任理
任理
任理，任理，1959年6月生於北京，工學博士，中國農業大學資源與環境學院土壤和水科學系教授，博士生導師。
分別於1988年和1994年碩士和博士研究生畢業於武漢水利電力大學農田水利工程專業。1994年10月至1996年9月在北京農業大學土壤學專業進行博士后研究，並獲中國博士后科學基金資助。2003年10月至11月在荷蘭WAGENINGEN大學的土壤物理及農業水文學與地下水管理研究所從事合作研究；2005年8月在英國ABERTAY大學的SIMBIOS（Scottish Informatics, Mathematics, Biology, and Statistics）進行學術訪問。曾在地質礦產部水文地質工程地質研究所地下水動力學室(1982年至1985年)；河北地質學院水文地質工程地質系水文地質教研室及華北水利水電學院水利工程系農田水利教研室(1988年至1991年)擔任科研和教學工作。
在教學方面：主講土壤學專業研究生的學位課《土壤物理》，合作講授土壤學專業研究生的選修課《土壤溶質運移》。
曾分別受聘擔任：中國科學院地理科學與資源研究所客座研究員（2002年-2005年）；中國科學院計算數學與科學工程計算研究所科學與工程計算國家重點實驗室客座研究員（2002年-2004年）；中國科學院陸地水循環及地表過程重點實驗室水文水資源研究方向客座研究員（2004年-2007年）。中國土壤學會土壤物理專業委員會副主任；中國水利學會水資源專業委員會委員；中國地質學會環境地質專業委員會委員；中國地質學會水文地質專業委員會委員；中國自然資源學會水資源專業委員會委員。國家自然科學基金委員會地球科學部與中國地質調查局水文地質環境地質部“中國地下水科學戰略研究小組”成員。
1.聯合應用農業生產系統模型（APSIM）或根系帶水質量模型（RZWQM）以及地理信息系統與遙感技術，模擬分析和預報區域尺度的土壤水分動態和氮素、農藥在非飽和土壤中的動態規律及其對淺層地下水污染的淋失風險，特別是模擬和預測區域尺度冬小麥－夏玉米輪作體系的糧食產量和水分利用效率及氮肥偏生產力的動態，優化灌溉與施氮方案，為糧食安全和資源高效利用及環境友好的可持續農業的發展提供定量化的決策依據。
2.聯合運用分散式水文模型（SWAT）和地理信息系統與遙感技術，在考慮模型參數不確定性的條件下，模擬和預測流域尺度冬小麥－夏玉米種植制度下的糧食生產潛力、優化灌溉制度，為達到節水條件下的糧食穩產和增產提供參考依據。
3.聯合運用通用陸面模型（CLM）和地理信息系統與遙感技術，在考慮模型參數不確定性的條件下，模擬、預測和評估區域尺度農田在冬小麥－夏玉米種植制度下的農業乾旱風險，為更好地規避乾旱災害對糧食安全的影響而合理地制定灌溉制度提供參考依據
4.非均質多孔介質中流動問題的多尺度數值模擬演演算法的發展和水力參數多尺度數據整合方法的構建及非飽和土壤水力特性參數的數據同化方法的應用研究。
主持國家自然科學基金項目“非飽和土壤水力學參數估計的集合卡爾曼濾波同化系統的發展與應用”（No. 51079146）；2.主持高等學校博士學科點專項科研基金“區域尺度農田氮素環境效應的模擬研究”（No.200800190035）；3.參加國家重點基礎研究發展計劃項目（973）“主要糧食作物高產栽培與資源高效利用的基礎研究”的第七課題“作物高產高效的土壤條件與定向調控”（NKBRSF, No. 2009CB118607）；4.參加國家自然科學基金重點項目“農業面源污染物運移轉化及其環境效應”（No. 51039007）；5.參加水利部公益性項目“集約化種植區水體農業面源污染風險及調控”（No. 200901083）。
1.根據Libardi等（1980）提出的野外估算求取非飽和土壤水力傳導度的方法，通過在河北省南宮試驗場進行的試驗，求得了粉壤土的非飽和水力傳導度，並用數值模擬驗證了參數的可靠性。應用表明，該法簡單實用，可作為野外非層狀土壤求參數的一種較好的方法。
2.通過對南宮野外試驗場實測資料的分析，將零通量面法與一元非線性回歸分析相結合，建立了大氣平均蒸發力1.65mm/day下的土壤水分蒸發模式，並以此為基礎採用數值模型反演出一簇不同大氣條件下相對蒸發率與表土基質吸力關係的指數型衰減曲線。對非飽和土壤水動態的數值模擬表明，計算值與實測值有著良好的一致性。
3.將陳景仁（J. R. Chen）等提出的有限解析法推廣應用於非飽和土壤水分運動的模擬。編製了適於求解小Peclet數入滲問題的計算程序。通過對比垂直入滲方程線性化的解析解和模擬野外土壤水分重分佈試驗，表明：有限解析法具有很高的計算精度，數值穩定性好。
4.應用一種將拉普拉斯變換與有限差分法相結合的新方法－混合拉普拉斯變換有限差分法（HLTFEM）求解非穩定地下水流問題。首先使用拉氏變換除去控制方程中的時間導數項，接著在象空間用有限差分方法求解並採用Honig-Hirdes演演算法進行數值反演，得到原物理問題的解。算例表明，本文所使用的這一新演演算法穩定並收斂於精確解。由於計算過程中沒有時間步長，因此，該方法是求解大區域長時間地下水流動態問題的有力工具。
5.對於大尺度、長時間的多孔介質中的溶質運移問題，使用傳統的數值方法（例如有限單元法）求解對流—彌散方程可能會非常耗費時間。此外，這些傳統的方法被用於求解對流佔優的溶質運移問題時，常導致人工擴散和振蕩。我們發展了混合拉普拉斯變換有限單元法（Hybrid Laplace Transform Finite Element Method, HLTFEM）求解一維和二維對流—彌散方程。這種方法首先在時間域上使用Laplace變換，接著，在Laplace空間應用有限單元法數值求解變換后的偏微分方程，最後，運用一種高精度的反演演演算法，通過對有限單元解的數值反演獲得結點的濃度值。所提出的這種半解析的方法消除了計算過程中的時間步長且容許使用相對較大的網格，這顯著地提高了計算效率。幾個數值算例的結果表明：這種混合方法高效、準確，能夠有效地消除數值擴散和振蕩。
6.定量分析了夏玉米不同麥秸覆蓋條件下土壤水熱動態的田間試驗結果，根據 Philip 和 de Vries 的土壤水熱流動理論，採用貯量集中有限元法建立了夏玉米生長初期麥秸覆蓋條件下土壤水熱遷移的耦合數值模型。根據氣象觀測資料確定上邊界條件，在此基礎上，對覆蓋定額400公斤/畝的夏玉米生長初期田間非均質土層的水熱動態進行了模擬，並對錶層土壤的水熱遷移進行了數值分析。
7.開展了夏玉米生長期間麥秸行間覆蓋條件下土壤水熱動態的田間試驗。在此基礎上，採用交替方向有限差分法建立了模擬苗期條帶覆蓋下土壤二維水熱遷移的數值模型，其中覆蓋部分土壤表面的邊界條件由能量平衡方程確定，模型的輸入只需常規的氣象資料、土壤水熱遷移參數。數值計算結果表明，該模型具有一定的實用價值。
8.在實驗室內分別使用特殊形狀的隔板，人工構造了在水平橫截面上呈“川”字型和“井”字型分佈、由質地相差較大的兩種土壤相間構成的非均質土柱，開展了降水噴灑條件下鹽分在土壤中出流動態的實驗觀測。以傳遞函數模型作為模擬手段，研究了穩定流場飽和非均質土壤中氯離子優先遷移的隨機特徵。
9.由於土壤中氮的化學和生物過程之間複雜的相互作用，估算多孔介質中具有各種氮轉化情形的硝態氮淋溶是困難的。我們使用源匯項來考慮氮的主要轉化作用，發展了一個傳遞函數模型(Transfer Function Model, TFM)，用於模擬冬小麥生長條件下土壤中硝態氮的出流濃度。這些源匯項被視為對溶質運移體積的輸入並被嵌入到傳遞函數模型中，以便就它們對硝態氮出流濃度的影響進行特徵化。在3個非稱重式地中滲透計中進行了181天的田間試驗。在不同時間沿著每個地中滲透計2米土壤剖面測定了硝態氮的濃度。將試驗數據與傳遞函數的模擬結果進行了對比，表明：所發展的模型對硝態氮的淋溶過程和總淋溶量都能給出合理的預測。結果還表明：在傳遞函數中考慮氮的轉化作用明顯地提高了估算精度，包含氮轉化的傳遞函數模型對總淋溶量估算的相對誤差小於7%，而不包含氮轉化作用的傳遞函數模型對總淋溶量估算的相對誤差會達到17%。
10.採用土壤溶質運移非平衡理論的數學模型及考慮吸附作用的傳遞函數模型對脈衝輸入條件下農藥阿特拉津的淋溶行為進行了模擬；提出了一種僅考慮吸附作用時農藥在穩定流場飽和均質土壤中累計淋溶量動態預報的簡捷方法。
11.採用考慮pH變化和有機碳影響的吸附等溫線對重金屬鎘在土壤中的吸附規律進行了描述，並應用基於物理和化學非平衡的溶質運移數學模型對恆定濃度輸入條件下鎘在穩定流場飽和土壤中的淋溶規律進行了數值分析；在考慮土壤水力學參數、溶質運移參數和兩組分影響下吸附參數空間變異性的基礎上，使用有效參數和尺度提升方法對鎘在農田尺度非飽和土壤中的淋溶風險進行了數值試驗。
12.以實驗室內所開展的滴灌施用除草劑—阿特拉津在土壤中運移的物理模擬實驗為基礎，運用所求得的供試土壤的水力學參數和溶質運移參數及阿特拉津在該土壤中的吸附特性參數和降解速率常數，應用數值模擬方法對物理模擬的實驗結果進行了模擬，並就不同初始含水量、不同滴頭流量對土壤水分和阿特拉津動態分佈的影響進行了數值分析。
13.以農藥阿特拉津為研究對象，通過在北京永樂店和山東禹城的田間分別採集土壤樣品，測定其主要理化特性，由土壤的機械組成和干容重測試數據，採用土壤傳遞函數生成了van Genuchten型的水力學參數，並進一步間接計算得到了阿特拉津運移的彌散度，同時，由實測的土壤有機碳含量估算了阿特拉津的吸附參數。在此基礎上，根據柱模型假設，運用數值模擬技術，針對降雨入滲—重分佈及農田氣象條件下阿特拉津在夏玉米不同生育期的農田尺度非飽和土壤中的淋溶風險進行了數值模擬。
14.在同時考慮土壤水力學參數、溶質運移參數和有機氮的礦化作用速率常數空間變異性的條件下，分別以北京永樂店和山東禹城農田為研究案例，基於柱模型假設，對冬小麥和夏玉米生育期農田尺度土壤硝態氮的淋失動態進行了數值模擬。
15.以獸葯磺胺二甲嘧啶（sulfamethazine, SM2）及其在動物體內的主要代謝產物N4-乙醯化磺胺二甲嘧啶(N4-acetylsulfamethazine, N4-ACE-SM2) 為研究對象，系統地開展它們在土壤環境中吸附、降解和運移特性的試驗研究。首先，採用批量平衡法，進行了SM2及N4-ACE-SM2在砂質壤土中的吸附特性研究，以Freundlich吸附等溫方程擬合實驗數據，得到吸附等溫線，從而獲得它們在供試土壤中的吸附特性參數Kf和1/n。接著，利用批量培養法開展了SM2及N4-ACE-SM2在供試土壤中的降解實驗，對試驗數據應用一級降解動力學方程，分別獲得了它們在土壤中微生物降解和化學降解的一級降解速率常數。此外，降解實驗還揭示出代謝產物N4-ACE-SM2在供試土壤中可部分地轉化成母體化合物SM2，這一現象得到了質譜檢測的確定。最後，使用易混合置換實驗裝置，對SM2及N4-ACE-SM2在穩定流場飽和砂質壤土中的運移動態開展了實驗觀測，並以Br-作為示蹤溶質，分別獲得了它們在供試土壤中淋溶動態的穿透曲線。結果顯示：與示蹤溶質相比，SM2及N4-ACE-SM2 的穿透曲線都呈現出非對稱和拖尾的形狀，它們的出峰時間均滯后，出峰高度也降低。這說明：SM2及N4-ACE-SM2在土壤中的運移同時伴隨著吸附和降解作用的發生。
16.我們提出了求解在跨越多個尺度的非均質多孔介質中地下水流問題的有限體積多尺度有限單元法（Finite Volume Multiscale Finite Element Method, FVMSFEM）。該演演算法基於在有限體積離散和多尺度有限元基函數之間的有效耦合。它能有效地捕捉粗網格上解的大尺度結構而無需重新求解所有小尺度特徵並保持局部守恆。構造該演演算法的基本思想是：通過使用能將介質特性的小尺度信息帶到大尺度上的多尺度有限元基函數來估計穿過有限控制體積界面段的宏觀通量。我們以多孔介質中的非穩定流問題為基礎，描述了構造這個演演算法的策略。為了論證所發展的方法的有效性和精確性，就具有對數正態分佈的飽和水力傳導度的隨機場，對多孔介質中的二維地下水流問題進行了數值試驗。
17.獲得非均質多孔介質中非飽和水流的數值解是困難的，這不僅是因為自然界多孔介質的相關物理特徵參數的空間變異性而且還由於在處理非線性時所引起的數學問題。我們提出了一個多尺度有限元線性化格式（Multiscale Finite Element Linearization Scheme, MSFELS）用來有效地模擬在跨越多個尺度的非均質多孔介質中的非飽和流動問題。這種方法的中心目標是準確和有效地在粗網格上獲得具有非均質係數的Richards方程的大尺度解而不用詳細地在所有細尺度上求解。這個方法的基本思想是運用Slodicka線性鬆弛近似格式來解決方程的非線性且使用多尺度有限元基函數來考慮方程係數的空間變異性。我們描述了構建這個方法的原理，給出了相應的演演算法。為了說明所提出的方法的有效性和精確性，對具有周期和隨機產生的對數正態水力傳導度的非飽和流動方程進行了數值試驗。
18.為了求解具有在小尺度上定義的非均質係數的井流問題，我們提出了一個修改的多尺度有限單元法（Modified Multiscale Finite Element Method, MMSFEM ） 。該方法的關鍵思想是：使用服從於一般邊界條件的局部井驅使流動問題的細尺度解，來確定井附近區域的多尺度基函數的邊界條件。這樣，這些基函數不僅適應於水力參數的局部特性而且適應於井附近壓力場的局部變化。我們在對具有隨機對數正態分佈的水力傳導度場所作的數值試驗中，既考慮了由抽水井驅動的穩態流問題也考慮了非穩定流問題。數值結果表明：對於井驅動的地下水流，相對於參考的細尺度結果，這個修改的方法比標準的多尺度有限單元法能夠提供更加精確的粗尺度模擬。
19.估算氮在土壤中淋溶的挑戰性源自這種化合物在其中所發生的複雜的物理、化學和生物過程。考慮土壤中的非穩定水流、表施氮的輸入、初始殘留氮和氮的主要轉化對硝態氮淋溶過程的影響，我們發展了傳遞函數模型（Transfer Function Model, TFM）來模擬田間的硝態氮出流濃度。在這個模型中氮的轉化包括固持、礦化、揮發和植物吸收。在硝態氮的概率密度函數中，我們引入了一個權重因子來量化表施和殘留氮對硝態氮淋溶的貢獻。在冬小麥和夏玉米生育期進行了196天的田間試驗。沿著兩個土壤剖面測定了土壤水勢和硝態氮濃度。在研究期間的測量深度為2米，其中：1米以上的間隔為10厘米；1米以下的間隔為20厘米。試驗數據和傳遞函數的模擬結果進行了對比，表明：所發展的模型對氮的淋溶過程和2米深度處氮的淋溶總量都提供了合理的預測。結果還表明：在傳遞函數中考慮非穩定水流條件和氮的轉化作用顯著地提高了估算的精度。與測量數據的對比表明：考慮和不考慮非穩定水流和氮的轉化，將導致所估算的氮的總淋溶量的相對誤差分別為1%和20%。具有權重因子的傳遞函數能夠用於估算表施和殘留氮對田間淋溶過程的貢獻。
20.飽和水力傳導度的測定對於理解和模擬田間尺度的水文過程是重要的。在探討雙環入滲儀的尺寸是如何影響測量的水力傳導度方面，迄今為止系統化的研究較少。為了確定這種尺寸效應，我們在7個地點使用4組不同尺寸的雙環入滲儀測量了飽和水力傳導度。內環直徑分別是20cm、40cm、80cm、120cm。我們還開展了詳細的數值模擬研究來闡明在非均質土壤中雙環入滲儀的內徑尺寸是如何影響測量的水力傳導度。田間實驗和數值模擬的結果都表明：測量的水力傳導度的變異性對於較小的內徑（即小於40cm）要大些，隨著環徑的增大，這種變異性逐漸減小。我們的研究顯示出：在土壤空間變異性高的地方，為了獲得可靠的測量，入滲儀具有較大的內徑（一般大於80 cm）是必要的。
21.我們推廣有限差分異質多尺度方法（Finite Difference Heterogeneous Multiscale Method, FDHMM）來模擬隨機多孔介質中的非穩定非飽和水流問題。這個數值方法是基於在不同的網格水平上對原方程使用兩種不同的格式，該方法獲得數值結果所需要的花費比求解原方程要低。這個數值方法的主要特色在於宏觀模型所需的數據是通過在稀疏的空間域上求解微觀模型來提供的。所編製的程序通過Richards方程的線性模型加以驗證。考慮兩種不同的本構關係，我們把這種數值方法應用於包括不同的土壤質地和邊界條件的幾個測試例子中。在應用FDHMM模擬非均質非飽和土壤中的水流問題時，對於局部微觀模型的求解，我們既考慮 Dirichlet 邊界也考慮周期邊界。數值實驗表明：FDHMM能夠有效地模擬特定土壤中的非穩定非飽和水流問題。數值實驗還表明：FDHMM能夠獲得準確的全局質量守恆且是一個全局收斂的演演算法，此外，對於特定的標準差，隨機係數的相關長度對這個方法的精度具有相對較小的影響。
22.我們提出了一種自適應多尺度有限元方法（Adaptive Multiscale Finite Element Method, AMSFEM）來求解跨越多個尺度的非均質多孔介質中的非飽和水流問題。主要的目標是設計一種數值方法，使其能夠不經過在每個時間步長內分辨所有的小尺度細節就能夠自適應地捕捉到粗尺度網格上解的大尺度行為。這一目標的完成是通過構造能夠自適應於非飽和水力傳導度場的時間變化的多尺度基函數來實現的。我們方法的關鍵思想是使用基於非飽和水力傳導度場的時間變化的一個判據來確定何時何地更新我們的多尺度基函數。因而，這些基函數能夠動態地計算方程係數的空間變異和時間變化。我們詳細地描述了構造這一方法的原理並給出了實現該方法的一個演演算法。為了論證所提出的方法的有效性和準確性，我們對具有隨機生成的對數正態的水力參數的非飽和水流方程進行了數值實驗。結果表明：在整個自適應的模擬中，只有很小部份的多尺度基函數需要重新計算，這種自適應方法的精度水平要高於基函數不隨水力傳導度時間變化而更新的多尺度有限元技術。
23.已經證明連續時間隨機遊走（Continuous Time Random Walk, CTRW）模型提供了一種普遍而有效的方法來定量化模擬實驗室、田間、及數值條件下非均質介質中的溶質運移行為。在我們的研究中，首先通過曲線匹配運用該模型來描述物理或（和）化學非平衡條件下土壤中的吸附性溶質的運移行為。擬合結果顯示，CTRW模型的模擬結果與實測數據具有很好的一致性。緊接著，鑒於CTRW模型中的參數無法直接或比較容易地獲得，我們提出另一種不同於曲線擬合的方法來估計這些參數，該方法在估計這些參數時並不依賴於待模擬的溶質穿透曲線。我們利用HYDRUS-1D模型在一定範圍的流速（v）和吸附參數（R）的條件下生成了大量的溶質穿透曲線，然後利用這些人工數據進行了一系列的數值試驗，探討了CTRW模型參數與這兩個可通過獨立實驗測得的參數（v 和 R）之間的關係。基於這些人工數據集，我們得到了CTRW參數與v及R之間一系列的回歸關係，這些回歸關係可以很方便地作為一種估計或預測模型來評價土壤中穩態流條件下的吸附性溶質的運移行為。為了驗證這些關係的有效性，我們將其應用於多組文獻中的實驗資料中。應用的結果表明我們所提出的方法對於所選用的大多數實測數據給出了合理的預測結果，從而說明我們的方法或許提供了一種可供選擇的方式來有效地預測土壤中的吸附性溶質的運移行為。儘管文中呈現的回歸關係是在特定的流速和吸附條件下獲得的，然而，我們提出的方法論是普遍的，或許這種方法可以被推廣到預測其他流速和吸附條件下的吸附性溶質的運移行為。
24.飽和水力傳導度是最重要的土壤物理特性之一。土壤特性內在的空間變異性要求我們必須獲得充分且可靠的飽和水力傳導度數據才能減小水文模擬中的不確定性。本研究中，我們在貝葉斯層次模型的框架下，結合了尺度提升演演算法和一種自適應的馬爾科夫鏈蒙特卡洛（Markov Chain Monte Carlo，MCMC）抽樣技術，即延遲拒絕自適應Metropolis演演算法（Delayed Rejection Adaptive Metropolis，DRAM），在已知粗尺度上飽和水力傳導度的空間分佈以及細尺度上飽和水力傳導度的先驗信息的條件下，重構出細尺度上的飽和水力傳導度的空間分佈。運用這種層次模型框架，我們建立了細尺度上飽和水力傳導度場的后驗分佈。該后驗分佈整合了不同尺度上所有的已知信息，並且嵌入了一個非顯式的尺度提升運算元，特別地，該分佈還具有高維的特點。后驗分佈這種複雜的結構造成了對其進行抽樣模擬時在計算上的挑戰和困難，為此，我們採用了DRAM抽樣方法，在一定程度上克服了這種困難。為了清楚地闡述上述建模過程和所用的演演算法及步驟，我們首先以兩個人工算例分別展示了兩個尺度和三個尺度上的飽和水力傳導度的數據整合過程。進一步，我們將該方法應用到位於中國西北的一個實驗地，利用分佈於空間上的大量原位測量的飽和水力傳導度數據驗證了方法的有效性。接下來，我們進行了一系列具有代表性的數值試驗，旨在說明所用方法的能力及適用性，這些數值試驗涵蓋了一個寬範圍的土壤條件，包括：不同水平的空間非均質性、不同的相關長度和不同程度的各向異性。總之，大量的算例表明，結合了尺度提升演演算法和DRAM抽樣策略的貝葉斯層次模型為整合不同尺度的飽和水力傳導度提供了一種切實可行的模擬方法。我們採用數值試驗進行的研究，為該方法提供了一個廣泛的數值驗證，同時也展示了方法的適用性和局限性。
25.全面認識水量平衡的所有組分對灌溉農業中優化水的利用是必不可少。然而，根據所需的時間間隔以及由於過程的複雜性，大部分水量平衡組分是非常難以測定的。非飽和帶模型是對農業管理如何影響作物利用水的效應進行預測的有用工具，它能從農業水利用的極小化角度來優化農業生產實踐。對於中國西北民勤縣的灌溉區域，我們應用描述水的運動和作物生長的、具有物理機理的一維農業水文學模型SWAP（Soil-Water-Atmosphere-Plant）來顯示多點位的水量平衡組分。該模型具有在時間和空間上從一個變化水平來提取模擬過程的能力。通過使用參數估計程序PEST，蒸散（ET）通量的反演模擬被用於標定土壤水力函數。由NOAAAVHRR衛星影像，表面能量平衡系統（SEBS）被用於估計真實的ET通量。我們以小麥作為試驗作物在民勤縣的15個不同地點進行了模擬，但是只有3個地點被用來進行模型標定和評價。對整個小麥生長季節的模擬周期為2004年4月到2004年7月30日，我們在所有點位上都進行了詳細的分析。SWAP所模擬的土壤水動態良好，這表明，分散式的SWAP模擬是分析所有水量平衡組分的一個有用工具。
26.雙環入滲儀被廣泛用於測量野外土壤的飽和水力傳導度。一個入滲儀的內環尺寸和外環尺寸（緩衝指數的兩個因素）影響著飽和水力傳導度的測定。關於雙環入滲儀的內環和外環尺寸對野外飽和水力傳導度測量的聯合作用迄今很少有系統的研究。我們通過使用具有6個內環直徑（10、 20、 40、 80、 120 和 200 cm）且對每個環徑有4個緩衝指數（0.2、0.33、0.5 和 0.71）的24個入滲儀，進行了7224次數值模擬，旨在研究用於可靠的飽和水力傳導度測量的內、外環尺寸的最優結合。結果顯示：在實際中，內環尺寸是比緩衝指數本身（或外環尺寸）更重要的一個應當被考慮的因素，為了獲得野外土壤飽和水力傳導度的可靠的原位測量，我們建議與一個外環相組合的內環直徑應該較大（在大多數情況下，直徑大於等於80 cm且緩衝指數大於等於0.33）。
27.我們發展了一種尺度提升方法用於模擬淹灌條件下水平方向呈非均質的非飽和帶中的土壤水流。基於流管模型假設和帶有五參數的 van Genuchten-Mualem 土壤水力函數，通過使用時間和空間變數及壓力頭的無量綱形式而將Richards方程無量綱化。儘管強烈依賴於尺度的參數Ks和alpha在轉化后的Richards方程中不存在，但是弱依賴於尺度的參數n仍存在於這個轉化后的方程中，而且參數alpha被引入到轉化后的初始和邊界條件中。因此，在我們的尺度提升演演算法中也引入一種冪率平均技術。與傳統的數值方法相比，我們的方法只需要數值求解一次變換后的Richards方程並回代到無量綱變數的表達式中就能獲得每個土柱的壓力頭分佈和所有土柱中土壤水動態的均值和方差，而傳統的Richards方程對每個土柱都必須求解一次。這個新的演演算法用兩個數值實驗進行了標定，在這兩個涉及不同土壤質地的實驗中，作為時間和深度函數的土壤含水量被較好地模擬。Alpha和n的不同組合被用來比較數值模擬的精度：n對模擬結果影響不大而alpha對模擬結果有相當明顯的影響。為了進一步驗證這個新方法的數值有效性，我們採用相應於冪率平均技術的指數p（p=0; p=+1; p=-1; p= +0.5; p=-0.5）的有效alpha值進行了更多的數值實驗。結果顯示：對具有平衡的初始壓力頭剖面的實驗1和具有定常的初始壓力頭剖面的實驗2，對特定深度的濕潤鋒的模擬結果與傳統數值方法的結果具有一致性且模擬的壓力頭誤差小。總之，我們所提出的方法能用於尺度提升在水平方向上呈現非均質性的土壤中非飽和水流的特性。
28.以所採集的北京市海淀區東北旺試驗站大量的田間試驗觀測數據為基礎，我們對農業生產系統模型（Agricultural Production Systems Simulator, APSIM）的有關參數進行了詳細的參數靈敏度分析與標定。結果顯示：標定模擬的土壤剖面體積含水量動態的精度較高，平均相對誤差為13.41%；標定模擬的土壤剖面硝態氮濃度動態的精度較低，平均的相對誤差為31.38%；標定模擬的冬小麥葉面積指數、生物量和產量的平均相對誤差分別為36.49%、24.18%和32.31%；標定模擬的夏玉米葉面積指數、生物量和產量的平均相對誤差分別為31.76%、35.84%和26.44%。以上標定模擬的精度就田間實際情況而言，總體是可以接受的。經過參數標定后的APSIM模型將為深入探討不同農田管理措施下水氮利用效率的長期動態提供較可靠的定量分析手段。
29.通過田間試驗的方法，定量化地研究長時間尺度冬小麥和夏玉米產量、水分利用效率及氮肥偏生產力對不同農田管理措施的響應是困難的。我們應用經過參數的靈敏度分析與標定后的農業生產系統模型（Agricultural Production Systems Simulator, APSIM），以北京市海淀區東北旺試驗站為背景，探討了不同灌溉、施氮、種植日期和種植密度等農藝措施下冬小麥和夏玉米的產量、水分利用效率及氮肥偏生產力的變化，以期探尋適合當地特定氣候、土壤條件下的既能保證糧食穩產高產又能達到水氮資源高效利用的田間管理措施。首先根據所搜集的1985-2005年統計年鑒中的產量數據對參數標定后的模型作了進一步的驗證，結果顯示：冬小麥和夏玉米產量的模擬值與年鑒統計值之間的平均相對誤差分別是43.16%和20.90%。夏玉米產量的模擬精度要高於冬小麥產量的模擬精度。運用驗證后的模型，基於所設計的9種不同的水氮管理情景進行了模擬分析，結果表明：冬小麥在播前、拔節和開花期分別灌溉75 mm；豐水年和平水年夏玉米在播前灌溉31 mm，枯水年夏玉米在播前和抽穗期分別灌溉20.29 mm，特枯水年夏玉米在播前和抽穗期分別灌溉84.47 mm；冬小麥在播前和拔節期分別施入氮肥43.33 kg/ha和86.67 kg/ha，夏玉米在苗期和大喇叭口期分別施入氮肥40 kg/ha和80 kg/ha。這樣的節水省氮灌溉施氮方案不僅能夠獲得較高的糧食產量，還能獲得較高的水分利用效率和氮肥偏生產力。在此方案的基礎上，我們又對冬小麥晚播與增密及夏玉米晚收的情景進行了模擬，結果表明：通過這一農藝措施，可以使冬小麥、夏玉米的產量再提高7.09%和19.38%，冬小麥、夏玉米的水分利用效率可進一步提高8.72%和33.34%，冬小麥、夏玉米的氮肥偏生產力可進一步提高7.09%和19.38% 。
30.提高水氮利用效率的模擬研究對農業節水與省氮的田間管理措施的制定具有重要的現實意義。我們利用收集的山東省禹城試驗站田間試驗數據對根系層水質模型（Root Zone Water Quality Model, RZWQM）的有關輸入參數進行了靈敏度分析和標定。參數標定后的模擬結果與實測結果的對比顯示：土壤體積含水量模擬值的均方根差和平均相對誤差分別為0.069cm3 cm-3和-8.57%；土壤硝態氮含量模擬值的均方根差和平均相對誤差分別為41.41mg/kg和-69.56%；在冬小麥-夏玉米輪作體系下，作物吸氮量模擬值的均方根差和平均相對誤差分別為97.8kg/ha和50.6%；作物地上部生物量和產量模擬值的均方根差分別為2392kg/ha和2239kg/ha，平均相對誤差分別為32.8%和22.2%；葉面積指數模擬值的均方根差和平均相對誤差分別為2.83和243.8%。模擬結果表明：RZWQM能夠較好地模擬冬小麥-夏玉米輪作體系中土壤水分動態和作物地上部生物量及產量，可用於模擬分析農田水氮利用效率。但該模型在禹城試驗站對土壤硝態氮含量和葉面積指數模擬精度欠佳的原因有待進一步分析。
31.在對根系層水質模型（Root Zone Water Quality Model, RZWQM）的參數進行靈敏度分析和標定的基礎上，我們進一步驗證了RZWQM對1960-2005年山東省禹城試驗站冬小麥-夏玉米輪作制度下的冬小麥和夏玉米產量、水分利用效率及氮肥偏生產力的模擬能力。模擬的冬小麥和夏玉米產量與禹城市農業統計年鑒顯示的1985年至2005年的產量進行的對比表明：經過標定后的RZWQM能夠較好地模擬夏玉米產量（平均相對誤差為-13.3%），可以模擬冬小麥產量在年際間的變化趨勢（平均相對誤差-54.2%）。接著，針對所設計的9種節水和省氮的灌溉與施氮方案開展了大量的模擬情景分析，兼顧糧食產量和水氮利用效率的較優情景是：冬小麥在播前、拔節和開花期各灌溉75mm的水；夏玉米當平水年和豐水年時在播前灌溉一次56mm的水，當枯水年時在播前和抽穗期各灌溉83.8mm的水，當特枯水年時在播前和抽穗期各灌溉111mm的水。冬小麥在播前和拔節期分別施氮77.7kg/ha和155.3kg/ha，整個生育期施氮量為233kg/ha；夏玉米在苗期（播后5天）和大喇叭口期各施氮70.7kg/ha和141.3kg/ha，整個生育期施氮量為212kg/ha。這樣優化的灌溉與施氮方案能夠取得較好的增產效果和較高的水氮利用效率，即：冬小麥-夏玉米輪作體系的糧食產量為10302kg/ha、水分利用效率為1.40kg/m3、氮肥偏生產力為23.2kg/kg
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國際學術會議的論文集論文和牆報論文及特邀報告：
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9. Li Ren, Meng Mao, Zhiming Chen and Renduo Zhang, An Upscaling Algorithm for Simulating Water Flow in Unsaturated Soils under Flood Irrigation at Field Scale, Poster 137-20, 18th World Congress of Soil Science, July 9-15, 2006, Philadelphia, Pennsylvania, USA.
10. Meng Mao and Li Ren, Numerical Simulation of Atrazine Leaching at Field Scale during Summer Maize Growing Season under Meteorological Condition, Poster 137-21, 18th World Congress of Soil Science, July 9-15, 2006, Philadelphia, Pennsylvania, USA.
11. L Ren, X He, Finite Volume Multiscale Finite Element Method for Solving the Groundwater Flow Problems in Heterogeneous Porous Media, Poster H14B-0069, Western Pacific Geophysics Meeting, 24-27 July 2006, Beijing, China.
12. J Ma, L Ren, Numerical Analysis on Spatial Variability of Nitrogen Transport at Field Scale: A Case study in North China Plain, Poster H44E-07, Western Pacific Geophysics Meeting, 24-27 July 2006, Beijing, China.
13. L Ren, Uttam Kumar Singh, Kang Shaozhong, R. K. Jhorar, Simulation of Water Flow for Some Soils of Northwest China by Using Agro-hydrological Model, Remote Sensing and GIS Techniques, Oral talk, International Symposium on Flood Forecasting and Water Resources Assessment for IAHS-PUB, September 28-30, 2006, Beijing, China.
14. Li Ren, Junhua Ma, Numerical Simulation on Nitrogen Transport in Agricultural soils, The 34th Congress of International Association of Hydrogeologists, Theme: Groundwater- Present Status and Future Task, Abstracts: 257, October 9-13, 2006, Beijing, China.
15. Meng Mao, Li Ren, Numerical Simulation of Atrazine Leaching in Soils under Agricultural Meteorological Condition, The 34th Congress of International Association of Hydrogeologists, Theme: Groundwater- Present Status and Future Task, Abstracts: 256, October 9-13, 2006, Beijing, China.
16. Li Ren andXinguang He, Finite Volume Multiscale Finite Element Method for Solving the Groundwater Flow Problems in Heterogeneous Porous Media, Invited Speaker, Abstracts-Minisymposia Sessions, Inaugural Conference on Computational Methods in Energy and Environmental Research, 23, July 9-12, 2007, Beijing, China.
17. Li Ren and Jianbin Lai, Assessing the Size Dependency of Measured Hydraulic Conductivity Using Double-Ring Infiltrometers and Numerical Simulation, Invited Speaker, 2nd International Soil Moisture Working Group Meeting, November 14-15, 2007, Beijing, China.
18. Li Ren and Na Li, Application and Assessment of a Multiscale Data Integration Method to Saturated Hydraulic Conductivity in Soil, International Groundwater Forum 2010 Securing Groundwater in a Changing World, July 8-9, 2010, Beijing, China.
19. Na Li and Li Ren, Application and Assessment of a Multiscale Data Integration Method to Saturated Hydraulic Conductivity in Soil, International Workshop on Frontiers of Hydropedology and Earth's Critical Zone: Research and Applications, July 11-13, 2010, Beijing, China.
20. Li Ren, Jianbin Lai, Evaluating the Scale Dependency of Measured Hydraulic Conductivity Using Double-ring Infiltrometers and Numerical Simulation, Poster Number P-0177, 19th World Congress of Soil Science, August 1-6, 2010, BRISBANE, AUSTRALIA.
21. Meng Mao Li Ren, Lijuan Huo and Shefang Yin, Effects of Ionic Strength and Temperature on Adsorption of Atrazine, Deethylatrazine and Deisopropyatrazien in an Alkaline Sandy Loam, Poster Number P-0293, 19th World Congress of Soil Science, August 1-6, 2010, BRISBANE, AUSTRALIA.
22. Li Ren and Na Li, A New Method for Parameter Estimation of Sorbing Solute Transport in Soil, 2010 Taipei International Conference on the Investigation, Remediation and Management of Soil and Groundwater Contaminated Sites, October 27, 2010, Taipei, Taiwan.
23. Na Li and Li Ren, Application and Assessment of a Multiscale Data Integration Method to Saturated Hydraulic Conductivity in Soil, 5th International Symposium on IWRM, 3rd International Symposium on Methodology in Hydrology, November 19-21, 2010, Nanjing, China.
24. Li Ren and Na Li, Application of Continuous Time Random Walk Theory to Nonequilibrium Transport in Soil, 5th International Symposium on IWRM, 3rd International Symposium on Methodology in Hydrology, November 19-21, 2010, Nanjing, China.
25. Na Li and Li Ren, Characterization ofSaturated Hydraulic Conductivity Field Using a Bayesian HierarchicalModeling Framework and the Delayed Rejection Adaptive Metropolis Algorithm,The Third International Symposium of IAHS-PUB-CHINA, Predictions in Ungauged Basins: Theory and Practice, December 5-7, 2010, Beijing, China.
26. Chen Sun and Li Ren, Simulating Streamflow, Evapotranspiration and Crop Yields Using SWAT model in the Zhangwei River Basin, Hai River Basin,The Third International Symposium of IAHS-PUB-CHINA, Predictions in Ungauged Basins: Theory and Practice, December 5-7, 2010, Beijing, China.
27. N Li and L Ren, Application and Assessment of a Multi-scale Data Integration Method to Saturated Hydraulic Conductivity in Soil,Pedometrics 2011-Innovations in Pedometrics, The Pedometrics Commission of The IUSS, The Czech University of Life Sciences Prague and The Czech Society of Soil Science, Trest, Czech Republic, August 31 September 02, 2011.
28. L Ren and Ch Li, Estimation of Unsaturated Soil Hydraulic Parameters Using Ensemble Kalman Filter,Pedometrics 2011-Innovations in Pedometrics, The Pedometrics Commission of The IUSS, The Czech University of Life Sciences Prague and The Czech Society of Soil Science, Trest, Czech Republic, August 31 September 02, 2011
任理，微型計算機在分析承壓含水層抽水試驗數據中的應用，水文地質工程地質譯叢，1985年第1期，50—53頁。
任理毛萌著《農藥在土壤中運移的模擬—以阿特拉津（莠去津）為例》，ISBN 978-7-03-020590-2，科學出版社，北京，2008。
中國地下水科學戰略研究小組（鄭春苗 萬力 王焰新 馮夏紅 任理 李廣賀 李文鵬 吳吉春 張仁鐸 張幼寬 葛社民 董海良）著，《中國地下水科學的機遇與挑戰》，ISBN 978-7-03-024540-3，科學出版社，北京，2009。
1998年獲中國農業大學本科教學優秀獎勵；2000年被中國農業大學聘為優秀青年骨幹教師；2002年獲得中國農業大學優秀碩士論文指導教師；2004年和2006年兩次榮獲中國農業大學優秀博士論文指導教師。
