基于根系导水率的土壤-作物系统水动力机理模型开发

摘要

我国人均水资源不足，农业缺水形势依然严峻，土壤水分的状况和变化决定着作物对其吸收利用的强度和难易程度，而根系吸水活动对土壤水分动态产生重大影响。根系吸水模型是将根系吸水定量化的数学工具，可以对土壤水分进行动态模拟，从而可以预测土壤蒸发和植株蒸腾影响下的土壤水分变化状况，对节约用水，充分利用水资源，提高作物产量和农业节水提供必要的依据，具有十分重要的意义。
　　鉴于宏观根系吸水模型机理性不强，本研究以开发机理性模型为重点，把限制根系吸水的因素由简单的土壤水势变成叶面水势、土壤水势及根系导水率，机理性地模拟了水分从土壤到根系表面及从根系表面到叶面的过程，从而提出了基于根系导水率、根长密度分布、叶面水势、根系表面水势及根系半径等水力特性的根系吸水模型。
　　以SWMS-2D软件为基础，重新开发了根系吸水模块，研发了能量化不同根系导水率对土壤—植物系统中水分运动影响的计算机程序。
　　通过对两种根系导水率和两种蒸腾方式（连续蒸腾、间隔蒸腾）的数值模拟，获得了以下的初步结论:在连续蒸腾条件下，潜在日蒸腾量和根系导水率均较小时，作物到达蒸腾抑制点早，但总的根系吸水量大，且土壤水势变化更均匀，能更充分利用土壤水资源。间隔蒸腾时，蒸腾抑制点出现的更早，而且根系总吸水量也比连续蒸腾少。根系导水率对作物根系吸水的影响受潜在日蒸腾量的大小和蒸腾方式调控，当潜在日蒸腾量较小，连续蒸腾时根系能更充分利用土壤水分。间隔蒸腾时，根系表面水势和叶面水势差随土壤水势的减少而减少。土壤水分供应充足时，根系吸水的主要影响因素在水分从根系表面到叶面的过程。在其它条件相同的情况下，根系分布越均匀，吸水的总量越大。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的背景和意义

1．1．1 我国水资源现状

1．1．3 研究的目的和意义

1．2 根系吸水模型研究进展

1．2．1 根系吸水模型研究进展

1．2．2 根系导水率研究现状

1．3 本文研究内容

第二章 基于根系导水率的土壤-作物系统水动力学建模

2．1 引言

2．2 基于基础理论的土壤水动力学方程

2．3 引入根系导水率的土壤-作物系统水动力学模型

2．4 根系吸水的计算步骤及程序模块的研发

第三章 基于根系导水率的根系吸水数值模拟

3．1 引言

3．2 数值分析算例

3．2．1 基本信息

3．2．2 潜在日蒸腾量

3．2．3 根长密度分布

3．2．4 根系导水率

3．2．5 模拟工况

3．3 结果分析

3．3．1 根系指数分布和均匀分布模拟结果比较

3．3．2 不同根系导水率模拟结果比较

3．3．3 不同潜在日蒸腾量模拟结果比较

3．4 本章小结

第四章 间隔蒸腾条件下的根系吸水模拟

4．1 引言

4．2 间隔蒸腾下累积蒸腾量比较

4．2．1 间隔蒸腾下不同根系分布对累积蒸腾量影响

4．2．2 间隔蒸腾下不同根系导水率对累积蒸腾量影响

4．2．3 间隔蒸腾下不同潜在日蒸腾量对累积蒸腾量影响

4．3 间隔蒸腾时，土壤水势、根表面水势和叶面水势变化

4．4 根系表面水势与叶面水势差

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

作者简历及在学期间所取得的科研成果