植物根系吸水模型的研究进展

土壤—根系系统是SPAC水分连续体中重要的子系统。现有的根系吸水模型大致可以分为微观模型和宏观模型。分析了根系吸水模型的发展趋势,指出必须注重根系机理和根系结构的研究,并修改和完善植物根系吸水模型,使之成为多种农业活动的理论基础。     

植物水分的吸收及其利用效率的研究进展

对近年来有关植物水分的吸收及其利用效率的研究,包括植物根系吸水途径及吸水模型、水通道蛋白分子特征及生理功能、水分利用效率研究意义及研究方法等进行综合评述,并对植物水分吸收及水分利用效率的影响因素进行了讨论．     

植物根系通用三维模型的建模与仿真

为了构建一个通用的植物根系三维仿真模型,根据已有研究的植物根系生长特性,采用几何构造模型的方法描述植物根系的拓扑结构和几何结构,并通过统计分析,研究植物根系生长随机性存在的规律,提出了基于正态分布结合植物根系特征参数均值构造根系模型生长因子的建模方法。通过对模型的模拟仿真,验证了该方法构建通用的植物根系三维模型的合理性和有效性。     

考虑植被力学[XH40.]-水力作用的洪泽湖堤防加固效果分析

为研究植被力学-水力作用的机理,引入根系吸水分布函数描述不同根系构型的吸水特性,建立了一个用于边坡稳定计算的植被力学-水力加固模型,并结合试验结果验证了模型的合理性和有效性。考虑不同根系构型的力学-水力作用,对洪泽湖堤防岸坡的典型断面进行加固效果分析,结果表明:根系吸水显著提高了土体基质吸力,其影响范围大约为2.5倍根系深度;在根系吸水的初始阶段,不同根系构型所产生的差异较小,但随着时间逐渐增加,不同根系构型的差异逐渐增大;植被力学-水力作用可以显著提高堤防岸坡的稳定性,24.h降雨后,根系加固下的安全系数约为裸土岸坡的1.4倍。     

土壤—植物—大气复合系统内水热迁移特性

通过对非饱和土壤内部热、水、气耦合迁移特性，植物根系吸水特性及植物蒸腾的描述，建立了反映土壤－植物－大气复合系统内温度，水分，含气量等的动态变化过程的一般数学模型。作为一个算例，还用该模型对利用地下多孔埋管引入了冷凝水来加热和灌溉土壤的效果进行数值模拟。     

土壤－植物－大气复合系统内水热迁移特性

通过对非饱和土壤内部热、水、气耦合迁移特性，植物根系吸水特性及植物蒸腾的描述，建立了反映土壤－植物－大气复合系统内温度、水分、含气量等的动态变化过程的一般数学模型．作为一个算例，还用该模型对利用地下多孔埋管引入冷凝水来加热与灌溉土壤的效果进行了数值模拟．模拟结果一方面反映了模型的可行性，另一方面亦为植物生长的热物理环境的优化设计提供了依据．     

土壤-植物根系复合体弹性模量的理论研究

为探索植物根系与土体间相互作用的特性,基于土力学、复合材料力学的基本理论,分析了土壤-植物根系复合材料的性能,借鉴于矩形模型理论的分析方法,并在该模型基础上作了一些简化和假设,详细推导出了土壤-植物根系复合体的弹性模量的理论计算公式,推导过程中综合考虑了应力、应变同时存在的情况,该求解值能够真实完整地代表实际值,以此来推动土壤-植物根系复合体工程特性的深入研究,为工程绿化、植被护坡、边坡稳定等方面的应用提供理论基础。     

水分胁迫条件下春玉米根系吸水模型参数的推求

为了探究作物根系吸水与根区土壤水分运动的关系,在甘肃省石羊河流域开展春玉米田间试验,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,设置充分灌溉与非充分灌溉处理,利用水量平衡方程分别计算2个处理在各个时段的根系吸水量。在此基础上,利用最小二乘法优化得到水分胁迫系数的参数p1为1.384,并且对非充分灌溉处理的根系吸水量模拟值和实测值进行了比较,相关系数为0.981,模拟值和实测值的误差在允许的误差20%范围之内。建立了水分胁迫条件下春玉米的根系吸水模型,为该地区研究春玉米种植条件下土壤水分运动规律奠定基础。     

城市污水不同土地处理条件下土壤-作物系统中氮净化模拟模型与模拟分析

通过温室条件下冬小麦不同种植方式、污水不同土地处理状态下水氮运移吸收和净化过程模拟试验,分析了作物生长、根系生长与分布、根系对水分氮素吸收规律以及根系竞争吸收与土壤中水、氮含量的关系,以及氮净化规律等．在此基础上,建立了作物生长→根系生长与分布→根系吸水、吸氮→土壤中水氮运移转化→作物生长循环计算联合模型．以模拟试验为背景,用数值模拟分析了城市污水不同水氮土地处理条件下作物生长与土壤─作物系统中水氮运移吸收转化过程和土壤中氮净化机理．为建立环境地学工程的分支模型──污水土地处理控制模型提供了基础模拟计算方法．     

计算机仿真在根系牵引效应研究中的应用

针对根系牵引效应研究中杆状模型存在的问题与不足,通过双链表动态数据结构的方法,构建了植物根系的计算机仿真模型。并以VC++6.0为开发工具,建立了根系计算机仿真系统。通过计算机仿真出的根系模型不仅能够较真实的显示根系形态-分布特征,而且可以有效地进行区段划分和参数输出。以竹子地下根系为研究对象的实例表明了采用该方法研究根系牵引效应的有效性。     

阿特拉津农药在包气带内运移模拟

对植物根区(土壤层)及渗流区(作物根区以下潜水面以上包气带部分)农药的行为进行了数学描述．应用植物根区数学模型模拟了旱田除草剂阿特拉津农药在研究区包气带中的行为．模拟结果表明,吸附系数较小、降解半衰期较长和在水中的溶解度较大的阿特拉津农药可长期残留在包气带内,并且能够随降雨入渗进入潜水含水层而污染地下水．     

Ideal root architecture for phosphorus acquisition of plants under water and phosphorus coupled stresses: From simulation to application

Under water and phosphorus (P) coupled stresses, root architecture may be related to P acquisition efficiency of plants. Understanding the relationship between root architecture and P acquisition efficiency may provide basic information for improving P acquisition efficiency of plants. In the present study, we quantitatively described the effects of root architecture on P acquisition efficiency by computer simulation together with controlled biological experiments so as to determine an ideal root architecture for efficient P acquisition under water and P coupled stresses. Our results indicate that under given soil water conditions, the ideal root architecture for P acquisition efficiency of a tap root plant (as represented by common bean) is an 搖mbrella-shape?root system whose basal roots tend to be shallow in the P-rich topsoil and tap roots tend to be deep for water in the subsoil. Meanwhile, the ideal root architecture for a fibrous root plant (as represented by upland rice) is a beard-shape?root system with the moderately dispersed yet uniformly distributed adventitious and lateral roots so as to keep most roots in the topsoil for P and a few roots in the subsoil for water.     

调控根系对玉米幼苗生长及氮素利用的影响

在石英砂培养条件下,研究了切除种子根和阻止不定根下扎,对不同根系构成的玉米形态建成、氮素吸收和利用及吸收根补偿效应的影响。结果表明,玉米地上部形态建成随根系形态建成的抑制而抑制,反映为全株干物重随根的干物重、长度、表面积和体积的减弱而显著下降,根冠比减小。控制不定根扎入砂中但保留种子根（处理Ⅰ）及切除种子根且控制不定根扎入砂中（处理Ⅱ）的植株与对照相比,虽全株氮吸收量显著下降,但通过加强氮素在地上部分配利用及大幅提高氮素吸收效率而体现了较高的氮素利用效率。处理Ⅰ和处理Ⅱ的玉米吸收根表现出强烈补偿生长现象,但不同根系形态性状对吸收根补偿效应的贡献随根系间差异、特别是根的粗细差异而变化。与对照相比,处理Ⅰ植株和处理Ⅱ植株中,补偿效应最强的是根长、其次是根表面积、第三是根体积、根干物质重最弱;但处理Ⅱ与处理Ⅰ比较,根干物质重补偿效应最强、根长和根表面积相近居其次、根体积最弱。表明当玉米根体积差别大时,根长比根干物质重更能体现根系功能,而当玉米根体积相近时,根干物质重比根长对根系功能更有意义。     

柄扁桃根系水分共享特性研究

研究了沙地灌木柄扁桃根系的水分共享状况．结果表明,柄扁桃根系具有水分共享的潜力,在土壤水分分布不均匀的条件下,若主根水分相对丰富而侧根水分相对匮乏,则水分可以由主根转移到侧根中;若侧根水分相对丰富而主根水分相对匮乏,则水分可以由侧根转移到主根中,主根中的水分可以进行反向运输;若土壤水分分布均匀,则根系水分由侧根向主根转移,在主根中水分由形态学上端向下端转移,以保证对地上部分的水分供应．     

多效唑土壤吸附及在模拟生态系统分布动态的研究

采用＾３Ｈ－多效唑研究了不同土壤的吸附行为及其在模拟田间生态系统中的分布动态。结果表明，多效唑有较高的吸附率，并与有机质含量密切相关，在二室模型中，土壤向田表水转移的多效唑消失半衰期为１２个月，多效唑在土壤中有较高的残留。植物体根与叶的多效唑浓度有极显的相关性，并随土壤浓度而变化，在第１２天，植物体根、叶中的富集值达最到值，浓缩系数分别为４６４．２、２２８．４，植物体吸收的多效唑大部分残留在叶部     

滴灌土壤水分水平运移模型的辨识

在滴灌条件下,滴头流量对土壤的水分运移影响很大,是影响作物生长的主要因素。依据滴灌条件下土壤水分水平运移的观测数据,建立滴头流量与水分水平运移距离的传递函数模型,利用粒子群优化(PSO)算法对模型的各个参数进行辨识与优化。在同一滴头流量下,比较不同土壤水分水平运移模型的动态变化,验证了传递函数模型在不同流量下的有效性,提出了实现实时调控滴头流量与水平运移距离的传递函数模型,为实现作物根系所需水分水平运移距离的反馈调节,有效地保证作物根系所需的水分,减小了水资源的浪费创造了条件。     

土壤中热、湿、气及溶质耦合迁移的数学模型

从连续介质力学出发，应用Whitaker提出的局部体积平均法，建立了一个描述植物生长的土壤中热、湿、气及溶质耦合迁移的多场数学模型，以揭示非饱和土壤内复杂的传输机理．此模型中考虑了植物根系对水分、热量、气体和溶质的吸收或排放，同时在边界条件中反映了植物冠层对土壤表面遮阳的影响．因此，该模型相对于已有的其他模型来说，所包含的物理机制更加完备，并且它还具有可解性．