基于主動(dòng)加熱光纖法的土中含水率測(cè)定與蒸騰分割模型評(píng)價(jià)

張曉明，施 斌，曹鼎峰，張 巖，孫夢(mèng)雅，魏廣慶

(1. 南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210046；2. 蘇州南智傳感科技有限公司，江蘇 蘇州 215123)

植被的發(fā)育直接影響到人們生活的生態(tài)環(huán)境和地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，如淺層邊坡破壞、地表侵蝕、水土流失、沙塵暴天氣等[1]，因此，研究植物與土中水分場(chǎng)之間的相互作用對(duì)于生態(tài)環(huán)境保護(hù)和地表地質(zhì)災(zāi)害防治具有重要意義[2]。

植物對(duì)土的工程性質(zhì)的影響可分為兩個(gè)方面。一方面是根系對(duì)土的加筋作用。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者已對(duì)此展開(kāi)了大量研究，提出了不同的加筋模型[3-4]，但由于植物與土之間的水力作用缺乏系統(tǒng)的研究，建立的相關(guān)分析模型經(jīng)常失效。另一方面是植物的水力作用導(dǎo)致土中含水率的改變，進(jìn)而影響土的強(qiáng)度，導(dǎo)致水土流失等災(zāi)害的加劇[5]。評(píng)價(jià)植物對(duì)土中水分場(chǎng)影響的根系吸水模型可分為微觀模型和宏觀模型。微觀模型主要基于單根尺度上的水力機(jī)制，用來(lái)描述根吸收水分的過(guò)程機(jī)理[6]。宏觀的根系吸水模型將根—土系統(tǒng)作為整體分析，不需要考慮植物根系吸水的全部過(guò)程機(jī)理，也不需要研究其非常復(fù)雜的參數(shù)[7]。宏觀模型基于考慮因素和選取參數(shù)的不同又分為兩大類(lèi)，即電學(xué)模擬模型和權(quán)重因子類(lèi)模型。前者沒(méi)有充分考慮土水勢(shì)、根系以及土壤對(duì)水流阻力的影響，后者將根系與植物的蒸騰作用聯(lián)系起來(lái)，蒸騰分割模型就是其中一種。該模型將蒸騰吸水按照一定的權(quán)重因子在不同深度的土層進(jìn)行分配，從而確定根系吸水模型[8]。相較于微觀模型，宏觀模型多直接應(yīng)用在田間或野外，發(fā)展迅速。如Feddes[9]基于根系密度近似均勻分布的假設(shè)提出的根系吸水模型，認(rèn)為植物根的吸水速率在不同深度土層處為定值；Van Genuchten[10]提出了非線性的根系吸水模型；羅毅[11]等人在Feddes模型的基礎(chǔ)上提出了根系密度分布函數(shù)的概念；邵明安[12]等人得到水分脅迫下根系吸水的指數(shù)模型。

盡管已有大量根系吸水模型及改進(jìn)形式被提出，用于描述植物蒸騰對(duì)土的性質(zhì)影響，但是，目前還缺少原位含水率的精確測(cè)量技術(shù)和方法而影響了植物與土之間水力作用的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。如Garg和Leung[13]等人利用張力計(jì)以及濕度計(jì)定點(diǎn)測(cè)試并分析了土的含水率、吸力以及蒸騰作用對(duì)土中水分運(yùn)移的影響，但定點(diǎn)傳感器無(wú)法高分辨率地獲取根系周?chē)謭?chǎng)的連續(xù)時(shí)空分布信息，數(shù)據(jù)量少，準(zhǔn)確性較差。因此，本文采用了主動(dòng)加熱光纖法(Actively heated fiber optic，簡(jiǎn)稱(chēng)AHFO)，對(duì)植物根系周?chē)林泻实淖兓M(jìn)行實(shí)時(shí)分布式測(cè)定，根據(jù)測(cè)定結(jié)果評(píng)價(jià)了蒸騰分割模型，并對(duì)其有效性進(jìn)行了討論。

1 蒸騰分割模型

1.1 模型基本原理

蒸騰分割模型認(rèn)為植物根系吸收的水分90%以上被蒸騰散失，只有不到10%的水分用于自身的新陳代謝等其他方面[14]。該模型將潛在蒸騰量定義為有效根區(qū)深度范圍內(nèi)根系吸收水分的積分，然后按照一定的權(quán)重分配到不同深度的土層。權(quán)重因子一般用根長(zhǎng)密度分布表示，進(jìn)而得到相應(yīng)深度土層植物根的吸水項(xiàng)：

(1)

sp(z)=β(z)Tp(2)

式中：Tp——潛在蒸騰量/(mm·d-1)；

a、b——有效根區(qū)深度的邊界值/(cm)；

sp(z) ——z深度處水分吸收量/(mm·d-1)；

β(z) ——z深度的根長(zhǎng)密度/(mm·cm-3)。

由于植物處于室內(nèi)，其環(huán)境因素可能導(dǎo)致有效蒸騰量與潛在蒸騰量相差較大，影響模擬效果，因此，本文中采用水量平衡法計(jì)算得到的理論蒸騰量Ta取代潛在蒸騰量Tp，可得修正后的計(jì)算公式：

sp(z)=β(z)Ta(3)

采用水量平衡法[15]計(jì)算植物理論蒸騰量：

式中：T1-2——植物某時(shí)段的蒸騰量/(mm·d-1)；

ρdi——第i層土的干容重/(g·cm-3)；

Hi——第i層土的厚度/(cm)，本文中每層按1 cm計(jì)算；

θ1和θ2——第i層土計(jì)算時(shí)段的始末含水率/(cm3·cm-3)；

M、P、K、C——計(jì)算時(shí)段內(nèi)的灌水量、降雨量、地下水補(bǔ)給量以及排水量/(mm)。

本文室內(nèi)試驗(yàn)中M、P、K的值均為0，C是花盆通過(guò)底部小孔排出的水量，為負(fù)值。

某計(jì)算時(shí)段內(nèi)的植物有效蒸騰量計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為：

(5)

1.2 土中含水率AHFO法測(cè)定原理

利用AHFO法測(cè)試土中含水率的基本原理是，通過(guò)將埋入土中的加熱型光纜進(jìn)行通電加熱，根據(jù)加熱型光纜加熱后熱量向周?chē)翑U(kuò)散的快慢程度計(jì)算土的導(dǎo)熱系數(shù)，并根據(jù)土的導(dǎo)熱系數(shù)與含水率之間的關(guān)系確定土中的含水率[16]。加熱光纜通電升溫過(guò)程中溫度與線性熱源周?chē)恋膶?dǎo)熱系數(shù)λ的關(guān)系為[17]：

(6)

式中：T0——初始溫度/(℃)；

q′ ——單位長(zhǎng)度熱源的加熱功率/(W·m-1)；

t0——與熱源尺寸及熱源與周?chē)橘|(zhì)接觸面有關(guān)的時(shí)間系數(shù)；

d——常數(shù)。

由于t0<

(7)

可通過(guò)加熱過(guò)程中t1，t2不同時(shí)刻的溫度值求出導(dǎo)熱系數(shù)[8]。傳統(tǒng)的描述土導(dǎo)熱系數(shù)與土中含水率之間的關(guān)系主要有4種典型模型，即一次函數(shù)模型、對(duì)數(shù)函數(shù)模型、指數(shù)函數(shù)模型和冪函數(shù)模型?；谕蹊p、Striegl、曹鼎峰等對(duì)以上模型的進(jìn)一步研究和修正成果， 本文采用了曹鼎峰等提出的分段函數(shù)模型[16]，即含水率較低時(shí)采用二次函數(shù)模型，含水率較高時(shí)采用一次函數(shù)模型[16]：

(8)

式中：wcr——界限含水率/(m3·m-3)；

wsat——飽和含水率/(m3·m-3)；

a、b、c、k0和b0——與土類(lèi)型相關(guān)的常數(shù)。

利用拉曼光時(shí)域反射測(cè)量技術(shù)(ROTDR)測(cè)定溫度。ROTDR是Raman 散射感溫效應(yīng)和 OTDR相結(jié)合的新技術(shù)，前者用于溫度測(cè)量，后者對(duì)光纖沿線進(jìn)行空間定位。根據(jù)熱力學(xué)定律，可得Anti-Stokes 光與 Stokes 光的強(qiáng)度比，根據(jù)光的傳播距離與速率可得激光脈沖注入到接收背向散射光的時(shí)間，最后進(jìn)行溫度解調(diào)確定實(shí)際溫度[18]。

(9)

采用分布式光纖溫度測(cè)量系統(tǒng)監(jiān)測(cè)埋設(shè)在土中的碳纖維加熱光纜的溫度變化，結(jié)合溫度特征值與含水率的關(guān)系，獲得土中含水率的分布信息。相對(duì)傳統(tǒng)的水分場(chǎng)監(jiān)測(cè)方法，AHFO法精度高，數(shù)據(jù)量多且有效性好，可精準(zhǔn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)原位土中含水率的時(shí)空分布信息。

2 室內(nèi)試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)方案

為了評(píng)價(jià)蒸騰分割模型的準(zhǔn)確性和適用性，室內(nèi)試驗(yàn)主要通過(guò)監(jiān)測(cè)植物根部土周?chē)实臅r(shí)空分布分析植物—土的相互作用關(guān)系。試驗(yàn)裝置共設(shè)有7個(gè)花盆，其中6個(gè)花盆種植植物，剩余一個(gè)作為裸土對(duì)照組?；ㄅ韪?0 cm，上口直徑37 cm，盆底直徑32 cm，花盆底部分布有12個(gè)透水小孔，小孔直徑1 cm。7個(gè)花盆底部均勻撒鋪5 cm厚的碎石子，作為反濾層。用鐵絲制作兩組圓柱形鐵絲籠，其中一組高30 cm，直徑22 cm，另外一組高30 cm，直徑25 cm，每組各7個(gè)。

試驗(yàn)采用南智傳感公司研發(fā)的含水率監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，精度較高，可實(shí)現(xiàn)土中含水率分布式信息的實(shí)時(shí)獲取，系統(tǒng)基本參數(shù)見(jiàn)表1。該系統(tǒng)選用光纜型號(hào)為62.5/125的碳纖維加熱光纜，對(duì)光纜進(jìn)行人為加熱，利用升降溫過(guò)程中的溫度特征值與含水率的關(guān)系進(jìn)行土中含水率的分布式監(jiān)測(cè)。為了提高光纜的空間分辨率，將碳纖維加熱光纜均勻纏繞在圓柱形鐵絲籠上，每個(gè)鐵絲籠框架上纏繞約6 m的光纜，將直徑相同的7個(gè)圓柱形鐵絲籠串聯(lián)在一起，首尾端各預(yù)留出10 m的冗余段。試驗(yàn)設(shè)備主要包括變壓器、銅導(dǎo)線、植物補(bǔ)光燈、光纜。

表1 分布式含水率測(cè)試系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)參數(shù)Table 1 Related technical parameters of distributedmoisture content test system

將纏繞好碳纖維加熱光纜的2組不同直徑的圓柱形鐵絲籠分別放入底部鋪有碎石子的花盆中，然后再將調(diào)配好的土裝入。在裝土過(guò)程中，每隔5 cm進(jìn)行壓實(shí)處理，填土完成后將植物移載到花盆中。

試驗(yàn)僅選用砂土和黏土質(zhì)量比為6.6∶3.4的混合土，該類(lèi)型土在淺層滑坡常見(jiàn)，且較為適宜3種植物的正常生長(zhǎng)。為了土樣拌合盡量均勻，分批次、分階段進(jìn)行攪拌。土樣的干密度為1.31 g/m3，飽和滲透系數(shù)為1.50×10-6m/s，級(jí)配曲線見(jiàn)圖1，不均勻系數(shù)為3.18，曲率系數(shù)為1.15。土水特征曲線見(jiàn)圖2，在建立含水率與基質(zhì)吸力關(guān)系時(shí)，選用Van Genuchten模型[19]。

圖1 土樣的級(jí)配曲線Fig.1 Size distribution of soil particles

圖2 土-水特征曲線Fig.2 Soil-water characteristic curve

試驗(yàn)選用的植物共有3種，每種植物各兩盆，并對(duì)其進(jìn)行編號(hào)，1、2號(hào)花盆為鴨腳木樹(shù)，3、4號(hào)花盆為綠蘿，5、6號(hào)花盆為常青藤，7號(hào)花盆為裸土作為空白對(duì)照組。3種植物具有不同的生存習(xí)性,綠蘿氣根發(fā)達(dá)，對(duì)水分依賴(lài)性強(qiáng)，但需水量較少；常青藤宜排水良好的砂質(zhì)壤，需水量較大；鴨腳木生命力強(qiáng)，適于環(huán)境綠化或邊坡防護(hù)，需水量介于綠蘿與常青藤之間。文章主要研究3種植物蒸騰過(guò)程中的水力作用以及不同植物對(duì)植物根系周?chē)梁实挠绊懬闆r。因此，在植物的選用方面，3種植物的根長(zhǎng)密度、葉面積指數(shù)等不作為控制變量，對(duì)植物的根系、枝葉發(fā)育情況不作統(tǒng)一要求，只需3種植物具有相同的生長(zhǎng)年齡并且在試驗(yàn)過(guò)程中維持正常的生長(zhǎng)狀態(tài)。

測(cè)定植物的根長(zhǎng)密度具體試驗(yàn)步驟為：以植株為取樣中心，垂直向下挖取邊長(zhǎng)為25 cm的正方形土塊，直到肉眼觀察不到根系為止；然后將根系沖洗干凈，用直尺測(cè)量每根的長(zhǎng)度并計(jì)量根數(shù)，最后得到根系總長(zhǎng)度，總長(zhǎng)度除以挖取的土樣體積求得植物根長(zhǎng)密度[20-21]，納入計(jì)量的根系徑級(jí)范圍為0.5 ～2 mm，該徑級(jí)的根系對(duì)土中水分的影響最為明顯[21]：

(11)

2.2 數(shù)據(jù)采集

在正式監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)前15d，為了使植物能適應(yīng)移植后的新環(huán)境，以保證在正式監(jiān)測(cè)后正常生長(zhǎng)，每天在7個(gè)花盆澆灌等量的水、生根液和營(yíng)養(yǎng)液。其水量、生根液和營(yíng)養(yǎng)液的添加量，以試驗(yàn)選用的3種植物維持正常生長(zhǎng)所需量為依據(jù)，但嚴(yán)格控制等量的原則。植物15 d養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，經(jīng)觀察，植物已經(jīng)適應(yīng)了新的土氣環(huán)境狀態(tài)。此時(shí)停止?jié)补啵覂?nèi)溫度控制在約18 ℃，相對(duì)空氣濕度約50%。利用AHFO技術(shù)進(jìn)行植物生長(zhǎng)過(guò)程中水分場(chǎng)監(jiān)測(cè)，同時(shí)對(duì)植物進(jìn)行全天候補(bǔ)光，以保證植物在室內(nèi)進(jìn)行正常的蒸騰作用和光合作用等。利用加熱設(shè)備對(duì)光纜進(jìn)行加熱時(shí)，施加電壓為7.18 V/m，每組試驗(yàn)加熱時(shí)間為20 min，冷卻時(shí)間為40 min，根據(jù)AHFO方法進(jìn)行監(jiān)測(cè)。前10 d監(jiān)測(cè)頻率為1次/d，10 d以后監(jiān)測(cè)頻率為1次/3 d。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 土中含水率與溫度特征值的關(guān)系擬合

試驗(yàn)得到的含水率與溫度特征值的關(guān)系，符合曹鼎峰等提出的分段函數(shù)模型，即含水率大于0、小于界限含水率的時(shí)候符合二次函數(shù)模型；含水率大于界限含水率、小于飽和含水率的時(shí)候符合一次函數(shù)模型。對(duì)于本試驗(yàn)中土樣，臨界值取0.17 m3/m3，其擬合結(jié)果見(jiàn)圖3。

土壤含水率與溫度特征值之間關(guān)系利用最小二乘法擬合，本試驗(yàn)所用土的擬合結(jié)果可表示為：

(12)

二次函數(shù)段相關(guān)性系數(shù)為0.916，一次函數(shù)段相關(guān)性系數(shù)為0.908 9，均大于0.9，符合一般應(yīng)用要求。

3.2 不同植物根系周?chē)林泻时O(jiān)測(cè)

將試驗(yàn)組中植物土中含水率累積變化量(θcum)

與裸土對(duì)照組作差，可得植物所引起的土中含水率累積變化量與時(shí)間關(guān)系曲線見(jiàn)圖4。3種植物花盆中土中含水率隨時(shí)間變化的規(guī)律具有一致性，在試驗(yàn)的前10 d含水率降低迅速。主要原因是開(kāi)始階段土中的含水量較為充足，無(wú)水分脅迫，植物根內(nèi)外的水勢(shì)差較大，植物處于被動(dòng)吸水的狀態(tài)，根部土中的含水率變化非常明顯。Leung等人研究發(fā)現(xiàn)干燥過(guò)程的初始階段含水率降低迅速，土壤吸力恢復(fù)較快，與本試驗(yàn)中觀測(cè)到的結(jié)果具有一致性[22]。第10 d以后，土中含水率保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，變化量非常小，此時(shí)重力水幾乎被蒸發(fā)散失掉。此時(shí)土中細(xì)顆粒對(duì)水分的吸持力大于等于蒸騰拉力，植物根部?jī)H發(fā)生蒸發(fā)作用以及由于植物生理活動(dòng)發(fā)生的主動(dòng)吸水現(xiàn)象。隨著蒸騰作用的不斷進(jìn)行，試驗(yàn)裝置本身也會(huì)損失水分，根部土與根內(nèi)的水勢(shì)差隨之降低，進(jìn)一步增加了植物根系吸水的難度，土中含水率變化曲線趨于平緩。

圖4 植被所引起的土中含水率累積變化量與時(shí)間關(guān)系曲線Fig.4 Cumulative change of water content caused by plants with time

對(duì)比不同土層深度植物與土水分的作用曲線，得到3種植物都是在15 cm位置處引起的土中含水率累積變化量最大。主要原因是3種植物的有效根系密度約在15 cm處最大，是根部吸水的主要深度，監(jiān)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)種植植物的根部位置相符。試驗(yàn)結(jié)束后，通過(guò)直尺測(cè)量法對(duì)3種植物的根長(zhǎng)密度分布進(jìn)行計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)有效根長(zhǎng)密度分布主要在10～15 cm范圍內(nèi)。在15 cm深度處，根系發(fā)育最好，根長(zhǎng)密度最大，直接驗(yàn)證了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效性以及植物根系密度分布對(duì)根部吸水起著至關(guān)重要的作用。植物對(duì)土中含水率的影響深度僅局限于土的淺表層。

對(duì)比分析3種植物對(duì)土中含水率的影響，其中常青藤影響最大，鴨腳木次之，綠蘿影響最小。目前，蒸騰分割模型主要采用根系密度分布函數(shù)作為權(quán)重因子。本次試驗(yàn)在進(jìn)行植—土水分交互作用分析時(shí)，重點(diǎn)考慮了根系分布對(duì)植物吸水的影響，將葉面積指數(shù)和土水勢(shì)作為次要因素。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，相較于鴨腳木和綠蘿，常青藤在同一深度處的根系密度最大，蒸騰作用最為明顯，引起的土中含水率累積變化量約為0.125 m3/m3，為鴨腳木和綠蘿的2倍。由于土水勢(shì)、根密度、葉面積指數(shù)、土壤阻力等都會(huì)影響植物的蒸騰作用，仍無(wú)法確定各種參數(shù)的影響權(quán)重。

3.3 根系吸水蒸騰分割模型評(píng)價(jià)

將前10 d各個(gè)時(shí)段內(nèi)基于水量平衡法計(jì)算得到的植物理論蒸騰量進(jìn)行擬合，得到理論蒸騰量與時(shí)間的關(guān)系曲線見(jiàn)圖5。鴨腳木、綠蘿、常青藤的理論蒸騰量與時(shí)間的關(guān)系為：

圖5 植物蒸騰量與時(shí)間關(guān)系曲線Fig.5 Plant transpiration with time

植物根長(zhǎng)密度為單位土體積的根系長(zhǎng)度，試驗(yàn)中采用直尺測(cè)定法。此次試驗(yàn)的各類(lèi)植物的根長(zhǎng)密度為：

(14)

結(jié)合式(3)、(13)和(14)，可得某時(shí)段土中深度z處根的理論吸水量：

其中，Sp(z,t)表示按照蒸騰分割模型植物在任意時(shí)間t和任意深度z的理論吸水量。

將AHFO法監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與Sp(z,t)進(jìn)行比較分析，驗(yàn)證蒸騰分割模型的有效性。選用的深度值z(mì)分別為5、10、25 cm，將z值代入式(15)，可得不同植物不同時(shí)間不同深度的理論吸水量，即蒸騰分割模型計(jì)算出的理論蒸騰量。將試驗(yàn)組花盆含水率的累積變化量與裸土對(duì)照組的含水率累積變化量作差，得到光纖監(jiān)測(cè)的植物蒸騰量。圖6為不同植物不同時(shí)間不同深度的理論蒸騰量與監(jiān)測(cè)蒸騰量的對(duì)比曲線。

圖6 不同植物的理論蒸騰量與監(jiān)測(cè)蒸騰量對(duì)比曲線圖Fig.6 Comparative curves of theoretical and monitoring transpiration of different plants

通過(guò)圖6對(duì)比可得，理論曲線與實(shí)際監(jiān)測(cè)曲線擬合性較好，誤差見(jiàn)表2，其中15 cm深的位置擬合性最好。三種不同植物各個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均相對(duì)誤差均小于5%，在允許范圍內(nèi)。其原因是該深度受土表面和盆底影響最小，其邊界效應(yīng)可以忽略不計(jì)。25 cm處，由于受花盆底部散失水分影響較大，邊界效應(yīng)明顯；另外，根系密度分布函數(shù)為指數(shù)型函數(shù)，計(jì)算得到的根系密度隨深度增加不斷增加，實(shí)際上，25 cm處根系密度要小于15 cm處，導(dǎo)致理論蒸騰量偏高，擬合結(jié)果相對(duì)較差。5 cm處雖然接近土的表面，受到土表面水分蒸發(fā)的影響，但是在干燥初期，土層表面的蒸發(fā)作用相對(duì)植物的蒸騰作用來(lái)說(shuō)較為微弱，因此數(shù)據(jù)擬合較好。將蒸騰分割模型用于分析植物根部土的水分運(yùn)移規(guī)律以及探究不同植物的蒸騰作用對(duì)土中含水率的影響是有效的。在降雨入滲或灌溉后的干燥初期，根區(qū)不存在水分脅迫，根系吸水情況主要取決于根系分布情況，以根系密度分布函數(shù)作為權(quán)重因子的蒸騰分割模型簡(jiǎn)單實(shí)用，顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性。

表2 三種植物不同土層深度處蒸騰分割模型計(jì)算值相對(duì)誤差Table 2 Relative errors of the transpiration segmentationmodel at different depths for the three kind of plants

蒸騰分割模型主要從宏觀的角度對(duì)植物根的吸水機(jī)理進(jìn)行數(shù)值模擬，經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)。從監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型的評(píng)價(jià)結(jié)果看，蒸騰分割模型對(duì)植物與原位土水分交互作用的模擬較為有效。但是從個(gè)別數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差看，蒸騰分割模型在權(quán)重因子函數(shù)的選擇和動(dòng)態(tài)跟蹤上有很大的完善空間。大多數(shù)蒸騰分割模型都是基于根系密度分布隨土壤深度變化的一維模型，忽略了植物生長(zhǎng)過(guò)程中物理、生理和水力機(jī)制的影響，模型參數(shù)設(shè)置有待完善[23]。根系密度分布函數(shù)是基于不同深度土層的根長(zhǎng)建立，模型認(rèn)為是不變的，實(shí)際上根系吸水項(xiàng)是與根系有效吸水表面積有關(guān)，且隨著根系的生長(zhǎng)衰敗發(fā)生動(dòng)態(tài)變化[24-25]。在蒸騰分割模型不斷完善過(guò)程中，建議更多地借助于計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多維動(dòng)態(tài)的描述根—土水分交互作用[8]。

4 結(jié)論

(1)AHFO法監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，植物對(duì)土中含水率的影響可用蒸騰分割模型進(jìn)行有效描述，含水率變化受植物葉面積、根系密度、土層深度和蒸騰時(shí)間的影響。

(2)本試驗(yàn)中選用的綠蘿與鴨腳木葉面積指數(shù)和根系密度相近，二者引起根部周?chē)林械暮首兓狄蚕嘟?，?.075 m3/m3，常青藤的葉面積指數(shù)和球狀根系密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于綠蘿與鴨腳木，因此，常青藤引起的根部周?chē)恋暮首兓颠h(yuǎn)大于其他兩種植物，為0.125 m3/m3。

(3)本次試驗(yàn)中，植物對(duì)土中水分運(yùn)移的影響主要是土的表層10～15 cm深度范圍內(nèi)，深部位置的水分場(chǎng)幾乎不受植物的影響。

(4)濕潤(rùn)事件之后的干燥初期，含水率下降明顯，吸力得到迅速的恢復(fù)，隨著干燥時(shí)間的延長(zhǎng)，植物對(duì)土中水分的影響逐漸減弱。在植物土的水分交互過(guò)程中，相比較于蒸騰拉力產(chǎn)生的主動(dòng)吸水，植物在土水勢(shì)作用下的被動(dòng)吸水占據(jù)主導(dǎo)地位。