Modelisation dans un plan de l'absorption d'eau par les racines dans le cas d'un systeme racinaire quelconque

• Autorzy: Lafolie F. , Bruckler L.

Warianty tytułu

EN

Modelling of plane in water absorption by roots when non-uniform root system

PL

Modelowanie na płaszczyźnie pochłaniania wody przez niejednorodny system korzeniowy

• Języki publikacji: FR

Abstrakty

FR

L'objet de ce travail est de décrire, de quantifier et de généraliser sur modèle, les conséquences de 1' hétérogénéité du système racinaire sur la consommation en eau pendant une période donnée et pour une demande climatique déterminée. Géométriquement, le système étudié correspond à un plan horizontal (deux dimensions) où les racines sont répresentées par leur point d'impact sur ce plan. Le modèle proposé comprend plusieurs sous-modèles.

EN

This paper presents a theoretical approach to analyse the effects of the soil hydrodynamic properties, climatic conditions and spatial position of roots on plant water stress. Theoretical calculations in order to predict soil/roots water flows are made in the two-dimensional case, assuming that the Darcy law yields to predict water movements in the unsaturated zone. The main hypotheses are the following: 1) the soil is regarded as homogeneous, 2) the initial soil water potential is assumed as uniform, 3) the root water potential is the same for all roots at a given time, 4) the variations of the root water potential versus time are comprised between given upper (0 m) and lower boundaries (0-(-)15 m). The main input file of the proposed modelling are: 1) the basic hydrodynamic soil properties, 2) the position of the roots on the plane, and 3) the potential evaporation. The root water potential is estimated at each time step using an iterative procedure which calculates the best root water potential estimate in order to minimize the plant water stress. Furthermore, an original procedure is given to compute automatically the finite elements grid layout according to the given position of the roots. Results for various soils, climatic conditions and root position are presented. First, maps of the soil water potential after several days of simulation are given that show it exists a strong relationship between the root position and water uptakes. Furthermore, the effects of water movements from the soil to the root zone during the night when no evaporation occurs appear clearly. Second, the variations of the root water potential and the activity of roots during night and day are presented during 7 days of water movements simulation and the results agree with the common knowledge about the relationships between soil moisture and root uptakes. Finally, simulations are presented in order to combine the effects of the initial water content, soil hydrodynamic properties, spatial root position and climate on the plant water stress. It is showed that 1) when the soil is very and continuously wet, no stress appears, 2) when the soil is drier, the effects of limiting soil properties, spatial root positions and potential evaporation appear clearly on the plant water stress.

PL

Praca przedstawia teoretyczne podejście do programu analizy wpływu właściwości hydrodynamicznych gleby, warunków klimatycznych i przestrzennego rozmieszczenia korzeni na wodny stres roślin. Wyliczenia teoretyczne mające na celu określenie strumieni wody na granicy gleba - korzenie zostały wykonane dla przypadku dwuwymiarowego, przy założeniu, że równanie Darcy'ego pozwala przewidzieć ruch wody w strefie nienasyconej. Główne założenia były następujące: 1) gleba jest jednorodna, 2) początkowy potencjał wody glebowej jednakowy, 3) potencjał wody w korzeniu jest jednakowy dla wszystkich korzeni w określonej chwili, 4) zmiany korzeniowego potencjału wody w czasie zawarte są w granicach 0-(-)15 m. Główne dane wejściowe do proponowanego modelu są następujące: 1) podstawowe właściwości hydrodynamiczne, 2) położenie korzeni na płaszczyźnie, 3) parowanie potencjalne. Korzeniowy potencjał wodny jest oceniany dla każdego kroku czasowego, z wykorzystaniem metody iteracyjnej, która pozwala najlepiej oszacować potencjał wodny korzeni w celu zminimalizowania stresu wodnego roślin. Następnie przedstawiono oryginalną procedurę automatycznego wyliczania planu siatki do metody elementów skończonych, zgodnie z aktualną pozycją korzeni. Przedstawiono wyniki dla różnych gleb, warunków klimatycznych i pozycji korzenia. Po pierwsze, mapy potencjału wody glebowej po kilku dniach symulacji wskazują, że istnieje istotna zależność między pozycją korzeni i poborem wody. Ponadto efekty ruchu wody z gleby do strefy korzeniowej podczas nocy, gdy nie ma ewaporacji, są wyraźnie zauważalne. Po drugie, przedstawiono zmiany potencjału wodnego i aktywności korzeni podczas nocy i dnia w okresie 7 dni symulacji przenoszenia wody. Wyniki są zgodne z ogólnymi prawami rządzącymi tymi procesamai, tzn. zależnością między wilgotnością gleby i poborem wody. Następnie wykonano symulację w celu połączenia ze sobą efektów początkowej wilgotności właściwości hydrodynamicznych klimatu i przestrzennego rozmieszczenia korzeni na wodny stres roślin. Wynika z niej, że 1) gdy gleba jest bardzo wilgotna, stresy nie występują, 2) gdy gleba jest suchsza, daje się zauważyć wpływ granicznych właściwości gleby, przestrzennego rozkładu korzeni oraz potencjalnej ewaporacji na stres wodny roślin.

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 1990
• Tom: 385
• Opis fizyczny: p.143-158,fig.,ref.

Twórcy

autor

Lafolie F.

• INRA, Station de Science du Sol, 84 140 Montfavet, France

autor

Bruckler L.

• INRA, Station de Science du Sol, 84 140 Montfavet, France

Bibliografia

• 1. Baldwin J. P., Tinker P. B., Nye P. H.: Uptake of solutes by multiple root systems from soil. II. The theoretical effects of rooting density and pattern on uptake of nutrients from soil. Plant and Soil., 36, 693, 1972.
• 2. Green P. J., Sibson R.: Computing Dirichlet tesselations in the plane. The computer journal, 21, 168, 1977.
• 3. Molz F. J.: Models of water transport in the soil plant system: a review. Wat. Resour., 17, 1245, 1981.
• 4. Neuman S. P., Feddes R. A., Bresler E.: Finite element analysis of two-dimensional flow in soils considering water uptake by roots: I. Theory. Soil Sci. Soc. Amer. Proc., 39, 224, 1975. II. Field Applications. Soil Sci. Soc. Amer. Proc., 39, 231.
• 5. Passioura J. B., Cowan I. R.: On solving the nonlinear diffusion equation for the radial flow of water to roots. Agr. Meteorol., 5, 129, 1968.
• 6. Tardieu F.: Etat structural, enracinement et alimentation hydrique du maïs, III. Disponibilité des réserves en eau du sol. Agronomie, 7, 279, 1987.
• 7. Tardieu F., Manichon H.: Caractérisation en tant que capteur d'eau de l'enracinement du maïs en parcelle cultivée. I. Discussion des critères d'étude. Agronomie, 6, 345, 1986. II. Une méthode d'étude de la répartition verticale et horizontale des racines. Agronomie, 6, 415.
• 8. Tardieu F., Manichon H.: Etat structural, enracinement et alimentation hydrique du maïs. I. Modélisation d'états structuraux types de la couche labourée. Agronomie, 7, 123, 1987. II. Croissance et disposition spaciale du système racinaire. Agronomie, 7, 201.
• 9. Van Genuchten M. Th.: A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Sci. Soc. Am. J., 44, 892, 1980.