研究沙区土壤水分平衡是研究沙区水文过程的基础，是研究大气变化与植被生长耦合关系的关键。沙区土壤水分变化过程主要由土壤水分的输入和输出来决定，对于沙区而言主要由降雨入渗量和蒸散发(ET)量决定。通常来说土壤含水量和植物可利用水量是对沙区植被稳定性评价的标准。现阶段研究者已经对沙地不同群落土壤水分含量和蒸散量做了大量的研究，并且发展大量模型对土壤含水量与蒸散量进行估算。

在干旱沙漠区主要利用蒸渗仪(Lysimeter)对土壤实际蒸散量进行测定是最有效与最准确的方法，同时通过蒸渗仪测得的数值可对其他测量方法与模型进行校准与验证。通过蒸渗仪确定某一点的植被蒸散损失量，来研究土壤水分动态变化，从而扩展到模拟时空尺度上土壤水量的输入与输出变化，有助于在沙区建立水文过程与植被格局之间的量化关系。目前学者多在不同时间和空间尺度下对植物的蒸腾进行长期的监测，通过对树干液流的日变化，季节变化及与环境因子的关系估算单株植物的蒸腾耗水量，结合叶面积指数及盖度估算种群的蒸腾耗水量，实现了从叶片到种群尺度的转换。同时根据测量结果建立不同尺度下的数学方程，结合土壤蒸发进而从种群尺度扩展到群落水平。通过对比实测蒸散发，此方法简单可行并可根据具体情况进行尺度转换。

在土壤水分平衡研究中，建立土壤水分动态模型时，通常把蒸散发作为确定变量，降雨作为随机变量。根据其模型的适用范围主要分为“木桶”模型、垂直分布模型和地下水补给模型。“木桶”模型主要是对在植被生长季根系分布区不同土壤层水分的日垂直变化，该模型适合于干旱、半干旱区域，因为忽略地形因素所以适用于地形平坦区域。垂直分布模型在“木桶”模型的基础上考虑了土壤各层的根密度，在对气候与土壤关系研究中，结合土壤水分剖面变化与根系垂直生物量分布的关系，并且忽略了地下水作用，也同样适用于平坦的干旱、半干旱地区。地下水补给模型是把地下水与垂直分布模型结合在一起的综合模型。该模型适合不同土壤质地，研究气候和植被对土壤湿度的影响。通过水分再分配与地下水补给中土壤水分变化，考虑植物根系对不同层土壤水的吸收过程中，地下水在毛管流作用下产生上升水。

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