proceselor fizice i biogeochimice att n coloana de ap ct i n

sedimente i este de asemenea util pentru simularea racordrii dintre aceste dou domenii i

atmosfera.

MOHID Land este un nucleu executabil al Sistemului de modelare a apei MOHID. Acest

program a fost realizat pentru a simula hidrografia bazinului i acviferele. MOHID Land are la

baz procese fizice, spaial distribuite, continue, model cu pai de timp variabili pentru ap i

ciclurile proprietilor n apele interioare i mediile principale. Ecuaiile sunt prezentate n

imaginea de mai jos

24

Fig 6 Ecuaii MOHID Land

Procesele principale rezolvate sunt:

Mediul poros 3D ce rezolv ecuaia Richard

Reeaua de drenaj 1D ce rezolv unda de micare, unda de difuzie sau ecuaia

complet St. Venant

Curgere de suprafa 2D (ce rezolv unda de difuzie)

Evapotranspiraia utiliznd Penman Motheith i disponibilitatea apei n sol

Creterea plantei i practicile agricole (plantare, recoltare, fertilizare, aplicarea

pesticidelor, etc.) inclusiv starea de laten i baza de date a culturilor SWAT

Interaciunea mediului poros cu scurgerile prin infiltrare utiliznd continuitatea

(ecuaia Richard)

Mediul Poros i scurgerile n interaciune cu reeaua de drenaj utilizand

continuitatea (gradientul de suprafa dintre scurgeri i reeaua de drenaj. Ecuaia

lui Richards cu gradient de nivel ntre Mediul Poros si Reeaua de Drenaj)

25

Transportul proprietilor n toate mediile i transformrile n sol i ru (modelele

de calitate a apei pot fi adugate)

Reaciile biologice i chimice n sol ca mineralizarea, nitrificarea, denitrificarea,

imobilizarea, echilibrul chimic, descompunerea i procesele din ru ca producia

primar, asimilarea nutrienilor, etc.

Inundaiile

Adaptarea pasului de timp dinamic

MOHID Land utilizeaz o metod de adaptare a pasului de timp n ciclurile

hidrodinamice principale. n cadrul unui ciclu iterativ, dac volumul de ap al cursului de ap, a

scurgerilor de suprafa sau din mediul poros, variaz mai mult dect n procentul stabilit de

utilizator ntre doi pai de timp consecutivi, atunci modelul micoreaz pasul de timp. n

consecin, modelul recalculeaz soluia curent cu un pas de timp mai mic, pentru procesul

afectat (cursul de ap, scurgerea de suprafa sau mediul poros). Acest proces este repetat pn

variaia volumului devine mai mic dect cea stabilit de utilizator. Pasul de timp crete din nou

atunci cnd modelul verific dac curgerea este stabil. De exemplu, n cadrul modulului

Drainage Network, pasul de timp poate fi micorat la intervale foarte mici de timp n perioada

de inundaiilor. Aceast procedur determin evitarea volumelor negative i optimizeaz timpul

necesar pentru realizarea unei simulri fr a compromite stabilitatea modelului. Paii de timp ai

proceselor, calculai n diferite sub-modele pot fi diferii, adaugnd mai mult optimizrii

costului de calcul.

26

Fig 7 Interfaa MOHID Studio

Modulele MOHID Land

Unele module dezvoltate sunt asociate cu procese specifice ce pot fi ntlnite n bazinul

hidrografic i n medii specifice, crend astfel o structur modular. Pentru utilizatorii nceptori

ct i pentru cei experimentai, procesele rezolvate, ecuaiile, datele de intrare sunt prezentate n

cele ce urmeaz pentru fiecare modul MOHID Land.

Modulul PorousMedia care calculeaz infiltraiile, micarea nesaturat i saturat

a apei

Modulul PorousMediaProperties care calculeaz proprietile de transport i

transformrile din sol

Modulul SedimentQuality ce calculeaz transformrile proprietilor n sol

conduse de microorganisme (mineralizarea, nitrificarea, denitrificarea, etc.)

Modulul PREEQC ce calculeaz transformarea proprietilor n sol prin echilibru

chimic

Modulul Runoff ce calculeaz scurgerea de suprafa

Modulul RunoffProperties ce calculeaz proprietile transportului n timpul

scurgerilor

27

Modulul DrainageNetwork care se ocup cu apa, rspndirea proprietilor i

transformrile acestora n ruri

Modulul Vegetation gestioneaz creterea vegetaiei i practicile agricole

Modulul Basin gestioneaz informaiile dintre module i calculeaz interfaa,

fornd fluxurile dintre atmosfer i sol (evaportranspiraia potenial)

MOHID Land folosete de asemenea toate modulele pentru preprocesarea datelor, calcule

i postprocesare ce sunt comune cu MOHID Water (de ex. citirea fiierelor de date, manevrarea

geometriei, rezultate scrise n HDF, timeserie, etc.)

Pentru realizarea simulrilor a fost ales MOHID Land. RZWQM este un model

unidimensional realizat s simuleze condiiile pe o singur unitate de suprafa iar SWAT

permite realizarea simulrilor unui anumit numr de procese fizice ntr-un bazin hidrografic.

MOHID este un model ce poate realiza ambele tipuri de simulri, att locale ct i generale.

SWAT utilizeaz pentru hidrologie ecuaii semi-empirice n timp ce MOHID utilizeaz ecuaii

pe bazate fizic.

3.2 Definirea proceselor simulate

Dup studierea principalelor i a celor mai semnificative procese microbiologice i

chimice ce au loc n sol i rolul acestora n agricultur, a fost realizat identificarea fiecrui bazin

de intrri i ieiri.

n tabelele 1,2 i 3 sunt prezentate fluxurile ciclurilor carbonului, azotului i fosforului

28

Tabel 1 Intrri i ieiri n ciclul carbonului

Nivel Fluxuri

Intrare Ieire

Carbon Heterotrofic

Aerob

Descompunerea MO instabile

Descompunerea MO refractare

Excreia aerob de CO2

Moarte

Carbon Autotrofic Absorbia CO2 Moarte

Carbon Heterotrofic

Anaerob

Descompunerea MO instabile

Descompunerea MO refractare

Excreia aerob de CO2

Moarte

CO2 Excreie aerob i anaerob

CH4 Excreie anaerob

Materie organic

carbonic refractar

Descompunere de heterotrofe aerobe

Descompunere de heterotrofe anaerobe

Materie organic

carbonic instabil

Moarte heterotrof aerob i anaerob

Moarte autotrofic

Descompunere de heterotrofe aerobe

Descompunere de heterotrofe anaerobe

Tabelul 2 Intrri i ieiri pentru ciclul azotului

Nivel Fluxuri

Intrare Ieire

Azot Heterotrofic Aerob

Descompunerea MO instabile

Descompunerea MO refractare

Imobilizarea NH4

Imobilizarea NO3

Excreia aerob de NH4

Moarte

Azot Autotrofic Absorbia NH4 Moarte

Azot Heterotrofic Anaerob

Descompunerea MO instabile

Descompunerea MO refractare

Denitrificarea consumul de NO3

Excreia anaerob de NH4

29

NO3 Nitrificarea Excreia de NO3

Denitrificarea Consumul anaerob

Heterotrof

Denitrificarea excreia deN gazos

- Imobilizarea

NH4 Excreia heterotrofic aerob i

anaerob - Hidroliza Ureii

Nitrificarea excreia NO3

Imobilizarea

Nitrificarea Creterea autotrof

NH3 Volatilizarea

Materie organica azotoas

refractar

Descompunere de heterotrofe aerobe

Descompunere de heterotrofe

anaerobe

Materie organica azotoas

instabil

Moarte heterotrof aerob i anaerob

Moarte autotrofic

Descompunere de heterotrofe aerobe

Descompunere de heterotrofe

anaerobe

N2 (gaz) Denitrificare Excreia de N(gaz)

Urea

Hidroliza ureii

NH3 Volatilizarea NH3

Tabel 3 Intrri i ieiri pentru ciclul fosforului

Nivel Fluxuri

Intrare Ieire

Fosfor Heterotrofic

Aerob

Descompunerea MO instabile

Descompunerea MO refractare

Imobilizarea fosforului solubil

Excreia aerob de fosfor solubil

Moarte

Fosfor Autotrofic Absorbia fosforului solubil Moarte

Fosfor Heterotrofic

Anaerob

Descompunerea MO instabile

Descompunerea MO refractare

Excreia anaerob de fosfos solubil

Moarte

Fosfor mineral solubil

Excreie heterotrof aerob

Excreie heterotrof anaerob

Solubilizarea

Absorbia autotrof

Imobilizarea

Fixarea/ Adsorbia

Fixarea

mineralelor/Adsorbia

fosforului

Fixare/Adsorbie Solubilizarea

30

Fosfor organic refractar

Descompunere de heterotrofe aerobe

Descompunere de heterotrofe anaerobe

Fosfor organic instabil Moarte heterotrof aerob i anaerob

Moarte autotrofic

Descompunere de heterotrofe aerobe

Descompunere de heterotrofe anaerobe

Excreiile aerobice i anaerobice sunt ieiri din biomasa heterotrof deoarece acestea nu

pot ncorpora toi nutrienii n procesul de cretere i de aceea, n consecin, apar unele fluxuri

ale bazinelor de CO2, ortofosfai sau NH4. Excreiile depind de eficiena bacteriilor n

transformarea elementelor organice n biomas organic.

O alt chestiune interesant este legat de conservarea masei: totalul de carbon, azot i

fosfor este mereu acelai. Aceste elemente pot fi distribuite n diferite bazine (organice sau

anorganice), n partea terestr sau atmosferic, dar masa total este conservat. Acest lucru este

uor de observat uitndu-ne la diferitele intrri i ieiri din bazin. De exemplu, descompunerea

materiei organice este o surs pentru creterea biomasei, dar este o ieire pentru materia organic

refractar i instabil. (Baro, 2007)

Lucrarea de fa are la baz proiectul NITROSAL. Scopul acestui proiect a fost de a

simula adsorbia amoniului (NH4) i impactul n procesul schimbului de cationi dintre sol i

soluia solului.

Pentru aceast lucrare, pe lng modulele utilizate anterior n proiectul Nitrosal, a fost

utilizat i modulul SedimentQuality. Acesta se ocup de procesele biologice din sol, procese ca

mineralizarea, nitrificarea, denitrificarea i imobilizarea.

Principalele module, cele mai importante procese i ecuaii, sunt prezentate mai jos.

3.2.1 Modulul PHREEQC Interaciunea dintre NH4+, Na+ i sol

Prima misiune n dezvoltarea proiectului a fost adresarea problemei: simularea adsorbiei

amoniului (NH4+) i impactul pe care-l are asupra procesului schimbului de cationi dintre sol i

soluia solului.

Soluia care a fost adoptat, a fost aceea de a dezvolta dou module care s simuleze att

procesul de nitrificare ct i schimbul de cationi ce implic NH4+. Pentru chestiunea schimbului

de cationi ce implic amoniul, s-a hotrt adaptarea unui program deja existent, PHREEQC

dezvoltat de USGS (Explorri Geologice S.U.A)

31

Apoi Modulul PhreeqC a fost dezvoltat n FORTRAN i integrat n programul MOHID

Land.

Modulul realizeaz cteva funcii. Prima este aceea de a citi structura simulrii, un fel de

ram ce va fi utilizat pentru pregatirea bazei de date i rularea modelului. n timpul execuiei

programului MOHID Land de fiecare dat cnd programul apeleaz acest modul, acesta execut

o nou simulare 0-D PHREEQC utiliznd baza de date pentru fiecare celul din cmp, pe baza

acestei rame. A doua funcie este de convertire a unitilor proprietilor ce vor fi utilizate la

simulare pentru uniti ce sunt cerute de modelul PHREEQC i dup realizarea calculelor,

convertirea rezultatelor napoi la unitile utilizate de MOHID Land. n final, modulul conduce o

serie de calcule necesare pentru utilizarea bazei de date.

Printre caracteristicile PHREEQC implementate n baza de date cea mai important este

abilitatea de a realiza echilibrul chimic ntre o soluie i variabilele solului, i anume de a

transporta procesul schimbului de cation. Procesul schimbului de cationi n PHREEQC este

implementat cu ajutorul conveniei Gaines-Thomas. Lund ca exemplu schimbul ntre Ca2+i K+,

reacia de schimb este definit ca:

(5)

Un X este schimbtorul, care este ncrcat negativ. Legea aciunii maselor poate fi

descris astfel:

(6)

n orice caz, n proiectul Nitrosal este folosit convenia Gapon. Care poate fi scris

astfel:

(7)

Legea aciunii maselor pentru convenia Gapon poate fi scris astfel:

(8)

3.2.2 Modulul pentru creterea sorgului

Modulul utilizat pentru dezvoltarea sorgului este modulul Vegetation. Acesta este

modulul care are un model de cretere a plantei ce simuleaz interaciunea cu ciclul apei i

nutrienii att la nivel local ct i la nivelul bazinului hidrografic.

Modelul de cretere este bazat pe modelul utilizat n SWAT i conceptul de eficiena

utilizrii radiaiei prin care o fraciune din radiaia fotosintetic activ este captat zilnic de ctre

32

plant i convertit n biomas a crei cretere este limitat de disponibilitatea apei, a

nutrienilor, a salinitii i de stresul provocat de temperaturi.

3.2.3 Modulul SedimentQuality

Prin utilizarea acestui modul s-a intenionat apropierea rezultatelor obinute din simulri

de cele de pe teren i prin urmare apropierea de realitate.

Acesta este un modul 0D care se ocup cu procese ale sedimentelor biologice realizate de

bacterii, procese ca mineralizarea materiei organice, nitrificare, denitrificare i imobilizare, i

permite monitorizarea evoluiei nutrienilor NO3-, NH4

+, P i CO2 n sol.

Procesele simulate de acest model sunt:

Descompunerea materiei organice

Moartea microorganismelor

Nitrificarea

Imobilizarea amoniului

Denitrificarea

Imobilizarea fosforului

Imobilizarea azotului

Hidroliza ureii

Bacterii de solubilizare

3.2.3.1 Principalele procese

Principalele procese n SedimentQuality sunt mineralizarea materiei organice,

nitrificarea, denitrificarea i imobilizarea acionate de microorganisme. Aceste procese i

moartea microorganismelor sunt simulate utiliznd coeficient standard (s.day-1.pop-1) ce este

influenat de temperatur, pH, oxigen n cazul proceselor aerobice i concentraiile substratului

dac exist. O formul mai veche, bazat pe RZWQM a fost adaptat pentru a fi consecvent n

uniti i n noua formul exist un coeficient maxim i un factor de stres (de la 0 la 1). Acestea

sunt calculate n concordan cu pH-ul, aerobioza i condiiile de aerobioz, oxigen i

disponibilitatea substratului. Aerobioza i condiiile de aerobioz sunt calculate innd cont de

coninutul relativ de ap.

33

Un coeficient maxim este determinat calculnd un coeficient standard al temperaturii

actuale (day-1.pop-1), fie populaia bacterian ce conduce procesele.

Rata de descompunere

)_()()()/( luiSubstrsatuDescomppHOxigenanaeraerRataMaxKdesc

1010101011 dayday Efectul temperaturii asupra coeficienilor este asupra calcului coeficientului maxim

micro

TRg

Ea

descomp

p

pbPopeA

h

TKRataMax p

(9)

micro

KKmolekcal

molekcal

PopepopdayssJ

KKJday

..

.

111

111

1

...

.

(10)

Rata de deces

)_())(1())(1()/(

1decesSubstratpHOxigen

anaeraerRataMaxK desomp

(11)

micro

TRg

Ea

descomp

p

pb

Pop

e

Ah

TK

RataMax

p

(12)

Condiia pH-ului - (pH)

Aceast condiie are valoarea 1 pentru pH optim i comportament descresctor simetric

pn la pH acid i bazic. n cazul n care este utilizat pentru rata de mortalitate condiia este (1

condiie pH) din moment ce valoarea 1 (rata maxim de mortalitate) va fi pentru cele mai proaste

condiii (pH acid sau bazic) i 0 pentru cele mai bune condiii.

34

pHpHoptpHusedpHoptpHif 2 (13)

pHusedpHopt

pHusedterm

2 (14)

Aceast ecuaie d un triunghi simetric n jurul zonei optime. Formula original tinde s

descreasc puternic condiia pentru pH-ul bazic, ceea ce nseamn c n modelul original

microorganismele tind s se streseze mai mult cu pH bazic dect acid. Noul model ar putea fi

schimbat s se adapteze la comportament.

Condiia oxigenului i substratul n ratele non death

Condiia oxigenului i cea a substratului reprezint abundena de substan ce nu are un

efect negativ n concentraii ridicate. Astfel, pentru concentraii mai ridicate dect cele optime

valoarea va fi ntotdeauna 1. Pentru concentraii mai reduse dect cele optime avem o descretere

liniar a condiiei pn la concentraia 0 i condiia 0. n cazul n care condiia oxigenului este

utilizat n ratele de deces, va deveni 1 condiia oxigenului din moment ce valoarea 1

reprezint rata de deces maxim i 0 reprezint lipsa acesteia.

1;min

OptConc

Concterm

(15)

Condiie pH

0.00

0.20

0.40

0.60

0.80

1.00

1.20

0 2 4 6 8 10 12 14 16 pH

Term pHopt = 7 pHopt = 3 pHopt = 11

35

Condiia substratului i ratele de deces

n cazul n care condiia substratului este utilizat n cazul ratelor de deces,

descompunerea este exponenial odat cu creterea substratului (mai mare dect minimul)

pentru a reprezenta acelai comportament ca n formula mai veche. Pentru concentraii mai mici

dect cele minime, condiia este 1 iar rata de deces este maxim. Pentru concentraii mai mari

dect cele minime, condiia ca o descompunere exponenial arat efectul creterii de material la

scderea ratei de deces.

1;min

Conc

MinConcterm

(16)

Mineralizarea materiei organice

Materia organic este mineralizat n amoniu cu bacterii heterotrofice i de asemenea

imobilizarea poate s apar pentru a menine raportul C:N.

Rata de mineralizare LPOM

Rata de mineralizare RPOM

Nitrificarea

Nitrificarea este condus de ctre microorganismele autotrofe. De asemenea imobilizarea

este asociat.

Denitrificarea

Denitrificarea este condus de ctre microorganismele anaerobice. De asemenea

imobilizarea este asociat.

Creterea microorganismelor

Microorganismele incorporeaz carbon, azot i fosfor n procesele descrise mai sus.

Oricum, ele au de asemenea ieiri prin respiraie i moarte.

36

3.3 Implementarea modelului Simulri cu MOHID Land

Variatele dezvoltri i mbuntiri realizate n MOHID Land au fost utilizate pentru a

realiza simulri, pentru a mbuntii nelegerea relaiei dintre amoniu (NH4+) i sruri (Na+,

Ca2+

, Mg2+

, K+) n procesul de schimb cationic, influenarea proceselor biologice de

mineralizare, nitrificare, denitrificare, imobilizare precum i impactul acestei relaii n

dezvoltarea culturii. Perioada simulat n cadrul proiectului a fost 2007 2010.

Sarcina modelrii a constat n 2 simulri ale metodelor de test (IA i IV-C) pentru cei trei

ani de proiect, utiliznd programul MOHID Land. Pentru aceste simulri cu MOHID Land

modulele dezvoltate i care au fost utilizate sunt: Vegetation, SedimentQuality i PHREEQC.

Munca mea pentru aceast lucrarea, n ceea ce privete simulrile realizate cu MOHID

Land, a fost realizat n cteva etape:

Prima etap a fost aceea de nelegere a felului n care programul lucreaz, facnd cteva

teste cu diferite module n funciune.

A doua etap a fost aceea de a realiza aceleai simulri ca i n cazul proiectului Nitrosal,

pentru a realiza nelegerea etapelor acestui proiect i rezultatele.

A treia etap a nsemnat realizarea de simulri cu MOHID Land, dar utiliznd o nou

interfa, MOHID Studio i un nou executabil, ceea ce a nsemnat schimbri ale cuvintelor cheie

fa de varianta iniial.

Ultima etap a fost aceea de utilizare a modului SedimentQuality.

n acest proiect, referitor la modelare, au fost observate trei aspecte: dinamica apei din

sol, transportul soluiilor i dezvoltarea culturilor i discuiiale acestor aspecte au fost realizate

separat.

Toate simulrile au fost realizate cu modulul Vegetation, planta cultivat a fost sorgul.

Datele plantrii i recoltrii culturilor precum i perioadele de irigare utilizate n simulare

pot fi observate n figura de mai jos.

37

Capitolul al IV-lea - Rezultate i discuii

4.1 Concentraiile azotului (NH4+ i NO3

-)

Rezultatele pentru concentraia azotului n soluia solului, pentru cele trei adncimi (20cm, 40cm

i 60cm) mpreun cu msurtorile de cmp sunt prezentate mai jos:

Fig 8 Concentraia NH4+ la 20cm

nsmnare 2007 nsmnare 2008 nsmnare 2009 Recoltare 2007 Recoltare 2008 Recoltare 2009 Irigaii ini 2007 Irigaii fin 2007 Irigaii ini 2008 Irigaii fin 2008 Irigaii ini 2009 Irigaii fin 2009

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

18.05.2007 04.12.2007 21.06.2008 07.01.2009 26.07.2009 11.02.2010

NH

4+ (

me

q.L

-1)

20 cm

I-A Obs-I-A I-A-SQ

38

Fig 9 - Concentraia NH4+ la 40cm

Fig 10 - Concentraia NH4+ la 60cm

Fig 11 - Concentraia NO3- la 20cm

0.0

0.2

0.4

0.6

18.05.2007 04.12.2007 21.06.2008 07.01.2009 26.07.2009 11.02.2010

NH

4+

(me

q.L

-1)

40 cm

I-A Obs-I-A I-A-SQ

0.0

0.2

0.4

0.6

18.05.2007 04.12.2007 21.06.2008 07.01.2009 26.07.2009 11.02.2010

NH

4+

(me

q.L

-1)

60 cm

I-A Observed Values (I-A) I-A-SQ

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

18.05.2007 04.12.2007 21.06.2008 07.01.2009 26.07.2009 11.02.2010

NO

3- (

me

q.L

-1)

20 cm

I-A Obs-I-A I-A-SQ

39

Fig 12 - Concentraia NO3- la 40cm

Fig 13 - Concentraia NO3- la 20cm

Rezultatele simulrilor n cazul concentraiilor de azot ne arat apropierea rezultatelor

obinute de valorile msurate n teren. n cazul amoniului se poate observa ca acesta are valori

mult mai mari n urma simulrilor cu mondulul SedimentQuality activat dect fr acest modul.

Aceast cretere poate fi pus pe seama dezvoltrii microorganismelor odat cu introducerea

acestui modul. Se poate observa de asemenea o scdere a nitratului. De asemenea poate fi

observat creterea puternic la nceputul perioadei de irigaii.

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

12.0

14.0

18.05.2007 04.12.2007 21.06.2008 07.01.2009 26.07.2009 11.02.2010

NO

3-

(me

q.L

-1)

40 cm

I-A Obs-I-A I-A-SQ

0.0

5.0

10.0

15.0

18.05.2007 04.12.2007 21.06.2008 07.01.2009 26.07.2009 11.02.2010 NO

3-

(me

q.L

-1)

60 cm

I-A Obss (I-A) I-A-SQ

40

4.2 Concentraia de sruri

Rezultatele pentru concentraia de sruri n soluia solului pentru msurtorile realizate pe

cele 3 adncimi.sunt prezentate mai jos.

Fig 14 - Concentraia Ca la 20cm

Fig 15 - Concentraia Mg la 20cm

Fig 16 - Concentraia Mg la 40cm

0.0

50.0

100.0

18.05.2007 04.12.2007 21.06.2008 07.01.2009 26.07.2009 11.02.2010

Ca2

+ (m

eq

.L-1

) Ca - 20cm

Obs-I-A I-A-SQ

0.0

20.0

40.0

60.0

18.05.2007 04.12.2007 21.06.2008 07.01.2009 26.07.2009 11.02.2010

Mg2

+ (m

eq

.L-1

) Mg -20 cm

I-A Obs-I-A I-A-SQ

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

18.05.2007 04.12.2007 21.06.2008 07.01.2009 26.07.2009 11.02.2010

Mg2

+ (m

eq

.L-1

)

40cm

41

Fig 17 - Concentraia Mg la 60cm

Fig 18 - Concentraia Na la 20cm

Fig 19 Conductivitatea Electric la 20cm

Rezultatele simulrilor sunt aproape identice n ambele cazuri i de asemenea rezultatele

se potrivesc cu valorile msurate pentru calciu (Ca2+), sodiu (Na+) i magneziu (Mg2+). Acest

0.0

20.0

40.0

18.05.2007 04.12.2007 21.06.2008 07.01.2009 26.07.2009 11.02.2010 Mg2

+ (m

eq

.L-1

)

60 cm

0.0

100.0

200.0

300.0

18.05.2007 04.12.2007 21.06.2008 07.01.2009 26.07.2009 11.02.2010

Na+

(m

eq

.L-1

)

Na - 20 cm

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

18.05.2007 04.12.2007 21.06.2008 07.01.2009 26.07.2009 11.02.2010

CE

(dS.

m-1

)

20 cm

I-A Obs-I-A I-A-SQ

42

lucru demonstreaz c att modulul PhreeqC ct i SedimentQuality dau rezultate foarte

apropiate de realitate.

De asemenea rezultatele pentru conductivitatea electric sunt apropiate de realitate.

Conductivitatea electric este important n simulare deoarece acesta este parametrul care indic

indexul stresului salin al culturii, ncepnd de la o valoare limit specific pentru fiecare cultur

i valoarea de descompunere pentru absorbia apei de ctre plante, de asemenea specific fiecrei

culturi. Dei nu este singurul factor de stres care poate afecta absorbia apei, acesta este totui un

factor de o importan major, mai ales pentru intrrile mari de sare.

Fig 20 Concentraii de Ca, Mg, Na, NH4 adsorbii

Aa cum am amintit i mai sus, suma total a srurilor este mereu aceeai, prin urmare

scderea concentraiei unui element nseamn creterea concentraiei altui element. n acest

grafic se poate observa c creterea concentraiei de Na determin scderea concentraiei de Mg.

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

18.05.2007 04.12.2007 21.06.2008 07.01.2009 26.07.2009 11.02.2010

NH4X CaX MgX NaX

CaX-SQ NaX-SQ MgX-SQ NH4X-SQ

43

Fig 21 Biomasa Aerian

Concluzii

Rezultatele simulrilor au artat c MOHID Land, cu ajustrile care au fost fcute

(Modulul Vegetation, PREEQC, SedimentQuality) a devenit o unealt versatil n analizarea

problemelor legate de dinamica apei solului i transportul soluiilor reaciilor chimice n sol.

Modelul poate fi utilizat pe ntreaga suprafa a bazinului, i unele simulri au fost

realizate n aceast direcie, inclusiv transportul soluiilor n soluri i ruri.

Simularea dinamicii apei a artat c MOHID Land poate reproduce micarea n sol ntr-o

simulare 1D chiar acceptabil, dar este necesar ca datele de intrare cum ar fi precipitaiile,

irigaiile i caracteristicile solului (parametrii hidraulici) s fie reprezentativi pentru zona

studiat. Aceasta este o necesitate n orice model hidrologic.

Modulul PorousMediaProperties a fost esenial pentru realizarea acestei lucrri.

Modulul Vegetation, este la ora actual mbuntit pentru a se adapta realizrii unor

situaii mai complexe, n special la nivelul bazinului rurilor, cum ar fi posibilitatea de rotaie a

culturilor n timp, schimbri ale datelor de nsmnare, recoltare i practici agricole diverse,

toate acestea ducnd la o apropiere de realitate.

0.0

5.0

10.0

15.0

20.0

25.0

18.05.2007 04.12.2007 21.06.2008 07.01.2009 26.07.2009 11.02.2010 Bio

mas

a A

eri

an(

t.h

a-1)

I-A I-A-SQ

44

Simulrile au artat, de asemenea, c amoniul (NH4+) este nlocuit cu succes n faza

adsorbit de sruri ca Na+ (sodiu) la aplicarea irigaiilor cu ape saline, trecnd n soluia solului,

i poate fi utilizat de ctre culturi.

n final, se poate spune c scopul acestei lucrri a fost atins. Continuarea acestui lucrri

fiin aplicarea pe suprafaa unui bazin hidrografic.

45

Bibliografie

1. Brady, Nyle C; Weil, Ray R., 2002, The Nature and properties of Soils, Prentice Hall,

Thirtheen Edition.

2. Barao, Ana Lucia Pena; 2007, Carbon Nitrogen and Phosphorus Soil Cycle Modelling -

Dissertao para Obteno do Grau de Mestre, Universidade Tcnica de Lisboa, Lisboa.

3. Foth, Henry Donald, 1984, Fundamentals of soil science, New York : Wiley, cop., 7th ed.

4. Galvo, P.B.; 2002, Solute Dynamics in Unsaturated Soil, Trabalho Fim de Curso da

Licenciatura em Engenharia do Ambiente, Instituto Superior Tcnico Universidade

Tcnica de Lisboa, Lisboa.

5. Ma, L.; Ahuja, L.R.; Ascough II, J.C.; Shaffer, M.J.; Rojas, K.W.; 2000, Integrating

system Modeling with field research in Agriculture, Application of the Root Zone Water

Quality Model (RZWQM), Academic Press.

6. Neves, R.; Chambel-Leito, P. ; Leito, P.C.; 2000, MODELAO NUMRICA DA

CIRCULAO DA GUA NO SOLO.O MODELO MOHID, Instituto Superior Tcnico,

Universidade Tcnica de Lisboa.

7. Neitsch, S.L.; Arnold, J.G.; Kiniry, J.R.; Williams, J.R.; 2011, Soil and Water

Assessment Tool Theoretical Documentation Version 2009, Texas Water Resources

Institute.

8. Smil, Vaclav; 1993, Global Ecology: environmental change and social flexibility,

Routledge.

9. Sttescu, Florian; Pavel, Vasile Lucian, 2011, tiia solului, Ed. Politehnium, Iai.

10. Sttescu, Florian; Mcescu, Bogdan, 1997, Elemente ale complexului ecologic din sol,

Ed. Sam.Sons, Iai.

11. Stevenson, F.J.; Cole, M.A., 1999, Cycles of Soil: Carbon, Nitrogen, Phosphorus, Sulfur,

Micronutrients, John Wiley & Sons, Inc, Second edition.

12. Trancoso, Rosa; Braunchweig, Frank; Chambel Leito, Pedro; Obermann, Mathias;

Neves, Ramiro; 2009, "An advanced modelling tool for simulating complex river systems",

Science of The Total Environment.

46

13. VanLoon, Gary W.; Duffy, Stephev J.; 2004, Environmental chemistry : A global

perspective, Oxford University Press

14. Wild, Alan., c1993 [Reprinted 1994(twice), 1995, 2001], Soils and the environment : an

introduction, Cambridge University Press

***http://water.epa.gov/scitech/datait/models/

***http://www.mohid.com/wiki/index.php?title=Mohid_Land

47

Anexe

48

49