土壤水分動態(tài)研究分析

土壤水分

    土壤水是地球表層系統(tǒng)的重要組成和水文循環(huán)的核心，控制著基本的陸地生態(tài)系統(tǒng)格局與過程，是陸地生態(tài)系統(tǒng)健康運行的關(guān)鍵。水文過程對生態(tài)系統(tǒng)的影響主要是由土壤水分動態(tài)決定的，土壤水分動態(tài)通過對植被水分脅迫的發(fā)生、強度和歷時的影響，決定著氣孔導(dǎo)度、光合作用和生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力，而且土壤水分含量影響著土壤微生物活動、植物Ｎ生產(chǎn)和Ｎ吸收，從而控制著Ｎ循環(huán)和植物Ｎ的可獲得性。在氣候一土壤一植被動態(tài)系統(tǒng)中，土壤水分動態(tài)受一系列水文、氣候和生態(tài)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(xù)體中，土壤水分是研究大尺度陸地表面過程與大氣系統(tǒng)相互作用的重要組分，土壤水分通過對冠層導(dǎo)度的影響調(diào)節(jié)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(huán)，同時受氣候系統(tǒng)的影響，形成反饋環(huán)特別是植被與水、植被與氣候、土壤水分與氣候間的反饋關(guān)系為顯著。

土壤水分動態(tài)

    土壤水分動態(tài)是研究水文過程和陸地生態(tài)系統(tǒng)相互作用及反饋*的一環(huán)，是氣候、土壤性質(zhì)、地形和植被類型等因素非線性作用的結(jié)果，所以對其分析表現(xiàn)出高度復(fù)雜性。這種復(fù)雜性主要因為：土壤水分格局與植被動態(tài)密切聯(lián)系在一起，如植物根系吸水受土壤水分波動的影響，也是產(chǎn)生這種波動的主要驅(qū)動因素；氣候、土壤性質(zhì)、地形和植被類型對土壤水分動態(tài)作用表現(xiàn)出強烈的非線性；降水是土壤水分平衡主要驅(qū)動力，表現(xiàn)為脈沖的、無規(guī)律的隨機事件，是生態(tài)水文系統(tǒng)的隨機輸入項，氣候變化加劇了不確定性、隨機性和不可預(yù)測性烈。因此在氣候、土壤和植被非線性系統(tǒng)作用下的土壤水分動態(tài)也表現(xiàn)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(tài)隨機模擬。

土壤水分平衡    

    土壤水分平衡方程是水文學(xué)的基礎(chǔ)方程，通常是研究土壤水分動態(tài)的基石，研究水文過程與生態(tài)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(guān)鍵。土壤水分動態(tài)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(fā)和泄流。土壤水分動態(tài)模擬的復(fù)雜程度主要取決于對各生態(tài)水文過程和多個土壤層進行描述的詳細程度。根區(qū)土壤水分含量是水文循環(huán)*的組成部分，也是陸地生態(tài)系統(tǒng)健康運行的關(guān)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(fā)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(tài)的整體評價。通過土壤水分收支和表面能量平衡的結(jié)合，農(nóng)學(xué)家、農(nóng)業(yè)氣象學(xué)家、水文氣象學(xué)家和生態(tài)水文學(xué)家已經(jīng)發(fā)展了大量模型用于計算土壤水分含量和蒸散量。根據(jù)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(fā)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(tài)隨機模擬，現(xiàn)有的大量模型多將降雨和蒸散發(fā)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(qū)土壤水分平衡方程，而蒸散發(fā)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(qū)，可能將降雨視為確定性變量，而蒸散發(fā)視為隨機因素。