反求根系吸水速率方法的检验与应用

土壤含水率剖面实测时间间隔T与实测点间距SI是影响平均根系吸水速率反求方法的2个主要因子。通过数值实验，首先探讨分析了T和SI的不同取值条件下，平均根系吸水速率模拟值的误差效应，从实际应用角度出发，若设定平均根系吸水速率的最大绝对误差≤0.0015 d^-1，总体相对误差≤15%，则T和SI的选取最好能限制在如下范围之内：5 d≤T<15 d，SI<20 cm。应用上述检验分析结果，对两种水分胁迫条件下土柱实验中苗期冬小麦的根系吸水进行了模拟分析，结果表明：持续的水分胁迫将显著地降低冬小麦根系的吸水速率，抑制其根系的生长；当上部土层水分供应不足时，小麦的自我调节功能可导致根系扩大其吸水范围，向下部土层生长。     

盐渍化地区油料向日葵根系吸水模型的建立

在盐渍化地区进行节水灌溉研究，具有一定的难度，其影响因素较多，而盐渍化地区根系吸水量的计算是进行节水灌溉的关键。该文根据带有作物根系吸水项的垂向一维土壤水运动方程，采用有限差分法，应用节水灌溉试验野外实测资料计算了作物根系吸水速率，并检验了所计算根系吸水速率的准确性。在此基础上将人工神经网络技术引入到根系吸水模型的建立中，建立了拓扑结构为15∶12∶5的根系吸水模型。研究表明：油料向日葵根系的主要吸水层集中在距地表0～50 cm土层间，最大吸水峰在20～40 cm之间运移；计算的根系吸水速率精度较高；所建立的BP神经网络根系吸水模型对盐渍化地区油料向日葵根系吸水速率的模拟具有较高的精度。     

极端干旱地区葡萄根系吸水数值模拟

研究成龄葡萄根系分布与吸水特征及耗水规律,能够为制定成龄葡萄灌溉制度、提出丰产与节水相协调的成龄葡萄田间水分管理模式和创建成龄葡萄水分高效利用技术体系提供技术支撑。该文在分析灌溉条件下葡萄吸水特征的基础上,建立了一维非饱和土壤水分运动的无网格数值模拟模型,并依据实测葡萄根系分布特征,获得了葡萄一维根系分布函数,将其与不同的经验根系分布函数应用于数值模型进行动态模拟。通过模拟值与土壤水分实测值的比较分析,结果表明,不同根系分布模型下土壤水分模拟差别不大,相对误差均在1%以下,但相对于其他根系分布,指数根系数分布模拟值与实测值的误差较大,因此,认为拟合的根系分布函数和无网格数值模型能很好的模拟极端干旱地区葡萄根系吸水和土壤水分运动,且在缺乏实际根长分布数据的条件下,线性根系分布和分段根系分布都可反映葡萄实际根系分布,为利用简单一维根系分布模型分析不同灌溉条件葡萄吸水特征提供参考。     

盐分胁迫条件下苜蓿根系吸水特性的模拟与分析

体文借鉴Ｈｏｍａｅｅ有关盐分胁迫的部分试验研究结果及一种新的数值迭代反求方法，对无水分、养分限制条件下，Ｈｏｍａｅｅ苜蓿盐分胁迫试验中苜蓿根系的吸水规律进行了数值模拟与分析，提出了一种计算相对根长密度分布函数的简便计算方法，建立了盐分胁迫条件下苜蓿根系的吸水模型．结果表明：盐分的存在会显著降低苜蓿的根系吸水速率，当土壤溶液的电导率达到约５ｄＳ／ｍ时，将极大地影响苜蓿的根系吸水；本文提出的计算相对根长密度分布函数的计算方法较为简便、可靠；基于相对根长密度分布函数的吸水模型可以较好地模拟根系的吸水规律．     

反求根系吸磷速率方法的检验及其在苗期冬小麦土柱实验中的应用

作物根系吸磷研究对于施肥管理和农业非点源污染控制有十分重要的意义。由于土壤剖面各深度处的根系吸磷速率尚无法直接测定,反求方法已成为估算其分布的主要手段之一。土壤剖面水溶性磷浓度实测空间步长SI、时间步长T以及水溶性磷浓度测量误差εpa是影响根系吸磷速率反求方法的几个主要因子。本文通过数值实验,首先探讨了SI、T和εpa不同取值对根系吸磷平均速率反求方法准确性和稳定性的影响。结果表明:当(a)土壤0～30 cm区域内实测空间步长SI取5 cm,30 cm以下取10～20 cm;(b)测量时间步长T介于5～20 d之间;(c)水溶性磷浓度测量的相对误差控制在15%以内时,根系吸磷平均速率估算值与理论分布之间的总体相对误差均在10%以内。在此基础上,应用该反求方法对土柱实验中冬小麦(苗期)根系吸磷平均速率分布进行了模拟估算,所得冬小麦各生长阶段吸磷总量的估算值与实测值吻合较好,两者间的相对误差均在10%以内。     

基于遗传算法的人工神经网络模型在冬小麦根系吸水模型中的应用

基于土壤水分与冠部数据,应用遗传算法优化人工神经网络模型的权值,将获得的冬小麦根长密度分布应用于根系吸水模型中,并进行了水分数值模拟,水分模拟效果整体较好,表明应用该方法可以为根系吸水模型提供准确的根系参数,并且较为方便,这对于根系吸水模型的建立及应用有着重要的意义。     

果树根系吸水函数的建立

通过对苹果树根系的详细测定和研究,针对前人在作物根系吸水的研究中有争议之处,以大田一般情况为基础,提出了新的苹果树根系吸水函数,并建立了以新函数为源汇项的SPAC系统模拟模型,经田间试验检验,模拟准确、精度高。     

植物根系吸水对非饱和土边坡稳定性影响的分析

为了量化植物根系吸水对非饱和土边坡稳定性的影响及为植被护坡的植物种类选择提供参考,采用COMSOL Multiphysics建立二维边坡,模拟不同根系形态、根长及降雨条件下的根系吸水引起的非饱和土边坡孔隙水压力的分布变化,并采用极限平衡理论对边坡稳定系数进行定量计算.结果表明:指数形根系吸水产生的吸力最大,比裸坡增大4...     

基于Hydrus-1D模型的玉米根系吸水影响因素分析

为探索土壤质地、植物生长状况和气象条件对不同土壤水分条件下根系吸水速率的影响机理,该文以相对根吸水速率与土壤含水率的关系衡量土壤水分有效性,利用Hydrus-1D模型模拟了3种土壤（壤黏土、黏壤土和砂壤土）中不同玉米生长状况（包括叶面积指数、根系深度和根系剖面分布）或蒸发力条件下根系吸水速率随含水率的动态变化,确定了不同条件下根系吸水速率开始降低的临界含水率。结果表明：土壤质地、植物的叶面积指数和根系分布及大气蒸发力都对根系吸水动态曲线的临界含水率有一定影响,其中根系深度和根系分布形状还影响根系吸水速率与含水率关系曲线的形状,但在3种土壤中,根系吸水速率的动态变化对植物生长和大气蒸发力的响应不同。总体而言,3种土壤临界含水率的大小是壤黏土＞黏壤土＞砂壤土;临界含水率随大气蒸发力的升高而升高,随根系深度和深层根系分布的增加而降低;各因子对玉米根系吸水影响程度的大小是土壤质地＞根系分布形状＞根系深度＞大气蒸发力＞叶面积指数。     

典型经验根系吸水函数的田间模拟检验及评价

根据田间实测的作物生理数据和土壤水动态观测资料,确定了冬小麦拔节－开花生长阶段两个根系吸水函数（Ｆｅｄｄｅｓ,ｖａｎ Ｇｅｎｕｃｈｔｅｎ）的特定解析式。在实验小区实测的气象数据和室内外试验得到的土壤水力特性参数基础上,对吸水函数进行田间模拟检验,并依据灵敏度分析结果比较两者间的差异、评价各自的特点。尽管两个根系吸水函数得到的模拟结果与土壤含水量实测值间的差异均较小,但Ｆｅｄｄｅｓ函数要比后者在土壤水分条件改变和根系吸水强度差异对作物根系吸水量的影响上反应更灵敏,故模拟结果应更趋合理、切合实际。     

应用实测含水率剖面估算冬小麦相对根长密度分布

根长密度是根系研究中不可缺少的一个参数，但其适时准确的测定却存在相当的困难。该文应用平均根系吸水速率反求方法，提出了在已知两个实测含水率剖面的条件下，估算相对根长密度分布的方法，并通过田间实验和土柱实验对该方法进行了检验，结果表明：该方法可以较好地估算相对根长密度的分布，为土壤水分运移的连续模拟提供较为可靠的参数。     

A sensitivity analysis for assessing the relevance of fine‐root turnover for P and K uptake

Plant fine roots are subject to continual turnover, i.e., old roots die during the plant life cycle and are quickly replaced by new roots. New roots grow partly into undepleted soil areas and can take up nutrients at a higher rate than old roots. This is one possible advantage of root turnover. It has been shown that root turnover of several plant species increases when P and/or K supply is limited, indicating an efficiency mechanism. The objective of this study was to assess the maximum benefit for nutrient uptake by root turnover and to determine which soil or plant properties influence this process. Based on a data set of field‐grown faba beans, a sensitivity analysis with a transport and uptake model was performed, i.e., several input parameters were systematically varied to assess their importance for nutrient uptake of a root system with and without fine‐root turnover. The calculations were based on the assumptions that all new roots grow into undepleted soil areas and that no inter‐root competition occurs. Model calculations indicated that a root system with a high but realistic turnover rate can take up twice the amount of P or K compared to a stable root system without any turnover. This benefit on uptake is higher at low concentrations of these nutrients in soil solution, low soil water content, or high maximum inflow. However, measured uptake under poor conditions of nutrient supply is often higher than calculated uptake, even when root turnover is taken into account. This indicates that root turnover might be an efficiency mechanism, but not the only one.     

水土保持率远期目标确定的技术方法

为科学推进新时期全国水土流失防治,水利部组织开展了水利重大科技问题“新时期水土保持目标与对策研究”。围绕如何确定水土保持率远期目标的问题,主要介绍了有关水土保持率的需求意义、内涵定义、确定方法,以及全国和水土保持一级分区的远期目标值初步成果,以期为正在开展的省级水土保持率远期目标复核与分解等工作,以及新时期水土保持管理与研究提供借鉴和参考。     

QUICK格式在土壤水分运动数值模拟中的应用

运用有限体积法中的QUICK格式,对一维非饱和土壤水分运动方程中的对流项进行了高精度离散,通过经典的数值算例验证了本格式具有精度高、编程简单,计算速度快等特点。并与中心差分格式、迎风格式进行比较,QUICK格式不但能很好地避免数值振荡现象,而且与实测结果吻合较好。     

基于土槽冲刷法的紫色土侵蚀细沟剥蚀率研究

细沟剥蚀率是细沟侵蚀的重要组成部分,也是确定细沟侵蚀模型的关键参数。通过试验获取紫色土侵蚀细沟水流含沙量随沟长变化的过程数据,采用数值计算方法和解析计算方法估算细沟剥蚀率。结果表明:细沟剥蚀率随沟长增加呈幂指数下降;随含沙量增加呈线性递减。在坡度较陡、流量较大时,拟合效果更好。用解析法所得结果与用试验数据计算所得结果具有很好的一致性,表明了数值计算方法和解析法估算细沟剥蚀率均具有合理性,为紫色土细沟侵蚀过程参数的确定奠定了基础。     

紫色土细沟剥蚀率对近地表水流作用的响应

近地表水流的存在会加剧土壤侵蚀过程,剥蚀率是土壤侵蚀预报模型的重要物理参数,其对近地表水流的响应值得进一步研究.采用限定性细沟模拟冲刷试验,探讨不同工况条件(3个近地表水流饱和深度5,10,15 cm;3个坡度5°,10°,15°;3个流量2,4,8 L/min)下紫色土细沟剥蚀特征.结果表明:不同近地表水流饱和深度下...     

The evaporation method: Extending the measurement range of soil hydraulic properties using the air‐entry pressure of the ceramic cup

Knowledge of hydraulic functions is required for various hydrological and plant‐physiological studies. The evaporation method is frequently used for the simultaneous determination of hydraulic functions of unsaturated soil samples, i.e., the water‐retention curve and hydraulic‐conductivity function. All methodic variants of the evaporation method suffer from the limitation that the hydraulic functions can only be determined to a mean tension of ≈ 60 kPa. This is caused by the limited measurement range of the tensiometers of typically 80 kPa on the dry end. We present a new, cost‐ and time‐saving approach which overcomes this restriction. Using the air‐entry pressure of the tensiometer's porous ceramic cup as additional defined tension value allows the quantification of hydraulic functions up to close to the wilting point. The procedure is described, uncertainties are discussed, and measured as well as simulated test results are presented for soil samples of various origins, different textures (sand, loam, silt, clay, and peat) and variable dry bulk density. The experimental setup followed the system HYPROP which is a commercial device with vertically aligned tensiometers that is optimized to perform evaporation measurements. During the experiment leaked water from the tensiometer interior wets the surrounding soil of the tensiometer cup and can lead to a tension retardation as shown by simulation results. This effect is negligible when the tensiometers are embedded vertically. For coarsely textured soils and horizontal tensiometer alignment, however, the retardation must be considered for data evaluation.