Matlab和神经网络法对土壤水分特征曲线 VG模型的拟合比较

以山东荣成地区棕壤、风沙土为对象,测定分析土壤剖面不同层次的容重、质地、有机质含量、水势和含水量等状况;运用Matlab软件和神经网络法对土壤水分特征曲线van-Genuchten(简称VG)模型进行拟合,将2种拟合结果与实测数据进行对比分析。结果表明,研究土壤不同土层含水量均随着水吸力的增加呈"快速下降-缓慢下降-基本平稳"的变化趋势;由于受到土壤颗粒组成、容重等物理因素和有机质含量差异的影响,棕壤和风沙土不同土层的饱和含水量和残留含水量差异较大,其中棕壤60～70 cm和风沙土10～20 cm的土壤残留含水量最大;Matlab软件拟合的残差平方和比神经网络预测方法低几个数量级,说明采用Matlab对水分特征曲线VG模型拟合精度高,拟合效果较好。     

土壤水分特征曲线VG模型参数求解对比分析

采用负压计对砂壤土试样进行了土壤水吸力和对应含水量的测量,并分别运用RETC软件和Matlab软件对不同水分处理土壤水分特征曲线VG模型进行了拟合计算,然后将拟合值与实测数据进行对比分析。结果表明,Matlab和RETC软件均可用于土壤水分特征曲线VG模型的参数求解,Matlab软件比RETC软件拟合的误差小,拟合效果明显优于RETC软件,RETC软件对极端干旱区砂石占绝对比重的砂壤土拟合效果不佳。     

干旱区盐碱土土壤水分特征曲线模拟研究

为快速简单确定新疆库尔勒市包头湖研究区盐碱土土壤水分特征曲线,采用张力计法对研究区土试样进行了水吸力和对应水含量的测量。基于RETC主要的4种模型,分别模拟计算得到了盐碱土的土壤水分特征曲线,并对模型的拟合值与实测值进行线性回归分析,确定了最优土壤水分特征曲线拟合模型为van Genuchten(VG)。     

土壤水分特征曲线自动检测系统的设计与应用

[目的]为了更好地满足现代农业各种种植环境下作物对水分要求越来越精准,结合土壤含水量与土壤水分势能的概念,设计了土壤水分特征曲线自动检测系统。[方法]利用电子式土壤水分张力传感器实时测定供试盆钵中土壤水分的张力数值,同时采用电子式重量传感器测定土壤重量,利用差减法计算土壤含水量,并绘制土壤水分特征曲线。[结果]通过对江苏地区2种不同质地土壤实地测定得出：质地不同水分特征曲线走势不同,分别为：徐州地区黄河古道砂质土水分特征曲线关系式为 Y=-0.0002X3＋0.0277X2-1.6445X＋38.161,R2=0.9919;大丰金海农场盐碱土水分特征曲线关系式为 Y=-0.002X2-0.426X＋39.905,R2=0.9913。[结论]土壤水分特征曲线自动检测系统可以同时反应土壤含水量和土壤水分势能状况,可反映土壤水分对植物生长的有效性,为科学灌溉提供依据。     

福建黄牛生长模型研究

对１２４２头福建闽南和山区黄牛体尺、体重生长资料进行Ｂｒｏｄｙ、Ｌｏｇｉｓｔｉｃ、Ｂｅｒｔａｌａｎｆｆｙ和Ｇｏｍｐｅｒｔｚ４种生长曲线拟合．结果母牛的体重、体高及闽南母牛胸围生长曲线采用Ｂｅｒｔａｌａｎｆｆｙ模型描述拟合效果最好；山区公牛的体重生长曲线用Ｇｏｍｐｅｒｔｚ模型更为理想，其余各性状生长曲线均以Ｂｒｏｄｙ模型描述效果最佳．在目前农家放牧饲养条件下，闽南公、母牛生长拐点分别在８月龄９８．２ｋｓ体重和６月龄６９．８ｋｓ体重，成熟体重为３３２．６ｋｇｓ和２３５．７ｘｓ；山区黄牛公母生长拐点分别为１１月龄，９２．６ｋｇ体重和６月龄６８．０ｋｇ体重，成熟体重为２９０．９ｋｇ和２２９．６ｋｇ．     

土壤水分特征曲线的4种经验公式拟合研究

通过烘干法测得土壤含水率,通过张力计法测得土壤水吸力,得到土壤水分特征曲线的一些实测数据。借助Matlab软件,代入实测数据,对Gardner模型、Van-Genuchten模型、Mckee-Bumb模型和Frdlund-Xing模型4种经验公式研究进行参数拟合,并分析拟合相关系数,得到适用于黏土的土壤水分特征曲线公式。结果表明,Van-Genuchten模型、Frdlund-Xing模型、Mckee-Bumb模型、Gardner模型参数拟合相关系数分别为0.994 1,0.993 6,0.964 4,0.936 6;Van-Genuchten模型参数拟合效果最好,Frdlund-Xing模型参数拟合效果次之,二者均可用来描述黏土土壤水分特征曲线的经验公式;而Mckee-Bumb模型和Gardner模型参数拟合效果差,是不适合描述黏土土壤水分特征曲线的经验公式。     

紫色土水分一维水平运动的数值模拟

在不同条件下,土壤水分运动模型方程参数的取值和方程的解法不同。在室内对3种紫色土水分一维水平运动进行了模拟,并采用隐式差分格式分解Richards土壤水分一维水平运动的基本方程。模拟计算程序用Fortran语言编写．模拟出的土壤水分分布结果与实测值吻合较好;3种紫色土的累积入渗量（I）、入渗率（f）与湿润峰（Xf）的关系符合Philip数学模型;试验测得的数据还能较好地拟合3种土壤水分特征曲线模型,其中以指数式和幂函数式的模拟较好。所以研究认为运用Philip数学模型能较好的表达紫色土水分运动的基本规律。     

土壤水分特征曲线自动检测系统的设计与应用（英文）

[目的]为了更好地满足现代农业各种种植环境下作物对水分要求越来越精准,结合土壤含水量与土壤水分势能的概念,设计了土壤水分特征曲线自动检测系统。[方法]利用电子式土壤水分张力传感器实时测定供试盆钵中土壤水分的张力数值,同时采用电子式重量传感器测定土壤重量,利用差减法计算土壤含水量,并绘制土壤水分特征曲线。[结果]通过对江苏地区2种不同质地土壤实地测定得出:质地不同水分特征曲线走势不同,分别为:徐州地区黄河古道砂质土水分特征曲线关系式为Y=-0.000 2X3+0.027 7X2-1.644 5X+38.161,R2=0.991 9;大丰金海农场盐碱土水分特征曲线关系式为Y=-0.002X2-0.426X+39.905,R2=0.991 3。[结论]土壤水分特征曲线自动检测系统可以同时反应土壤含水量和土壤水分势能状况,可反映土壤水分对植物生长的有效性,为科学灌溉提供依据。     

沙质土壤Van Genuchten方程参数的简单推求方法

使用饱和含水量、田间持水量及其对应的土壤水吸力3个数据,推算土壤水分特征曲线Van Genuchten方程的参数,同时与拟合方法的结果进行了比较。结果表明,该方法推算的参数与拟合的参数非常接近,方法获得的土壤水分特征曲线与土壤水分特征曲线及实测值均十分吻合。该方法可作为推求砂质土壤Van Genuchten方程参数的一种方法。     

基于VG模型的生物有机肥对土壤水分特性的影响

土壤水分特性受土壤质地、结构、有机质、容重等因素的影响较大。为更好地了解施用生物有机肥培养的土壤水分特性,通过对室内培养的土壤进行测定,分析不同容重下不同肥料处理对土壤含水量、水分常数以及水分有效性的影响,并利用VG模型进行参数求解。结果表明:VG模型能较好拟合土壤水分特征曲线;在相同容重不同处理条件下,施加EM(effective microorganisms,有效微生物群)有机肥的土壤含水量最大,其次是施加土壤改良剂,最小的是不加任何试剂;在施加EM原液处理中,随着EM原液稀释浓度的增加,土壤含水量有不断增大的趋势;在相同处理不同容重条件下,随着容重的增大,土壤持水性和土壤水分有效性不断降低。     

不同质地土壤的水分特征曲线参数分析

对常用的土壤水分特征曲线模型进行了比选,选取Van Genuchten模型的4个参数进行了拟合计算,得到重壤土、中壤土、轻壤土、紧砂土和粗砂等5种不同质地土壤的水分特征曲线,分析了土壤水分特征曲线及参数的变化规律:粗砂的水分特征曲线变化最陡直,紧砂土、轻壤土、中壤土和重壤土的水分特征曲线变化较平缓;曲线的形状系数n随着粒径变大、物理性粘粒含量的减小而变大;重质粘性土壤α值较小,轻质土α值较大。     

重庆四面山不同土地利用方式土壤水分特征曲线测定与评价

为满足在同类土地利用方式下测量大量土壤水分状况的需求,选择重庆四面山人工针叶混交林地、天然针叶混交林地和农耕地等3种土地利用方式,在采用常规方法测定土壤基本物理性质、压力膜仪法测定土壤水分特征曲线基础上,分别采用Brooks-Corey模型、Gardner模型和van Genuchten模型模拟不同土地利用方式的土壤水分特征曲线,以筛选出适用于特定土地利用方式的模型,用于模拟土壤水分特征曲线.结果表明,Brooks-Corey模型模拟的土壤水分特征曲线与实测值存在较大差异,在3个模型中拟合精度最差.Gardner模型对不同林地土壤水分特征曲线模拟的判别系数R2均大于0.97;van Genuchten模型对农耕地0～20,20～40,40～60 cm土壤水分特征曲线模拟的判别系数R2均在0.92以上.Gardner模型适用于林地土壤水分特征曲线的模拟,van Genuchten模型适用于农耕地土壤水分特征曲线的模拟.     

两种模型对土壤水分特征曲线拟合的比较分析

土壤水分特征曲线可以表示出土壤水的能量和数量之间的关系。以鹫峰国家森林公园土壤为例,用Van-Genuchten模型和土壤水分特征曲线单一参数模型拟合土壤水分特征曲线,结果表明:Van-Genuchten模型拟合的精度高,参数的物理意义明确,但工作量大;单一参数模型拟合精度比Van-Genuchten模型拟合精度约低一个数量级,但也能较准确地拟合土壤水分特征曲线,并且其参数可反映空间变异性,以及工作量小。两个模型均可用于拟合鹫峰国家森林公园土壤水分特征曲线,可根据不同情况选用。     

紫色土水分一维水平运动的数值模拟

在不同条件下,土壤水分运动模型方程参数的取值和方程的解法不同.在室内对3种紫色土水分一维水平运动进行了模拟,并采用隐式差分格式分解Richards土壤水分一维水平运动的基本方程.模拟计算程序用Fortran语言编写,模拟出的土壤水分分布结果与实测值吻合较好;3种紫色土的累积入渗量(I)、入渗率(f)与湿润峰(Xf)的关系符合Philip数学模型;试验测得的数据还能较好地拟合3种土壤水分特征曲线模型,其中以指数式和幂函数式的模拟较好.所以研究认为运用Philip数学模型能较好的表达紫色土水分运动的基本规律.     

黑土区土壤水分特征曲线模拟及模型优选

土壤水分特征曲线是重要的土壤水力性质参数之一。为获取预测土壤水分特征曲线方法,以4种经验模型模拟黑土区土壤水分特征曲线。根据离心机实测试验数据,分析不同质地土壤水分特征曲线变化趋势。结果表明,在低吸力段,土壤水分特征曲线变化率大,土壤释水能力强;中高吸力段,曲线缓慢降低并趋于平稳,持水性强。对比分析VG、BC、MG、LND 4种经验模型拟合可知,VG、MG和LND模型拟合值与实测值接近,而BC模型偏差较大。误差分析可知,VG、MG模型模拟效果优于BC和LND模型,其中VG、MG模型对不同类型土壤模拟效果最好,LND模型次之,BC模型模拟效果最差。因此,VG和MG模型可作为黑土区土壤水分特征曲线估算最优模型。     

贵州植烟土壤水分特性分析

通过土壤水分常数的测定,研究了贵州主要植烟土壤0~50 cm土层的水分特性。结果表明,贵州省主要植烟土壤的水分特征曲线均可用Gardner模型进行拟合,各土层土壤的含水量随土壤水分吸力的增加呈不断下降的趋势,土壤含水量与土壤质地中0.002 mm粘粒含量呈显著正相关;不同植烟土壤的有效水含量差异较大,同一采样点的有效水含量一般从浅到深逐渐减少,有效水含量与土壤容重、毛管孔隙含量和有机质含量显著相关;植烟土壤的供水性能与比水容重、毛管孔隙和土壤颗粒组成中0.002 mm粘粒的含量呈显著相关;比水容量与毛管孔隙在整个吸力阶段呈极显著正相关,与土壤颗粒组成中0.002 mm粘粒的含量在中低吸力下呈极显著负相关。     

容重对斥水粘壤土水分运动特性的影响

为研究容重对斥水粘壤土水分运动的影响,本文选用5个不同容重斥水粘壤土,采用压力膜法测定其土壤水分特征曲线,应用RETC软件中的van Genuchten模型、Brooks-Coery模型模型进行拟合水力参数,并对拟合效果进行评价,分析进气值及土壤水分常数的影响。结果表明:不同容重的斥水粘壤土水分特征水曲线变化,在低吸力阶段随着吸力增加,土壤含水率下降速度较快,土-水曲线呈平缓状;在高吸力阶段,土壤含水率下降速度较慢,容重对各参数土-水曲线呈陡直状;用van Genuchten模型回归斥水粘壤土水分特征曲线参数,得出残余含水率、经验参数n随容重变化没有显著差异,经验参数a随容重增加减小,进气值随容重的增加而增加(关系符合Rational模型,R2为0. 9835)。该成果可为斥水粘壤土入渗研究提供水分运动特性。     

基于RBF神经网络的土壤含水量传感器标定方法(英文)

土壤含水量时空变异对作物生长、农田气候变化等领域的研究具有重大意义。为了克服TDR-3土壤水分传感器输出电压的非线性缺点,提高土壤含水量数据采集以及计算效率,该研究将TDR-3土壤水分传感器与无线传感器网络结合,提出了土壤水分含量的RBF神经网络标定方法。以20个带标号的水杯作为承载砖红壤土和水的载体,对其中的样本进行数据采集,经多次测量取平均值。为验证标定算法的准确性,同时列举出以土净重、加水质量、水分含量TDR-3测量值为属性,以测试水土比值为目标训练样本,以RBF神经网络为标定算法的拟合结果。为了更直观地展示试验结果,以散点图方式分别展示水分含量TDR-3测量值与实际水土比的TDR-3土壤水分含量曲线;水分含量TDR-3测量值与RBF神经网络拟合水土比的RBF神经网络拟合土壤水分含量曲线;以及实际水土比与RBF神经网络拟合水土比的散点图。为验证RBFNN拟合水土比值的相关性,引入皮尔逊相关系数。5次试验,得到5组皮尔逊相关系数,分别为0.9745,0.9832,0.9798,0.9804及0.9789,都接近于1,说明真实测试数据与拟合数据相关性很强,且为正相关关系。可见,该法能取得较好的标定效果,并且简单、实用、可行,为土壤含水量的实时监测提供了一种有效的方法。     

黄绵土水分运移的指数衰变规律——以某残塬顶面为例

为认识黄绵土根系层(1 m)水分时间动态变化的规律,应用土壤水分运移指数衰变模型,对水分变化进行拟合和分析。黄绵土水分运移指数模型模拟中,在拟合根系层土壤含水量上,精确度良好。其中3 d尺度的衰变系数k_(3d)方程能精确表示土壤水分1 h尺度和1 d尺度变化特征。1 h尺度土壤水分变化,以5%误差限为标准:正衰变系数k_(3d)方程拟合精度为99.71%,负衰变系数k_(3d)方程拟合精度为98.91%;其中1 d尺度的水分变化,5%误差限为标准:正衰变系数k_(3d)方程拟合的精度为88.28%,负衰变系数k_(3d)方程拟合精度为88.80%。利用指数衰变系数k_(3d)模型的拟合结果可以满足农业生产需要的水分含量精度,同时认识地域性黄绵土土壤水分的短缺性。     

干旱胁迫下3种玉米光响应曲线模型的比较

研究了不同土壤水分条件下玉米的光合作用,对光响应曲线进行拟合,比较3种不同拟合方法的优劣,优选出干旱胁迫下最优的光合作用光响应模型。利用玉米穗位叶光合数据,用直角双曲线模型、非直角双曲线模型以及直角双曲线修正模型对适宜土壤水分条件及中度干旱胁迫下玉米光响应进行拟合。从拟合的相关参数看,对照(CK)的拟合结果中,直角双曲线模型整体高于非直角双曲线模型,其中表观量子效率与最大净光合速率均提高33%,光补偿点提高10%,暗呼吸速率提高40%,直角双曲线修正模型得到的最大净光合速率低于非直角双曲线模型,其余参数差别很小。在对水分胁迫(MS)的拟合中,3种曲线所得参数的差异与CK一致。直角双曲线修正模型可以直接得到饱和光强与最大净光合速率,得到的光合参数比另外2种模型更接近实测值,因此该模型可以更好的拟合适宜土壤水分和中度干旱胁迫下的玉米光响应曲线。