延續上一講的雙域視角(巨孔隙/微孔隙)，這一講的參數會分成兩組來看:定義「桶子形狀」的靜態參數(LL、DUL、SAT、bulk density),跟決定「桶子怎麼漏水」的動態參數(SWCON、𝐾𝑠𝑎𝑡)。 3.1 靜態參數:桶子的三條水位線 (1) LL(Lower Limit,凋萎點下限) 這是植物完全無法吸取的水分下限,操作型定義通常對應到 −1.5 MPa(15 bar)的基質勢。在微孔隙/巨孔隙框架下,LL 描述的完全是微孔隙域——這個含水量下,水被吸附在極細孔隙的表面,基質勢極負,只存在於微孔隙的毛細跟吸附作用力範圍內,巨孔隙在這個含水量早就空了。 DSSAT 通常用 LL(而不是永久凋萎點 wilting point)這個名稱,是因為它其實是「特定作物根系可達到的下限」,理論上依作物種類、根系穿透力略有差異,但實務上常直接借用土壤的物理凋萎點。 (2) DUL(Drained Upper Limit,排水上限) 這是整套 bucket 理論裡最關鍵的一條線——它同時也是上一講講的「巨孔隙排水」的觸發點:𝑆𝑊> 𝐷𝑈𝐿 SW>DUL 才會啟動𝐷𝑅𝐴𝐼𝑁𝐿 方程。 物理意義上,DUL 是「重力排水已經(近似)結束、只剩微孔隙毛細力撐著水」的那個含水量,通常對應基質勢在 −10 到 −33 kPa 之間(視質地而定,砂土接近 −10 kPa,黏土接近 −33 kPa)。用雙域語言講:DUL 就是巨孔隙域清空、微孔隙域仍飽滿的那條分界線。這也是為什麼 DUL 不是一個絕對的物理常數,而是跟排水時間、量測方式高度相關的操作型定義——現場量測通常是「飽和後排水1–2天」的含水量,這個「1–2天」本身就是承認巨孔隙排水需要一點時間,但排水速率遠快於微孔隙。 (3) SAT(Saturation,飽和含水量) 這是巨孔隙+微孔隙全部孔隙都灌滿水時的含水量,約等於總孔隙度 𝜙 。注意上一講 Emerman 論文提到的關鍵假設——「巨孔隙域跟微孔隙域必須有相同的飽和含水量才能讓雙域模型的擬合站得住腳」。這句話反過來提醒你:SAT 這個看似簡單的參數,其實隱含了「兩個域共享同一個總孔隙空間」的假設,在真實土壤中不一定成立(比如強烈結構化的黏土,巨孔隙可能只佔總孔隙度很小一部分)。 (4) Bulk...
延續上一講的雙域視角(巨孔隙/微孔隙)，這一講的參數會分成兩組來看:定義「桶子形狀」的靜態參數(LL、DUL、SAT、bulk density),跟決定「桶子怎麼漏水」的動態參數(SWCON、𝐾𝑠𝑎𝑡)。
DSSAT 通常用 LL(而不是永久凋萎點 wilting point)這個名稱,是因為它其實是「特定作物根系可達到的下限」,理論上依作物種類、根系穿透力略有差異,但實務上常直接借用土壤的物理凋萎點。
SW>DUL 才會啟動𝐷𝑅𝐴𝐼𝑁𝐿 方程。
物理意義上,DUL 是「重力排水已經(近似)結束、只剩微孔隙毛細力撐著水」的那個含水量,通常對應基質勢在 −10 到 −33 kPa 之間(視質地而定,砂土接近 −10 kPa,黏土接近 −33 kPa)。用雙域語言講:DUL 就是巨孔隙域清空、微孔隙域仍飽滿的那條分界線。這也是為什麼 DUL 不是一個絕對的物理常數,而是跟排水時間、量測方式高度相關的操作型定義——現場量測通常是「飽和後排水1–2天」的含水量,這個「1–2天」本身就是承認巨孔隙排水需要一點時間,但排水速率遠快於微孔隙。
其中 𝜌𝑠 是土粒密度(通常取 2.65 g/cm³)。Bulk density 在 DSSAT 裡除了用來換算含水量的單位(體積含水量 ↔ 重量含水量),也常被用來間接估計 SAT,當沒有直接量測值時——這也是為什麼很多 DSSAT 土壤檔案裡 SAT 是用 bulk density 反推出來的估計值,而不是實測值,精度上要打折扣。
上一講已經定調:這是巨孔隙域的排水速率係數,對應 kinematic wave equation 裡的參數𝑎，取值範圍 0–1,代表「今天把超過 DUL 的多餘水排掉的比例」。
$𝐷𝑅𝐴𝐼𝑁_𝐿 = (𝑆𝑊+𝐿 − 𝐷𝑈𝐿_𝐿) × 𝑆𝑊𝐶𝑂𝑁_𝐿$
SWCON 值愈接近1,代表巨孔隙結構愈發達、排水愈快(比如有明顯裂縫、蟲孔、根孔的土壤);愈接近0,代表巨孔隙不發達或已經部分堵塞。這個係數幾乎不可能從土壤質地資料直接推算,通常是校準出來的——這正好呼應 Emerman 論文提到的:巨孔隙排水參數是雙域模型裡「難以獨立估計」的參數之一。
2. 𝐾𝑠𝑎𝑡 (飽和水力傳導度) 這是 Richards equation 世界裡的參數,描述整個孔隙系統(巨孔隙+微孔隙)在飽和狀態下的導水能力。DSSAT 的水平衡模組本身不使用 𝐾𝑠𝑎𝑡，——這點常常讓初學者困惑,因為土壤資料庫(如 SSURGO、ISRIC)裡通常會附 𝐾𝑠𝑎𝑡 值,但 DSSAT 的 SLB 參數表用不到它。 𝐾𝑠𝑎𝑡跟 SWCON 的關係,只能說是「間接正相關」——巨孔隙發達的土壤,通常𝐾𝑠𝑎𝑡也比較高(因為巨孔隙對整體導水度貢獻極大,遠超其體積比例),但兩者不是同一個物理量的不同單位換算,不能互相直接推導。有些土壤轉換函數(pedotransfer function)嘗試用𝐾𝑠𝑎𝑡、質地、bulk density 去估計 SWCON,但這類經驗公式的不確定性相當大。
3.1 靜態參數:桶子的三條水位線
(1) LL(Lower Limit,凋萎點下限)
這是植物完全無法吸取的水分下限,操作型定義通常對應到 −1.5 MPa(15 bar)的基質勢。在微孔隙/巨孔隙框架下,LL 描述的完全是微孔隙域——這個含水量下,水被吸附在極細孔隙的表面,基質勢極負,只存在於微孔隙的毛細跟吸附作用力範圍內,巨孔隙在這個含水量早就空了。DSSAT 通常用 LL(而不是永久凋萎點 wilting point)這個名稱,是因為它其實是「特定作物根系可達到的下限」,理論上依作物種類、根系穿透力略有差異,但實務上常直接借用土壤的物理凋萎點。
(2) DUL(Drained Upper Limit,排水上限)
這是整套 bucket 理論裡最關鍵的一條線——它同時也是上一講講的「巨孔隙排水」的觸發點:𝑆𝑊> 𝐷𝑈𝐿SW>DUL 才會啟動𝐷𝑅𝐴𝐼𝑁𝐿 方程。
物理意義上,DUL 是「重力排水已經(近似)結束、只剩微孔隙毛細力撐著水」的那個含水量,通常對應基質勢在 −10 到 −33 kPa 之間(視質地而定,砂土接近 −10 kPa,黏土接近 −33 kPa)。用雙域語言講:DUL 就是巨孔隙域清空、微孔隙域仍飽滿的那條分界線。這也是為什麼 DUL 不是一個絕對的物理常數,而是跟排水時間、量測方式高度相關的操作型定義——現場量測通常是「飽和後排水1–2天」的含水量,這個「1–2天」本身就是承認巨孔隙排水需要一點時間,但排水速率遠快於微孔隙。
(3) SAT(Saturation,飽和含水量)
這是巨孔隙+微孔隙全部孔隙都灌滿水時的含水量,約等於總孔隙度 𝜙 。注意上一講 Emerman 論文提到的關鍵假設——「巨孔隙域跟微孔隙域必須有相同的飽和含水量才能讓雙域模型的擬合站得住腳」。這句話反過來提醒你:SAT 這個看似簡單的參數,其實隱含了「兩個域共享同一個總孔隙空間」的假設,在真實土壤中不一定成立(比如強烈結構化的黏土,巨孔隙可能只佔總孔隙度很小一部分)。(4) Bulk Density(𝜌𝑏)
乾土重量除以總體積(含孔隙)。它跟孔隙度的關係是: $ 𝜙= 1− /frac{𝜌_𝑏}{𝜌_𝑠}其中 𝜌𝑠 是土粒密度(通常取 2.65 g/cm³)。Bulk density 在 DSSAT 裡除了用來換算含水量的單位(體積含水量 ↔ 重量含水量),也常被用來間接估計 SAT,當沒有直接量測值時——這也是為什麼很多 DSSAT 土壤檔案裡 SAT 是用 bulk density 反推出來的估計值,而不是實測值,精度上要打折扣。
3.2 動態參數:決定漏水速度
1. SWCON(Soil Water Drainage Coefficient)上一講已經定調:這是巨孔隙域的排水速率係數,對應 kinematic wave equation 裡的參數𝑎，取值範圍 0–1,代表「今天把超過 DUL 的多餘水排掉的比例」。
$𝐷𝑅𝐴𝐼𝑁_𝐿 = (𝑆𝑊+𝐿 − 𝐷𝑈𝐿_𝐿) × 𝑆𝑊𝐶𝑂𝑁_𝐿$
SWCON 值愈接近1,代表巨孔隙結構愈發達、排水愈快(比如有明顯裂縫、蟲孔、根孔的土壤);愈接近0,代表巨孔隙不發達或已經部分堵塞。這個係數幾乎不可能從土壤質地資料直接推算,通常是校準出來的——這正好呼應 Emerman 論文提到的:巨孔隙排水參數是雙域模型裡「難以獨立估計」的參數之一。
2. 𝐾𝑠𝑎𝑡 (飽和水力傳導度) 這是 Richards equation 世界裡的參數,描述整個孔隙系統(巨孔隙+微孔隙)在飽和狀態下的導水能力。DSSAT 的水平衡模組本身不使用 𝐾𝑠𝑎𝑡，——這點常常讓初學者困惑,因為土壤資料庫(如 SSURGO、ISRIC)裡通常會附 𝐾𝑠𝑎𝑡 值,但 DSSAT 的 SLB 參數表用不到它。 𝐾𝑠𝑎𝑡跟 SWCON 的關係,只能說是「間接正相關」——巨孔隙發達的土壤,通常𝐾𝑠𝑎𝑡也比較高(因為巨孔隙對整體導水度貢獻極大,遠超其體積比例),但兩者不是同一個物理量的不同單位換算,不能互相直接推導。有些土壤轉換函數(pedotransfer function)嘗試用𝐾𝑠𝑎𝑡、質地、bulk density 去估計 SWCON,但這類經驗公式的不確定性相當大。
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