土壤—作物—大气连续体水分运动的概念
在有作物覆盖的农田中植物的蒸腾是田间水分循环的重要组成部分。由于水势梯度的存在，土壤中水分通过根系吸收进入植物体，除部分消耗于植物生长和代谢作用外，大部分又由植物体通过叶面向大气扩散。因此，在研究有作物生长条件下农田水分运动时，不仅需要分析农田水分状况和水分在土壤中的运动，还需要考虑土壤水分向根系的运动和植物体中液态水分的运动以及自植物叶面和土层向大气的水汽扩散运动等。田间水分运动是在水势梯度的作用下产生的，各环节之间是相互影响和相互制约的，为了完整地解决农田水分运动问题，必须将土壤—植物—大气看作一个连续体，统一考虑。近代文献中将这一连续体称为SPAC（Soil—Plant—Atmosphere Continum）系统。
SPAC系统是一个物质和能量连续的系统。在这个系统中，不论在土壤还是在植物体中，水分的运动都受到势能的支配，水流总是从水势高的地方向水势低的地方移动。植物的根系从土壤中吸取水分，经根、茎运移到叶部，在叶部细胞间的空隙中蒸发，水汽穿过气孔腔进入与叶面相接触的空气层，再穿过这一空气层进入湍流边界层，最后再转移到大气层中去，形成一个连续的过程，如图1-15所示。
图1-15 土壤和植物体中水流及水势分布示意图
由于植物的生长是缓慢的，在一定时间内，植物吸收的水分中很少一部分用于形成植物体本身和消耗于植物的代谢作用，绝大部分消耗于蒸腾，因此，可以将流经植物体中的水流看作是稳定流动。这样，这个系统中不同部位的水势差将与水流阻力成正比，并可近似地用下式表示：
式中 q——水流通量；
Δφ1、Δφ2、Δφ3、Δφ4——水流在土壤与根表面、根表面与根导管、根导管与叶面和叶面与大气之间的水势差；
R1、R2、R3、R4——相应于各流段的水流阻抗。
在水流通量一定时阻抗越大，水势差越大。从土壤到大气，总水势差可达数百个105Pa，在干燥的条件下甚至可达1000×105Pa。总水势差中从叶面至大气的水势差最大。SPAC系统中水势分布如图1-16所示。图中曲线1表示土壤较湿（水势较高）的情况；曲线2表示土壤较湿但蒸发强度较大情况；曲线3表示土壤较干的情况；曲线4表示土壤较干而蒸发强度又较大的情况。图1-16表明土壤越干燥，蒸发强度越大，叶水势越低，当叶水势低于某一临界值，如-30×105Pa左右，将会因失水过多而导致植物蔫萎。
自图1-16可以看到，在SPAC系统中水分运动是比较复杂的。植物能否得到足够的水分供应并不单纯决定于土壤含水率及相应的土壤水势，还决定于土壤的导水性能，植物根系的吸水能力和植物体的输水性能以及大气的状况。在根系吸水速率能够满足蒸腾要求的情况下，植物才可以正常生长，在吸水速率低于蒸腾速率时，将由于植物体损失一定的水分，影响正常生长，久之将导致植物枯萎。因此，引起植物枯萎的含水率（即所谓枯萎点）并不是一个固定不变的土壤特性常数，而应是在SPAC系统中植物自土壤所吸取的水分不足以平衡大气所需求的蒸腾速率时的土壤含水率。在有植物生长条件下，土壤水分运动除如前节所述与土面蒸发和降雨、灌水有关之外，还受到根系吸水的影响。为了研究调节农田水分状况的具体灌溉排水措施和方法，必须着重研究在一定土壤和气象条件下SPAC系统中，农作物的蒸腾量和根系吸水率的分布与土壤含水率（土壤水势）的关系，以及在有根系吸水存在时的土壤水分运动。农作物的腾发量亦即作物需水量是拟定农作物灌溉制度和估算灌溉用水量的重要依据，其确定方法、影响因素以及变化规律将在第二章论述。本节仅对根系吸水率的确定及在有根系吸水条件下土壤水运动作简要介绍。
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图1-16 不同条件下SPAC系统中水势的分布
若忽略根系对水流的阻力，则式（1-47）可改写为
式中 T——作物的蒸腾强度；
Lr——有效根层的深度。
若将式（1-49）沿Lr积分，则
有关以水势差为基础的根系吸水函数和以蒸腾按比例分配为基础的根系吸水函数均有多种形式，读者可参阅有关文献。
在SPAC系统中由于有根系吸水的存在，土壤水运动的基本方程中应增加根系吸水项，在这种情况下，一维水流方程式（1-15）和式（1-16）变为
不同边界条件下土壤剖面上各点含水率的分布，表层入渗量和蒸发量可以通过数值计算求解。