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。     

应用Microlysimeter 研究作物根系吸水特性

本文应用Microlysimeter现场原位测定土面蒸发，以此为上边界条件，运用土壤动力学原理，提出了一种新的模拟根系吸水速率S(z,t)的方法，该方法与所选取的平均时段δt密切相关，研究表明：在冬小麦蒸腾速率较弱的前期及较强的后期，分别选取δt=10d,5d模拟S(z,t)可以获得较好的结果，分析冬小麦根系吸水速率的模拟结果可知：冬小麦根系吸水在灌浆-乳熟期达最高峰；若近地表水分充足，则吸水高峰出现在土壤上部，否则根系下扎，吸水高峰随之下移。     

宏观根系吸水补偿模型研究进展

根系吸水模型是研究植被耗水规律的关键要素,尤其在干旱-半干旱地区,土壤经常出现水分胁迫状态,使得根系吸水过程更为复杂。为准确描述根系的吸水过程,吸水补偿模型在1989年被概念化并成为一个重要的研究方向,国外进行了大量的研究探索,而国内在该领域鲜有研究。虽然根系吸水补偿模型已取得一定的进展,但其模型本身仍然存在一定的物理缺陷,因此,总结并综合分析根系吸水补偿模型发展历程,指出补偿吸水模型忽视了水分胁迫抑制根系吸水的物理机制,以及植物胁迫指数判定是否进行吸水补偿有一定局限性。在此基础上,提出根系吸水补偿模型应考虑潜在蒸腾量和土壤可利用水量供需关系、植物根系生长环境,补偿模型应耦合植物胁迫函数、土壤水分分布及地下水动态特征。     

土壤水热与根系吸水模型研究进展及其在西藏研究展望

在土壤根区水分运动规律的研究中,通常以土壤水热耦合模型来定量描述和预测土壤水分变化规律,以根系吸水模型来模拟作物根区根系吸水机理及过程。西藏高寒地区低压低氧、强辐射、近地层冷热交换频繁,加之土层稀薄,浅层土壤水转化过程复杂,作物生长受水热胁迫影响较为明显,作物根区的水热耦合作用对根系吸水及能量传输和物质运移影响显著。为了进一步探求西藏地区特殊水热条件下的根区水热运移机理,摸清西藏高寒区作物根系吸水规律,就国内外土壤水热耦合模型和根系吸水模型的相关研究做了综述,针对西藏地区特有的水热条件,建议将水热耦合模型与根系吸水模型结合应用,构建考虑水热耦合因素的根系吸水模型,以更好地适应当地实际,揭示根系土壤水分运动规律。     

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-Atomosphere Contiuum)系统中土壤水分动态，蒸发蒸腾，CO2通量和光合作用的模型，模型包括土壤流水力子模型，根系蒸腾子模型，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充的连续议程来描述，根系吸水子模型采用了根据Feddes模型改进得模型，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敢也下腔的CO2浓度，并进而确定冠层的CO2通量，本模型的特点是尺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。     

棉花根系吸水模型试验研究

以棉花的盆栽试验为基础,对棉花采取不同的灌水处理,研究其根系密度的分布,应用含根系吸水率的一维土壤水动力学模型确定了棉花盛铃期的根系吸水模型,并运用数值模拟法验证模型的准确性,为田间土壤墒情的预报预测以及制定合理的农田节水灌溉制度提供理论依据。     

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。     

苹果树根系吸水研究方法的讨论

介绍了根系吸水模型研究现状;对建立苹果树根系吸水模型所需要的植株蒸腾量、棵间蒸发量、根系密度、土壤含水量等的测定方法进行了探讨．分析了苹果树与作物根系吸水的不同之处．介绍了热脉冲技术测定苹果树蒸腾量、微型蒸渗仪(microlysimeter)测定棵间蒸发量、剖面法测定根系密度、TDR测土壤含水率的技术;最后,探讨了建立苹果树根系吸水模型应注意的具体问题,并进一步提出了利用空间随机场理论研究整个苹果园中苹果树的根系吸水模型的观点,即：将苹果园中的各个苹果树看作小扰动的空间随机变量,然后利用空间随机场理论研究整个苹果园中苹果树的根系吸水情况。     

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 .     

植物根系吸水对边坡稳定性的影响

植物蒸腾作用导致根系吸水对边坡稳定性起着至关重要的作用。为了量化根系吸水的影响效果,采用有限元方法模拟了均布形、三角形、指数形、抛物线形4种植物根系的吸水作用,同时分析了根系形态、深度对于孔隙水压力分布的影响,并对边坡稳定性进行了定量计算。研究结果表明:随着根系吸水的不断进行,浅层孔隙水压力逐渐减小,基质吸力增大,非饱和土体剪切强度增加,边坡安全性逐渐提高;4种形态植物根系的孔隙水压力及安全系数比的包络线与根系分布形函数基本相同;指数形根系的地表孔隙水压力最小,安全系数比最大,对于边坡加固效果最明显;在根系总量一定时,植物根系深度越大,其影响范围(深度)相应增大,而对于地表根系土剪切强度增量的作用越小,相应边坡安全系数增量也越小。     

土—根界面行为对单根吸水的影响

本文主要讨论了冬小麦根尖在土壤水分胁迫下发生收缩，产生土根空气界面（ψｓ≤－０１ＭＰａ），从而影响土壤根系的水分动力学性质．试验观测到的最小根直径为初始根直径的５２％（ψｓ＝－１１ＭＰａ）．土根界面厚度随根直径的减小而增大，最大厚度为０１１７ｍｍ．土壤充分供水（０—－０１３ＭＰａ），根径向导度最小，是根吸水的限制因素；土壤水分胁迫（－０１２—－１０５ＭＰａ），土根界面导度最小，变为根吸水的限制因素；土壤严重干旱（＜－１０５ＭＰａ），土壤导度最小，土壤水分不足限制了根吸水．     

微型蒸发器田间实测麦田与裸地土面蒸发强度的试验研究

本文介绍了用两种不同规格的微型蒸发器测定麦田和裸地土面蒸发强度的方法，并对实测结果进行了对比分析．从实测的土面蒸发变化过程得到了小麦各生育阶段土面蒸发与总腾发量的比例关系，分析了相对土面蒸发强度与土壤含水量的关系以及土面蒸发强度与作物叶面积指数的关系．通过对试验过程和实测数据的分析，总结出两种微型蒸发器的优点和需要进一步研究解决的问题     

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(R²)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 cm³...     

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     

Development and testing of soil water regime simulation models

Four soil water balance simulation models corresponding to specific soil-crop relations were developed for application to irrigation planning and management. The forms of the models were inferred from 18 months of weekly and bi-weekly soil water data and daily meteorological data. Soil water change is computed by budgeting of the water inputs and outputs, namely precipitation, evapotranspiration, drainage, and runoff. Actual evapotranspiration was found to be dependent on both potential evapotranspiration and soil water content. Empirical drainage functions were developed, but semi-empirical ones inferred from theoretical knowledge of soil hydraulic properties performed at least as well. Runoff functions were required to explain only exceptional conditions of very heavy rainfall. A quantitative assessment of each model's prediction accuracy was performed. The uncertainty that can be expected for any predicted value with a cumulative probability of 0.95 is in all cases within an interval of 1% of the soil water content in average conditions.     

冬小麦田间墒情预报的BP神经网络模型

土壤墒情预报是农田适时适量灌水的基础。田间土壤水分的变化受到外界气象因素及土壤特性、作物长势等的影响，关系比较复杂。本文利用北京市永乐店试验站冬小麦返青后的土壤水分试验资料，建立了土壤墒情预报的BP网络模型，模型中同时考虑了多个因素对土壤贮水量的影响。利用部分实测资料对网络进行训练，然后对2年不同灌水处理下的土壤贮水量进行预测，取得了较好的效果，表明BP神经网络用于墒情预报是可行的。     

旱涝胁迫对作物根系吸水影响研究进展

为了量化各种潜在水源对作物的贡献比例、定量研究农田水分利用特征和水分转换规律,分析与总结了国内外作物水分来源解析、旱涝胁迫条件下作物根系吸水等方面研究现状及发展动态,提出下一步可开展旱涝胁迫条件下作物根系对不同水源利用量研究。从理论层面剖析了旱涝胁迫环境下作物根系吸水机理,对于理解不同水源对植物根系吸水量的贡献,以及农业节水灌溉和生态系统水文过程具有重要意义和实用价值。