用MatLab确定土壤水分特征曲线参数

土壤水分特征曲线是定量研究土壤水运动的重要参数。目前,土壤物理学家普遍采用vanGenuchten模型(简称VG模型)来描述土壤水分特征曲线(h-θ曲线),本文讨论了如何确定模型参数的方法。根据中国科学院栾城试验站大田土壤剖面所采土样实测土壤负压h和土壤含水率θ数据,VG模型中的参数利用MatLab非线性拟合函数来确定,通过用四参数模型计算,计算的θ值与实测的θ值拟合较好,误差相对较小。通过长江河口地区土样检验表明,用MatLab方法确定VG模型参数,计算值与实测值拟合也较好,且计算值与实测值的残差平方和范数<0.001。     

简单入渗法在确定Brooks-Corey水分特征曲线模型参数中的应用研究

土壤水分特征曲线是描述土壤含水量与吸力（基质势）之间的关系曲线,它反映了土壤水能量与土壤水含量的函数关系,因此它是表示土壤基本水力特性的重要指标,对研究土壤水滞留与运移有十分重要的作用.几十年来,人们投入大量的精力发展确定水分特征曲线的方法,这些方法归纳起来分为两大类：一类是直接测定法,如张力计法、离心机法、压力膜法等;另一类是间接推求法.这些方法中多数缺乏精度、耗时、需昂贵的专用设备、需特殊操作技能,或者仅能提供很有限范围内的导水特性资料.同时人们也发展了多种经验公式,其中vanGenuchten模型和Brooks-Corey模型得到了广泛的应用.van Genuchten模型适用的土壤质地范围比较宽,同时可以使饱和土壤吸力为零,符合吸湿过程中土壤吸力变化特点,而Brooks-Corey模型形式简单,便于推求描述土壤水分运动模型和确定土壤水分运动参数.     

重庆缙云山不同植被类型林地土壤水分特征曲线模拟

土壤水分特征曲线是土壤水分运动研究必不可少的环节之一。为了快速简便而且准确地获取土壤水分特征曲线,作者以重庆缙云山4种不同类型植被林地土壤为研究对象,利用土壤不同基质势下,土壤水分含量与土壤基本物理特性之间的相关性,从Brooks-Corey模型出发,推算不同植被类型林地的土壤水分含量及其相应的土水势,确定该地区的土壤水分特征曲线,并通过与实测值的对比得出模型可用的结论,为该地区土壤水分运动的深入研究提供参考。     

SWCC测定过程产生的容重变化对SWCC参数的影响

土壤水分特征曲线（SWCC）测定过程本身会引起很大的容重变化。随着容重的增大,土壤的持水特性也发生改变。为了明确这种容重变化对土壤水分特征曲线的影响,本研究以4种原状土壤为例,用离心机法测定了不同定容重下的土壤水分特征曲线,分析了容重变化对Brooks-Corey和van Genuchten模型参数的影响。结果表明：土壤的容重越大,相同吸力下所对应的有效饱和度就越大,水分特征曲线就越平缓。4种土壤的参数A和α均随容重的增大而减小,可用幂函数表示。黑垆土和土娄土的λ、n随容重的增加而增大,可用线性函数描述,有别于黄绵土和红壤。从总体上看,无论扰动与否,土壤水分特征曲线测定过程引起的容重变化对粉质粘壤土和粉质粘土的影响情况一致。与van Genuchten模型相比,Brooks-Corey模型参数与容重具有更强的关系性。本研究有益于土壤水分特征曲线测定过程中容重影响因素的修正。     

用Brooks-Corey模型确定两流区模型参数

两流区模型为描述优先流情况下的溶质穿透曲线提供了新的方法。但两流区模型的所有参数目前仅能通过反推参数法获得，限制了其应用。近年来，毛管理论和土壤水力特性模型的发展使得有可能从更加微观的角度来揭示土壤水分和溶质运动的机理，同时也为对流弥散模型参数的确定提出了新的思路。本研究在Brooks—Corey模型的基础上，推求了土壤中的孔隙流速分布；以平均孔隙流速为两流区的临界流速，得到了两流区模型参数与Brooks-Corey水分特征曲线模型形状系数之间的简单关系；提出了由土壤水分特征曲线确定两流区模型参数的方法。用实测资料对考虑和不考虑不动水体情况下这种方法的可靠性进行了验证。结果表明，不考虑不动水体，上述方法可靠性较差；考虑不动水体，用上述方法预测两流区模型参数有一定精度，不会对模型的预测结果产生太大的误差。     

土壤水分特征曲线单一参数模型的建立及应用

在对甘肃省南小河沟流域不同地貌类型、不同质地土壤样品的土壤水分特征曲线进行试验测定的基础上,建立了南小河沟流域土壤水分特征曲线的单一参数模型,通过实测值对模型进行检验。结果表明:单一参数模型预测的土壤水分特征曲线与实测土壤水分特征曲线比较接近,而该模型参数少,结构简单,可进一步推广应用。     

一种改进的土壤压实模型及试验研究

土壤压实现象普遍存在于农业生态系统中。土壤的压实效应不但会给农业生产带来不良的影响，还可能增加地表径流的产生，从而加快地表水的污染。 为了更好地研究压实土壤中的水分、溶质运移以及压实效应对农业生产及生态与环境的影响，该文在原有土壤压实模型的基础上提出了一种两参数改进模型，并以4种原状土壤为例，用离心机法对改进模型进行验证。研究结果表明：改进模型能够较好地模拟土壤的压实过程，且拟合效果好于L模型；虽然改进模型的物理意义和模型精度与Assouline的三参数模型相当，但是参数少、形式简单是改进模型的优势。同时，改进模型的提出对研究土壤水分特征曲线测定过程中的容重变化特性具有重要的参考价值。     

估计太湖地区水稻土水分特征曲线的物理-经验方法研究

为寻求适于太湖地区水稻土水分特征曲线估算的简便方法,本文以实测土壤基本性质和土壤水分特征曲线为基础,对13种物理-经验方法估计土壤水分特征曲线的效果进行综合评价。结果表明,基于形状相似性的物理-经验方法预测效果要优于多数分形方法,但均差于基于Kravchenko-Zhang分维方法和B rooks-Corey水分特征曲线方程的孔隙表面分形模型(简称KZBC模型)。物理-经验方法在不同压力水头段对含水量的预测精度有差异,在实际工作中不仅要考虑模型的适用性,还要考虑其适用的压力水头范围。KZBC模型估计土壤水分特征曲线精度最高,实用性也较强,是适用于本研究区水分特征曲线估计的最佳方法。     

温度对砂型土壤和石英砂水分特征曲线的影响

为了研究温度变化对土壤和石英砂持水特性差异的影响机理,在离心机试验的基础上结合理论分析,对不同温度下土壤和石英砂水分特征曲线实测数据、低吸力段比水容及Van Genuchten经验模型的拟合参数进行了研究分析。结果表明:温度的变化对土壤水分特征曲线的位置影响显著,对曲线的走势无太大影响;而对于石英砂样本受温度变化的影响并不明显;温度对土壤持水能力的影响很大部分是由土壤中水分的性质和土壤自身性质共同决定的;同时,结合比水容的概念和水分特征曲线的VG模型参数较准确地评价温度变化下两种供试样品的持水性能和水分的有效程度。     

南亚热带丘陵土壤水分循环及其有效性的研究：VIII.丘陵？…

依据田间实测资料，在分析丘陵赤红壤水分性质的基础上，建立了土壤有效含水量与土壤物理粘粒含量之间的数学模型，土壤水分特征曲线数学模型，土壤月的贮水量与月降雨总量之间的数学模型和径流率与土壤表层初始含水量之间的数学模型，研究了土壤水分循环与平衡数学模型及各分量与参数的确定方法。     

沙漠非饱和风沙土壤水分特征曲线预测的分形模型

应用VanGenuchten提出的土壤水分特征曲线公式,推导出了沙漠风沙非饱和土壤水分特征曲线的分形模型。通过对古尔班通古特沙漠地9种不同土壤样本利用中子水分仪和负压计实测的水分特征曲线资料反求得到相应的分形维数,分析了分形维数与土壤质地之间的关系,结果表明随着土壤质地从流动风沙土、半固定风沙土到固定风沙土的变化,其分形维数呈逐渐增大。此外,基于土壤颗粒的重量与粒径分布求出了古尔班通古特沙漠地风沙土壤粒径的分形维数。通过对土壤水分特征曲线的分形维数与土壤粒径的分形维数的对比,得知它们之间存在着良好的线性关系。根据此关系,利用易测得的土壤粒径分形维数结合所推导的分形模型,对土壤水分特征曲线进行了预测,模型的预测结果很好地吻合了实测的土壤水分特征曲线。这一结果对于实际工作中根据风沙土壤颗粒大小分布的分形维数来预测沙漠风沙土壤水分特征曲线具有一定的指导意义。     

花岗岩风化土物理特征曲线间的相关性研究

花岗岩风化壳水分及收缩特性的研究是花岗岩土体稳定性评价及侵蚀机理研究的基础。通过Van Genuchten(VG)模型对不同风化程度的花岗岩土壤的颗粒累积分布、土水特征曲线和收缩特征曲线进行拟合,分析曲线拟合参数间以及这些参数与基本物理性质间的线性及非线性相关关系。结果表明:VG模型可以很好地用于不同风化程度花岗岩风化土的颗粒组成、土水特征与收缩特征的拟合与预测;曲线拟合参数间具有一定的线性相关关系;曲线拟合参数与基本物理性质间具有一定的线性相关关系,其中土水特征曲线参数与土壤质地以及容重线性相关性较高,收缩特征曲线物理参数与基本物理性质间的线性相关性较收缩特征曲线其他参数高。此外,曲线拟合参数间以及这些参数与基本物理性质间具有一定的非线性相关关系,而关系多为二次、三次非线性相关。根据花岗岩风化土颗粒组成状况及其基本物理性质对其水分特征曲线及收缩特征曲线进行预测具有一定的可行性。     

根系水质模型中土壤与作物参数优化及其不确定性评价

农业系统模型参数优化存在很高的不确定性,是模型应用研究的重点和难点。该研究利用自动优化程序PEST(parameter estimation software)对根系水质模型(root zone water quality model,RZWQM)中土壤参数(土壤水力学参数和根系生长参数)和作物遗传参数进行了优化,结果表明PEST优化模拟结果明显优于传统试错法的校正结果,且具有较高的参数优化效率。模型参数优化不确定性评价表明校正数据和参数初始值的选择、土壤水力学参数估算方法、不同类型参数间的相互作用以及优化目标方程(误差来源计算)都明显影响模型模拟结果。以上过程中土壤水力学参数优化值差异较小,但其土壤水分特征曲线却明显不同。通过以上评价分析提高了RZWQM相关参数优化结果的可靠性及其模拟功能,降低了模型参数优化的不确定性,为PEST优化其他模型参数提供了重要支持。     

土壤持水曲线van Genuchten模型求参的Matlab实现

土壤持水曲线是研究土壤水力学性质必不可少的 ,在已经建立的众多数学模型中 ,vanGenuchten模型是目前运用最广泛的模型 ,而运用该模型的关键是其 4个参数的求解。为此 ,本文对同一组东北褐土的土壤水吸力和对应的土壤含水量数据较详细地介绍了Matlab软件的非线性拟合和非线性回归函数的运用 ,得出了该土壤vanGenuchten模型的 4个参数值 ,分别建立了该土壤的vanGenuchten模型 ,并利用Mat lab强大的绘图功能对它们进行了直观比较。最后运用方差分析和残差分析对该模型的计算值与实测数据进行了分析 ,结果表明 :非线性拟合和非线性回归函数求参结果的显著水平均达到p<0 0 0 0 1,残差平方和均小于 0 0 0 0 5 ,其中非线性回归函数的求参结果较非线性拟合好。因此 ,运用Matlab软件的非线性拟合和非线性回归函数对土壤持水曲线的vanGenuchten模型进行求参是切实可行的 ,从而为土壤学工作者寻求出了一条运用数值计算方法的新途径。     

鲁中南山地典型植被土壤颗粒与土壤水分特征曲线的分形学特征

土壤粒径分布与水分特征曲线是土壤的重要物理性质,对土壤侵蚀状况和土壤肥力有显著影响。以鲁中南山地典型植被下土壤为研究对象,运用分形学理论研究5种典型植被土壤颗粒与水分特征曲线的分形学特征。结果表明:1)不同植被类型的土壤颗粒单重分形维数、多重分形参数和土壤水分特征曲线分形维数具有显著差异,均表现为麻栎+刺槐混交林>黑松+黄连木混交林>黑松林>核桃林>荒草地;2)土壤分形维数有林地大于荒草地,混交林大于纯林;3)土壤分形维数与黏粒体积分数、粉粒体积分数呈显著正相关,与砂粒体积分数呈显著负相关;4)土壤颗粒单重分形维数与土壤水分特征曲线分形维数呈显著的正相关关系。说明土壤颗粒分布与土壤水分特征曲线的分形参数可以作为反映土壤结构性状变化的定量指标,可利用土壤颗粒分形与土壤水分特征曲线分形维数的相关关系来描述对应的土壤水分特征曲线。研究成果可为鲁中南山地退耕还林与生态造林工程建设及其生态效益评价提供理论参考。     

Applicability of site-specific pedotransfer functions and rosetta model for the estimation of dynamic soil hydraulic properties under different vegetation covers

Background, Aims, and Scope  During the last decades, different methods have been developed to determine soil hydraulic properties in the field and laboratory. These methodologies are frequently time-consuming and/or expensive. An indirect method, named Pedotransfer Functions (PTFs), was developed to predict soil hydraulic properties using other easily measurable soil (physical and chemical) parameters. This work evaluates the use of the PTFs included in the Rosetta model (Schaap et al. 2001) and compares them with PTFs obtained specifically for soils under two different vegetation covers. Methods  Rosetta software includes two basic types of pedotransfer functions (Class PTF and Continuous PTF), allowing the estimation of van Genuchten water retention parameters using limited (textural classes only) or more extensive (texture, bulk density and one or two water retention measurements) input data. We obtained water retention curves from undisturbed samples using the ‘sand box’ method for potentials between saturation and 20 kPa, and the pressure membrane method for potentials between 100 and 1500 kPa. Physical properties of sampled soils were used as input variables for the Rosetta model and to determine site-specific PTFs. Results  The Rosetta model accurately predicts water content at field capacity, but clearly underestimates it at saturation. Poor agreement between observed and estimated values in terms of root mean square error were obtained for the Rosetta model in comparison with specific PTFs. Discrepancies between both methods are comparable to results obtained by other authors. Conclusions  Site-specific PTFs predicted the van Genuchten parameters better than Rosetta model. Pedotransfers functions have been a useful tool to solve the water retention capacity for soils located in the southern Pyrenees, where the fine particle size and organic matter content are higher. The Rosetta model showed good predictions for the curve parameters, even though the uncertainty of the data predicted was higher than for the site-specific PTFs. Recommendations and Perspectives  The Rosetta model accurately predicts the retention curve parameters when the use is related with wide soil types; nevertheless, if we want to obtain good predictors using a homogenous soil database, specific PTFs are required. ESS-Submission Editor: Prof. Zhihong Xu, PhD (zhihong.xu@griffith.edu.au)     

水蚀风蚀交错带土壤剖面水力学性质变异

土壤剖面水力学性质的确定是土壤水分动态预测的基础。该文在水蚀风蚀交错区六道沟流域分别对居于坡中和坡上两块样地160 cm土层不同深度未扰动土壤的水分特征曲线进行了测定，将Van Genuchtens水分特征曲线模式与Mualem导水模式相结合，确定了两样地土壤剖面的水力学参数，对水力学参数在剖面的变化进行了分析。结果表明，土壤剖面饱和含水率、滞留含水率、进气吸力倒数和孔隙大小分布因子沿剖面变化不大，滞留含水率、进气吸力倒数属于中等程度变异，饱和含水率和孔隙大小分布指标属于弱变异，但经方差检验均不显著，说明该地区160 cm土壤剖面可以处理成均质剖面。     

Simulation of water permeability processes in chernozems of the Kamennaya Steppe

The physical and hydrophysical properties of ordinary chernozems from the Kamennaya Steppe were studied for the experimental support of a soil water infiltration model. Increased fissuring and density of the plow horizon were noted because of the dry weather conditions, which caused high infiltration values. The soil water retention curve parameters were calculated from the experimentally determined particle-size distribution, the bulk density of the soil, the solid phase density, the organic matter content, and the physicomechanical and soil-hydrological constants using the known pedotransfer functions and the Voronin secant method. A model experiment with different input parameters was performed. It was shown that the best experimental support of the model included parameters calculated by the Voronin method with the following approximation by the van Genuchten function.     

A modified van-Genuchten model for soil-water retention modeling by considering plant additives

Applying additives [e.g. rapeseed-oil residue (RR), wheat straw (WS), and wheat husk (WH)] to soils is a common agronomic practice used to improve soil water retention. A water retention evaluation and a soil water characteristic curve (SWCC) analysis are necessary given the widespread use of soils mixed with additives. The effects of RR, WS, and WH on water retention were investigated in this study. Based on the soil capillary theory, a modified van-Genuchten (M-VG) model was proposed for the SWCC simulation of the soils mixed with additives. The results indicated that RR most effectively improved soil moisture (average 16.0%) due to a maximum ratio of medium and small pores induced by RR, and a larger amount of hydrophilic oxygen-containing functional groups. Compared with the traditional van-Genuchten model, the established M-VG model, with two function terms (i.e. the pure soil term and the additive term), increased applicability to actual field soils mixed with additives. The SWCC fit the M-VG model well, providing a good application on loam mixed with RR, WS and WH at different application amounts. In addition, the proposed theoretical M-VG model can be simplified experientially to ease the fitting difficulty.     

不同盆栽基质水分特征曲线的对比分析与模拟

现有关于盆栽控水模拟土壤干旱条件的试验中多采用含水率作为水分胁迫阈值,然而由于基质配比不同导致含水率相同的基质的水分状况也不尽相同,这导致各研究间结果难以对比和参考。为快速获取盆栽基质水分特征曲线,建立基质水分特征曲线预测模型。该研究以盆栽控水试验常用的泥炭土、蛭石和珍珠岩为基质材料,测定了不同配比基质的水分特征曲线,通过不同方法（多元回归模型、人工神经网络）建立了其预测模型。结果表明,人工神经网络模型对基质水分特征曲线的预测精度高于多元回归;相较于人工神经网络,多元回归模型的稳定性更高。综合考虑模型的精度和稳定性,多元回归模型是预测作物盆栽基质水分特征曲线的最佳模型。该模型为基质水分特征曲线快速获取以及相关作物干旱胁迫研究间的对比提供了方法和依据。