3.2 水稻田水平衡模式
3.2.2 土壤含水特性
桃園大圳灌區土壤組成占比約為：粘質土壤39%，砂質土壤 26%，輕粘土 18.6%，
砂質粘土 16.4%；石門大圳灌區則約為：粘壤土 60%，粘土 20%，砂壤土 20%。
「粘質土壤」、「粘壤土」對應「clay loam」；「砂質土壤」、「砂壤土」對應「Sandy loam」；「輕粘土」、「粘土」對應「clay」；「砂質粘土」對應「Sandy clay」。土壤特 性參考Saxton 和 Rawls (2006)，當土壤含水量低於凋萎點(wilting point, WP)時，植 物便無法從土壤吸取水分，即使土壤含水量不為零。旱田在土壤含水量呈現飽和狀 態(saturated condition)時，滲漏快速，使得土壤水分降至田間容水量(field capacity, FC)；但水田則因具有保水特性，滲漏速率慢，從飽和狀態降至田間容水量的過程 是需要數天以上的，因此對水田而言，最大土壤可用水量(max total available water, TAW)並非田間容水量與凋萎點的差值，而是飽和狀態含水量(即孔隙率，∅)與凋萎
以前述灌溉區域內土壤組成占比作為權重，計算飽和含水量、田間容水量、凋 Sat：第t 天之土壤可用水量(available soil water content)[mm]
Smt：第t 天之土壤含水量(soil moisture content)[mm]
WP：凋萎點含水量(Wilting point water content)[mm]
當土壤含水量(Sm)大於田間容水量(FC)時，則存在滲漏量 P（詳見 3.2.3 小節）；
土壤可用水量與最大土壤可用水量間的缺額，以∆Sa 表示，方程式如下：
∆Sat= TAW − Sat (3-2)
∆Sat：第t 天之土壤可用水量缺額[mm]
TAW：最大土壤可用水量[mm]
Sat：第t 天之土壤可用水量[mm]
雖然理論上在凋萎點以上的水分屬於植物可利用的部分，但在土壤含水量下 降至凋萎點的過程中，超過一臨界值時，植物根部吸收土壤水分的能力將受到限制。
該臨界值以上至飽和含水量的水量，以易得可用水量(readily available water, RAW) 稱之，將用於後續計算水分逆境係數(water stress coefficient, Ks)，其公式如下：
RAW = max { 0, Smt− ai } (3-3) RAW：易得可用水量[mm]
Smt：第t 天之土壤含水量(soil moisture content)[mm]
ai：土壤水分逆境臨界含水量[mm]，i = 1 為湛水時期；i = 2 為非湛水時期
消耗係數(p)乃土壤水分逆境發生之前，植物根層從最大土壤可用水量(TAW) 所消耗水分之比率，其值視不同植物而定，且受到該日作物蒸發散大小影響。此處 參考Allen 等人(1998)研究之稻米消耗係數，在土壤水分飽和、最大作物蒸發散量 (ETx)為每日 5 mm 時，p 值為 0.2，並配合下式進行修正：
pa= pi+ 0.04 × (5 − ETx) (3-4) pa：調整後消耗係數[無因次]
pi：消耗係數[無因次] ，i = 1 為湛水時期；i = 2 為非湛水時期 ETx：最大作物蒸發散量[mm/day]，詳見 3.2.4 小節
參考Allen 等人(1998)研究，將土壤水分呈現飽和狀態下之 p1值設為 0.2，乃 適用於水田湛水時期的水分逆境係數(Ks)計算，此時對應之土壤水分逆境臨界含水 量a1以下式計算而得：
a1 = ∅ − pa,1× TAW (3-5) a1：湛水時期土壤水分逆境臨界含水量[mm]
∅：孔隙率，亦即飽和含水量[mm]
Pa,1：湛水時期調整後消耗係數[無因次]
TAW：最大土壤可用水量[mm]
然而，非湛水時期，倘若p2仍使用p1 = 0.2 之值，將使得在土壤水分尚未降至 田間容水量(FC)，便發生水分逆境情況，導致須佐以灌溉來維持 Ks = 1，這是不符 合現實的。是故在非湛水時期，改採旱田條件來計算消耗係數 p2與土壤水分逆境 臨界含水量a2，將p2假設為0.5(Boonyathorobol and Walker, 1979)，a2計算如下：
a2 = FC − pa,2× (FC − WP) (3-6) a2：非湛水時期土壤水分逆境臨界含水量[mm]
pa,2：非湛水時期調整後消耗係數[無因次]
FC：田間容水量(field capacity)[mm]
WP：凋萎點含水量(Wilting point water content)[mm]
如此計算而得之pa,2，可使後續3.2.6 小節計算非湛水時期灌溉需水量(IWR)時 不致發生「土壤含水量仍大於田間容水量(FC)，卻必須加以灌溉」的情況。
計算水分逆境係數(Ks)的部分，以圖 3-8 進行說明，橫軸為土壤含水量(Sm)，
縱軸為水分逆境係數(Ks)，分為湛水與非湛水兩時期。湛水時期，當土壤含水量低 於a1點時，Ks值由1 至 0 以線性遞減作為估算假設；非湛水時期，當土壤含水量 低於a2點時，Ks值由1 至 0 以線性遞減作為估算假設。
圖3-8、水稻水分逆境係數圖
在生育天數第91 天斷水排乾時，可將土壤水分視為飽和狀態，田間容水量(FC) 以上至飽和間的水量，桃園大圳灌區為58.0 mm，石門大圳灌區為 56.8 mm，此時 滲漏量(P)為每日 4.0 mm，持續發生滲漏直到土壤含水量(Sm)小於田間容水量(FC)。
期間之田間蒸發散量(ET)屬於土壤供應之田間蒸發散量(ET2)，可由凋萎點以上的 土壤含水量提供，當土壤含水量(Sm)低於非湛水時期土壤水分逆境臨界含水量(a2) 時，需佐以灌溉，以避免影響作物吸收水分的能力。而需要灌溉多少水，則必須考 量降雨因素，降雨影響於3.2.5 小節陳述，灌溉需水量於 3.2.6 小節陳述。