三、水在SPAC系统中的流

　　在地理环境中，涉及到地表面能量和物质特征最为复杂也最为活跃的部分，就发生在紧靠三相界面的土壤—植物—大气连续体中（即Soil-Plant-AtmosphereContinuum，简称SPAC）。该连续体内的能量流和物质流（如水分流，CO2流、营养元素流等），对于支持和维系生物圈的存在和发展是至关重要的，也是地球进化史中一个突出的标志。其中，尤以水分的流动研究得最多，可以作为典型的代表。水本身是物质的一种，而且是具有许多极端特性的一种物质，其运动和相变既是物质流，又同时偶合着能量流，成为能量运动和转换的象征。此外，许多其他物质，又必须以溶质的形式随着水的运动而运动，它成为许多营养元素迁移转化的载体。所以，研究清楚了水分流，对于其他物质流的性质也就有了基本的概念。最后，在SPAC连续体中的水分流，又是支持有机体生命的必要活动之一。故阐释在该连续体中的水分流，对于了解理论地理学的基本含义，具有重要意义。

　　萨赛尔（Sasscer）等人曾在美国伊利诺斯州研究了水分在SPAC系统中的流动模型，该模型总计包括了一个植物分室和49个土壤分室，同时把大气作为这个系统的外部源和外部汇。其中每一个土壤分室均代表0.01米厚度的土壤层。这些分室以及分室之间的水分流，整个地与大气偶合在一起，形成了如图4-10中所表达的系统形式，该系统十分详细地标明了水分流的方向、路径和速率。

　　图4-10中，λD为扩散传输系数；λR为降水传输系数；λT为蒸腾传输系数；λE为蒸发传输系数；λDR为排水（下渗）传输系数；λRAD为放射活动传输系数；Foi为物质流的通量。

　　在萨赛尔等人的模型中，模拟了水分的两种运动行为类型：其一为稳定的水分流动；其二为同位素氚标记的水分流动。通量或水分流动的速率，均考虑成垂直通过各个分室的界面。而且对于稳定态下的水分流动来说，将应用毫升/厘米2·时为单位计量；对于同位素氚标记的水分运动则采用单位衰减（蜕变）dpm/厘米2·时计量。从系统外部而来的流动量，注明为Foi，在系统内部各分室中的流动则使用符号Fij。一个给定的时间间隔中，各个分室表面面积上，每平方厘米所贮存的水分数量定名为Xi。通常，各个分室之间的水分通量Fij，比例于给者分室中所贮存水分数量的份额（λij），即此系统为给者控制，并表达为：

　　上式只是方程4.14的重写形式。在萨赛尔等人的研究中，还假定了：各个分室之间的传输是通过扩散、重力流（主要是通过降水的非毛管水即重力水下移）、蒸腾（从植物体中）、蒸发（从土壤表面）这4种方式进行的。其中，在这些传输方式中的每一个，均要求在所研究模型中以分开的传输系数去表达，于是，在SPAC系统中各个分室之间水分流的总通量应为：

　　Fij=（λDij λRij λT′ij）Xi (4.19)

　　式中λT′ij为蒸发、蒸腾的总速率，它等同于λ（Tij Eij）。上式说明水分离开系统流进环境的方式，既可以通过植物的蒸腾λTno，也可以通过土壤表面的蒸发λEno，还可以通过从系统底部分室向深处的下渗λDRn-1,0。

　　在应用同位素氚标记的情形下，从每一个分室中所产生的损失或衰减，是由于放射性活动的蜕变即λRADio引起的。

　　在以上作了各种说明并严格定义的情形下，在时间t 1时第j个分室内的水分贮存，等于在时间t该分室的水分贮存加以状态传输函数之乘积，即可以表示为：

　　
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