利用差异演化算法优化土壤特征曲线参数

差异演化法是一种在连续空间全局最优化问题上简单有效的新型智能进化算法.利用非饱和土壤数据库UNSODA的不同数据集和差异演化算法预测土壤特征曲线参数,获得对不同环境(田间、实验室)和土壤湿度(湿润、干燥)的参数估计,以及土壤质地、样本的选取对参数估计和拟合精度的影响.结果表明:基于实验室中测得的干土壤数据的参数估计和特征值具有最高精度;在四种不同质地的土壤中,黏土的均方根误差最小,土壤特征曲线的拟合精度较好,饱和含水量和残余含水量都较高,砂土的相应参数估计精度则较低;样本容量对于参数的拟合均值影响较小.     

根表面养分吸收通量和根围溶质浓度的近似解析解

该文用Nye-Tinker-Barber模型来研究植物根系表面的养分吸收通量和根围溶质浓度的近似解析解。将根围区域分为远场区域和近场区域, 在远场用相似变量, 在近场用尺度变换, 将远场解在根表面展开并与近场解进行待定函数的匹配, 从而获得对流扩散方程根表面通量和浓度的一阶近似解析解, 该解能够简化到扩散方程的解的形式。对氮、钾、硫、磷、镁、钙的养分吸收通量和氮、钾的浓度分别进行数值模拟, 比较模型的数值解、Roose的近似解析解和该文的近似解析解。结果表明: 在扩散方程中, 6种元素通量的解析解与Roose解析解相近, 但均高于数值解, 钾和磷的通量在短时间内迅速衰减; 钾和氮浓度的全局近似解析解与Roose解析解接近, 并与数值解的变化趋势一致。在对流扩散方程中, 除氮外的5种元素通量的近似解较Roose的解析解更接近于数值解, 且没有奇性。     

非均匀水势下作物根系吸水模型分析

根据土壤-根系统中水分守恒和水势对水分运输作用的原理, 建立了土壤中非均匀水势作物根系吸水模型。在该模型中, 分别对一次函数和指数函数两种不同的非均匀土壤水势的表达形式建立模型, 并对非均匀水势和均匀水势下模型的解析解之间的关系进行了探讨; 利用该模型讨论根系的吸收阻力和木质部传导阻力的比率对根吸水的影响; 运用阻力比率的合理生理范围确定根生长的优化长度。结果表明: 在特定情况下, 非均匀水势下的根系吸水模型可以用于均匀水势, 对Poiseuille公式进行修正后得到的根的优化长度接近实际值。