基于作物水分关系改进土壤水分胁迫修正系数的反求方法

土壤水分胁迫修正系数是宏观根系吸水模型的重要组成部分,其所含拟合参数通常基于反求方法予以评估,但传统反求方法未考虑不同胁迫条件下作物生长差异对潜在蒸腾速率的影响,也难以顾及前期水分胁迫对根系吸水或蒸腾带来的滞后影响(常导致复水后作物蒸腾与根区土壤水分变化趋势不同步),从而对参数评估带来较大偏差。鉴于此,本文提出两点相应的改进措施:(1)利用有效叶面积指数对遭受水分胁迫作物的潜在蒸腾速率进行校正;(2)在了解复水后蒸腾变化过程的基础上,仅利用蒸腾与根区水分变化动态基本同步阶段的相关实测数据来优化参数,以尽可能规避或减小滞后影响(即蒸腾与土壤水分变化的不同步过程)。基于不同灌溉处理冬小麦室内土柱栽培试验对改进方法的可靠性进行了评估,结果表明:与传统方法相比,基于改进方法优化参数所建立的根系吸水模型显著改善了冬小麦实际蒸腾速率和相对蒸腾速率的估算精度,使估算值与实测值间的均方根差(RMSE)分别保持在0.07 cm/d、0.04 cm/d以内,而决定系数(R~2)则均在0.96以上;模拟的土壤含水量分布也与实测值吻合良好(RMSE≤0.012 cm~3/cm~3;R~2≥0.83)。因此,所提出的改进方法可有效用于优化土壤水分胁迫修正系数中的拟合参数,为建立合理的根系吸水模型从而准确估算或模拟作物蒸腾耗水动态和土壤水分迁移过程奠定一定基础。但基于优化参数所建立的根系吸水模型仍难以准确再现根系吸水在复水后的缓慢恢复过程,有关复水后根系吸水的水分胁迫滞后效应机制及其定量表征仍需进一步深入研究。     

夏玉米根系吸水模式的研究

本文通过对夏玉米根系伸展深度和不同深度土壤含水量分布资料的分析，利用动态模拟方法，分析了夏玉米根系吸水的分布规律；分析了根系吸水与其影响因素之间的关系．用多元回归分析方法拟合了玉米根系吸水的数学模型，利用所得到的玉米根系吸水模式对田间土壤水分动态进行了模拟。模拟值与实测值比较结果表明具有一定的精度。     

基于水量平衡方程推求盐分胁迫条件下春玉米根系吸水模型参数

为了探究作物根系吸水与根区土壤盐分运动的关系,在甘肃省石羊河流域开展春玉米田间试验,试验在测坑中进行,引入Feddes提出的根系吸水模型,在春玉米生育期内选择7个时间段作为研究春玉米根系吸水时间段,设置淡水灌溉、3 g/L水与6 g/L水灌溉处理,利用水量平衡方程分别计算各处理在各时段的根系吸水量.在此基础上,利用最小二乘法优化得到盐分胁迫修正系数的参数p为1.397,并且对3 g/L水与6 g/L水处理的根系吸水量模拟值和实测值进行了比较,相关系数在0.99以上,模拟值和实测值的误差在允许误差15%范围之内.建立了盐分胁迫条件下春玉米根系吸水模型,为该地区研究春玉米种植条件下土壤水盐运动规律奠定基础.     

冬小麦生长与土壤-植物-大气连续体水热运移的耦合研究Ⅰ:模型

本文开展了冬小麦生长与土壤-植物-大气连续体(简称SPAC)水热运移的耦合研究，建立了可以同时动态模拟冬小麦生长过程与SPAC水热运移过程的动力学模型-WheatSPAC模型。模型中，采用有限元差分格式进行土壤水热运移的数值模拟；采用双层模型进行冠层水热运移的模拟；采用改进的Feddes根系吸水模型及负指数分布形式的根系密度模型，实现土壤与冠层的耦合；通过生育阶段、干物质生产、干物质分配等过程的模拟，建立了冬小麦生长的机理性模型；通过对冬小麦叶面积指数、株高、根系分布的模拟，实现冬小麦生长与SPAC水热运移的耦合。     

葡萄根系分区交替滴灌的土壤水分动态模拟

在根系分区交替滴灌土壤水分动态和根系分布试验观测的基础上,提出了葡萄二维根系吸水模型,并确定了与土壤表层含水率有关的棵间土壤蒸发方程,然后在土壤水分运动基本方程的基础上结合交替滴灌的入渗特性,建立了根系分区交替滴灌的土壤水分动态模型(APRI-Model),模型考虑了该种灌水方式下棵间土壤蒸发和根系吸水的变化特征。通过与田间实测值进行比较,结果表明,模型的均方差在0.01~0.022cm3/cm3范围内,模拟值与实测值的平均相对误差在10%左右,因此,认为模型能很好的模拟干旱区蒸发力较大和作物根系分布不均匀条件下的土壤水分动态。     

夏玉米根系吸水模式的研究

本文通过对夏玉米根系伸展深度和不同深度土壤含水量分布资料的分析,利用动态模拟方法,分析了夏玉米根系吸水的分布规律,分析了根系吸水与其影响因素之间的关系。用多元问归分析方法拟合了玉米根系吸水的数学模型,利用所得到的玉米根系吸水模式对田间土壤水分动态进行了模拟。模拟值与实测值比较结果表明具有一定的精度。     

SPAC系统中的水热CO2通量与光合作用的综合模型(Ⅰ)模型建立

本文建立了模拟农田SPAC(Soil-Plant-Atmosphere Continuum)系统中土壤水分动态，蒸发蒸腾、CO2通量和光合作用的模型。模型包括土壤水流子模型，根系吸水子模型，蒸发蒸腾子模型，冠层阻力-光合作用-CO2通量子模型几个组成部分。土壤水流子模型采用土壤水流的连续方程来描述；根系吸水子模型采用了根据Feddes模型改进得到的模型；蒸发蒸腾子模型采用Shuttleworth-Wallace公式；采用叶片水平的气孔阻力-光合作用模型，并将其扩展到冠层尺度来确定冠层阻力、光合作用速度以及叶片气孔下腔的CO2浓度，并进而确定冠层的CO2通量。本模型的特点是尽可能采用简便的处理方法来描述SPAC系统中的水、热、CO2传输过程与光合作用过程，同时各个子模型又具有较强的机理性。     

根系吸水模型建立方法研究进展

目前根系吸水速率无法实际测定，为了获取根系吸水模型中的参数，验证分析根系吸水与各影响因子之间的关系，或探索植物利用土壤水分的一般规律，常常需要确定根系吸水速率的时空分布。主要归纳了建立根系吸水速率的不同方法，为建立根系吸水模型提供实际参考价值。     

作物生长条件下土壤含水量预测的数学模型

本文通过对野外实测资料的分析,用多元回归分析方法,拟合了作物根系吸水的数学模型。将数值模拟方法得到的土壤水分运动动态过程的计算值与实测值进行了比较,二者吻合良好。表明本文建议的根系吸水数学模型是可靠的。     

有作物生长影响和无作物时潜水蒸发关系的研究

本文利用田间实测资料建立了夏玉米根系吸水函数并推导出作物生长条件下地下水位为定水位时一维非饱和土壤水分稳定运动的解析解。利用所得解析解,对有作物生长影响和无作物时潜水蒸发的关系进行了研究,提出了计算有作物生长时潜水蒸发的简易方法。     

SPAC系统中的水热CO_2通量与光合作用的综合模型(Ⅰ)模型建立

本文建立了模拟农田SPAC (Soil Plant AtmosphereContinuum)系统中土壤水分动态 ,蒸发蒸腾、CO2 通量和光合作用的模型 .模型包括土壤水流子模型 ,根系吸水子模型 ,蒸发蒸腾子模型 ,冠层阻力 -光合作用 -CO2 通量子模型几个组成部分 .土壤水流子模型采用土壤水流的连续方程来描述 ;根系吸水子模型采用了根据Feddes模型改进得到的模型 ;蒸发蒸腾子模型采用Shuttleworth Wallace公式 ;采用叶片水平的气孔阻力 光合作用模型 ,并将其扩展到冠层尺度来确定冠层阻力、光合作用速度以及叶片气孔下腔的CO2 浓度 ,并进而确定冠层的CO2 通量 .本模型的特点是尽可能采用简便的处理方法来描述SPAC系统中的水、热、CO2 传输过程与光合作用过程 ,同时各个子模型又具有较强的机理性 .     

一个预测作物根系层储水量动态变化的概念性随机模型

本文在文献「１」「２」的基础上，构造了色噪声劝下的根系层府水量动态的概念生随机模型；利用数值方法对模型进行求解，得到了根繁层储水量的概率密度函数，利用禹域站大型蒸渗 １９９７年冬小麦反青期的观测资料对模拟结果进行限验证，验证结果表明，本文建立的概念性随机模型是有铲的，可以用于田间墒情预报。     

温室熵灌线土源土壤水分运动数值模拟

根据土壤水动力学理论，考虑西江柿根系吸水，建立了西红柿生长条件下温室地表滴灌剖面二维土壤水分运动的数学模型，采用ADI法和Gauess-Seidel法联合求解数学模型，并进行了数值模拟，结果表明，温室土壤水分负压的监测值与计算值有着较好的一致性，这对温室地表滴灌灌溉制度的制定具有一定的指导意义。     

野外条件下作物根系吸水模型的建立

根据带有作物根系吸水项的垂向一维土壤水分运动方程，通过有限差分方法，用野外实测资料计算了作物根系吸水率．根据计算结果，用多元非线性回归的方法，得出了作物根系吸水的数学模型     

地膜覆盖条件下SPAC系统水热耦合运移模型的研究

本文建立了地膜覆盖条件下SPAC系统水热耦合运移模型。该模型由大气、植物冠层、地膜覆盖层和土壤四层组成。根据能量平衡原理建立了各层的能量平衡方程。采用牛顿-莱普森方法和有限差分法求解了各能量平衡方程和土壤水分及温度剖面，并用冬小麦的实测资料对模型进行了验证，结果表明模型具有一定的精度。此外，本文对SPAC系统中的阻力项进行了探讨。     

堤防溃决的流动分析及冲刷坑计算

以平面二维浅水方程和不平衡输沙理论作为建模基础 ,采用高分辨率有限元格式捕捉溃坝涌波的传播 ,建立了堤坝瞬间溃决后水流运动和河床冲刷的二维数学模型。计算了不同溃口宽度、不同流量和不同粒径土体组成条件下的堤坝瞬时溃决的水流演进和冲坑发展 ,为钢木土石组合坝的结构受力及稳定性分析提供水动力学条件。     

一个预测作物根系层储水量动态变化的概念性随机模型

本文在文献[1][2]的基础上，构造了色噪声驱动下的根系层储水量动态变化的概念性随机模型；利用数值方法对模型进行求解，得到了根系层储水量的概率密度函数，利用禹城站大型蒸渗仪1997年冬小麦返青期的观测资料对模拟结果进行了验证。验证结果表明，本文建立的概念性随机模型是有效的，可以用于田间墒情预报。