土壤水分動態研究分析

土壤水分

    土壤水是地球表層系統的重要組成和水文循環的核心，控制著基本的陸地生態系統格局與過程，是陸地生態系統健康運行的關鍵。水文過程對生態系統的影響主要是由土壤水分動態決定的，土壤水分動態通過對植被水分脅迫的發生、強度和歷時的影響，決定著氣孔導度、光合作用和生態系統的凈初級生產力，而且土壤水分含量影響著土壤微生物活動、植物Ｎ生產和Ｎ吸收，從而控制著Ｎ循環和植物Ｎ的可獲得性。在氣候一土壤一植被動態系統中，土壤水分動態受一系列水文、氣候和生態過程影響，如降雨、林冠截留、地表人滲、深層滲漏和植被水分利用等。而在土壤一植被一大氣連續體中，土壤水分是研究大尺度陸地表面過程與大氣系統相互作用的重要組分，土壤水分通過對冠層導度的影響調節植被景觀到陸地表層大氣的水汽通量，對大氣濕度和大氣邊界層有強烈的作用，終反饋于降水格局和水循環，同時受氣候系統的影響，形成反饋環特別是植被與水、植被與氣候、土壤水分與氣候間的反饋關系為顯著。

土壤水分動態

    土壤水分動態是研究水文過程和陸地生態系統相互作用及反饋*的一環，是氣候、土壤性質、地形和植被類型等因素非線性作用的結果，所以對其分析表現出高度復雜性。這種復雜性主要因為：土壤水分格局與植被動態密切聯系在一起，如植物根系吸水受土壤水分波動的影響，也是產生這種波動的主要驅動因素；氣候、土壤性質、地形和植被類型對土壤水分動態作用表現出強烈的非線性；降水是土壤水分平衡主要驅動力，表現為脈沖的、無規律的隨機事件，是生態水文系統的隨機輸入項，氣候變化加劇了不確定性、隨機性和不可預測性烈。因此在氣候、土壤和植被非線性系統作用下的土壤水分動態也表現為隨機脈動特征，需要對土壤水分平衡進行隨機描述，即土壤水分動態隨機模擬。

土壤水分平衡    

    土壤水分平衡方程是水文學的基礎方程，通常是研究土壤水分動態的基石，研究水文過程與生態過程相互作用的橋梁，以及大尺度陸地表面與大氣過程的關鍵。土壤水分動態主要取決于土壤水分平衡的輸入和輸出項，即降雨入滲、蒸散發和泄流。土壤水分動態模擬的復雜程度主要取決于對各生態水文過程和多個土壤層進行描述的詳細程度。根區土壤水分含量是水文循環*的組成部分，也是陸地生態系統健康運行的關鍵。土壤含水量隨時間的變化，由來自降雨和融雪的水分輸入、通過土壤蒸發植物蒸騰和深層滲漏補給地下水的水分損失過程來平衡。一般來講，土壤水分含量是植物水分可得性的時間條件，可提供水分供給與水分需求相對狀態的整體評價。通過土壤水分收支和表面能量平衡的結合，農學家、農業氣象學家、水文氣象學家和生態水文學家已經發展了大量模型用于計算土壤水分含量和蒸散量。根據土壤水分平衡中氣候、土壤、植被和地下水過程定量化描述的詳細程度，對土壤水分模型進行了簡單分類。降雨與蒸散發等氣象因素的不確定性，決定了土壤水分含量變化的隨機性。基于土壤水分平衡的土壤水分動態隨機模擬，現有的大量模型多將降雨和蒸散發作為隨機因素，特別是以降雨為隨機因素的模型居多。這些研究可以分為兩類：一類是將降雨作為隨機因素納入到根區土壤水分平衡方程，而蒸散發被視為確定性變量；另一類是在降雨波動不強烈，而其他氣候因素隨機性顯著的地區，可能將降雨視為確定性變量，而蒸散發視為隨機因素。