通过数学尺度转换，研究土壤生物扰动对宏观尺度水流、气体输运及土壤力学性质的物理影响

专注于生物扰动对土壤结构影响的土壤力学博士项目。理想的申请者需具备强大的数学技能，尤其是微分方程和连续介质力学方面的能力。

关于该项目 揭示蚯蚓和根系等隐藏的生态系统工程师如何重塑土壤结构，有望彻底改变可持续农业发展。该项目将微小生物孔隙与大规模土壤行为联系起来，建立数学模型，从而提升对水流、气体传输及力学韧性的预测能力，对应对土壤压实和保障全球粮食安全具有至关重要的意义。 土壤结构从根本上调节着不同尺度下的水流、气体传输及力学行为。令人担忧的是，超过25%的机械化农业土地面临土壤紧实化的威胁：这种退化现象会降低孔隙度，限制根系生长，并阻碍渗透作用。这一日益严重的问题可能危及全球粮食安全，仅英国每年带来的经济负担就估计为5亿至12亿英镑。 为应对这一日益严重的挑战，自然界提供了潜在的解决方案：如蚯蚓和植物根系等栖息于土壤中的生物因子充当着生态系统工程师的角色，通过生物扰动改变土壤结构。它们的活动能够改善排水性能，增加含氧区域，甚至可能加速压实土壤的结构恢复。尽管具有如此潜力，生物扰动对整体土壤特性的物理影响仍未被充分量化，且目前尚不清楚这种微观级生物活动如何影响田间尺度的传输与力学特性。 本项目将建立严格的数学框架，把土壤生物扰动的影响从孔隙尺度推广至田间尺度。您将使用渐近与均匀化方法，将孔隙尺度过程（例如斯托克斯流、气体扩散、颗粒接触应力）上推为宏观有效性质，如水力传导率、受曲折度影响的有效扩散，以及土壤整体有效弹性。研究将利用X射线计算机断层成像（CT）显示土壤生物孔隙，并生成基于图像的计算网格用于模拟。您将把宏观性质变化与生物活动模式联系起来，以改进现有土壤参数化方法。 该项目为您提供了以下机会： 在两次或更多国际会议上发表原创研究论文，例如美国地球物理学会（AGU）或欧洲地球科学联盟（EGU）会议，并培养出色的科学传播与学术交流能力 获取项目管理经验，包括规划、跨学科协作及利益相关方参与 在X射线计算机断层扫描（CT）成像方面发展高级技能，涵盖样本制备、图像采集及3D图像处理技术 掌握数据科学技术，包括计算建模、基于图像的网格生成以及复杂数据集的定量分析 在土壤生物力学领域获得深入的专业知识，包括孔隙尺度物理现象及生物影响下的整体土壤行为 通过论文撰写、研究资助申请及知识传播工作，强化技术写作能力，面向学术与非学术受众开展知识传播 在分析与计算数学方法方面提升熟练度，包括渐近分析、微扰技术、均质化及数值模拟等 利用 MATLAB、Python 和有限元软件等工具提升编程技能，以解决复杂的多尺度问题 通过应用数学、土壤科学与环境工程交叉领域的跨学科研究，培养批判性思维与问题解决能力 工程学院致力于促进平等、多样性与包容性，这从我们获得的 Athena SWAN 奖中可见一斑。我们欢迎所有申请者，无论其性别、种族、残疾状况、性取向或年龄如何，并将充分考虑那些寻求灵活工作模式以及曾中断职业生涯的申请者。 该大学拥有完善的生育政策，提供现场儿童保育设施，并提供多种福利措施，以保障员工的健康与工作生活平衡。南安普顿大学致力于可持续发展，并荣获铂金级生态奖。

入学要求 您必须拥有英国 2:1 荣誉学位或同等国际学位，且所学专业属于以下领域之一： 工程学 物理学 应用数学 您应具备扎实的微分方程知识。拥有连续介质力学、基于图像建模或土壤/环境系统方面的经验将具有优势。

资助：全额资助（仅限英国 UK） 学费与资助 本项目由导师讲师职位的科研启动经费提供全额资助。

如何申请 您需： 选择课程类型（研究型）、2026/27学年、工程与物理科学学院 选择全日制或非全日制 搜索工程与环境博士项目（7175） 在申请表第2部分填写导师姓名 申请材料应包括： 您的CV（个人简历） 2份学术推荐信 截至目前的学位课程成绩单和证书 英语语言资格证明（如适用）