利用蒸渗仪分层土壤水分数据计算剖面根系吸水效率

SoilScope控制型蒸渗系统可以取原状土柱，土柱面积1平方米，高度可定制。采用“直接称重"方式，称重传感器精度达到了1/10000，使蒸渗仪的蒸散分辨率达到了0.01mm（1平米面积蒸渗仪），可以直接精准测量潜水蒸发量。

自动记录分层水分、水势的瞬时值，在与大田水势梯度一致的情况下，得到罐体内的土壤水动力学参数，水位变化量、渗漏量。

多数科研人员只会使用称重数据计算蒸散量，分层水分数据的使用目前并不多，我们今天就以利用水分数据计算根系剖面吸水效率为例，给大家做一些解析。

土壤水分传感器分别埋设在蒸渗柱体的20cm、40cm、60cm、80cm、100cm、130cm、180cm，我们首先选择无降雨、无灌溉时间段（监测期：6月5日—6月6日）的数据，排除水分增加对数据分析的干扰。

首先需要做以下基本假设：

·选择蒸渗仪底部无渗漏时间段数据，下边界水流通量为 0 

·一维垂向土壤水分运动，忽略水平方向水分交换 

·传感器监测的土层含水量可代表整层土壤的平均体积含水率

·计算干燥期内各土层的实际吸水能力：

计算公式：

·单层总吸水量（干燥期内，单位：cm，等效水深）

其中

为干燥期内土层含水率变化（干燥期为负值，%）

·单层吸水强度（单位：1/d，单位体积土壤每日吸水量）：

其中Δt为干燥期时长（单位：天）

·分层吸水占比（%）：

·潜在蒸腾速率Tp计算：

无胁迫条件下，全剖面总吸水量等于潜在蒸腾量，因此：

单位：cm/d，代表作物无水分胁迫时的最大日蒸腾量。

Feddes 模型是土壤水文学领域应用广泛的根系吸水模型之一，核心公式为：

S(z,t)：土层 z 处 t 时刻的根系吸水强度（单位：1/d）

Tp(t)：作物潜在蒸腾速率（单位：cm/d）

R(z)：归一化根系密度分布（核心吸水效率参数），无胁迫下各层根系吸水能力权重，满足

a(h(z,t))：水势胁迫响应函数（0~1）

无水分胁迫时，胁迫响应函数a(h)=1，此时 Feddes 模型简化为：

因此，归一化根系密度（吸水效率参数）可直接通过实测吸水强度计算：

为满足这个模型的积分约束

，需对初始计算的Ri进行归一化校正：

校正后的R'i即为最终的各层吸水效率核心参数，代表无胁迫下，第 i 层单位体积土壤的根系吸水能力权重，数值越大，该层根系吸水效率越高。

计算相对吸水效率：

以全土层最大吸水强度Smax作为无胁迫潜在吸水，计算各层实测相对吸水效率：

a=1代表该土层无胁迫； a<1代表水分胁迫抑制吸水。

计算结果：

· 100-130cm 土层是核心吸水层，归一化根系密度达 0.0128 cm⁻³，贡献了 38.41% 的总蒸腾量；  

·  130-180cm 土层含水率上升，存在深层水分补给，无根系吸水，吸水占比为负值。

各层归一化根系密度分布（吸水效率权重）

各土层根系吸水占比：