遥感信息能够反映陆地表层状况，是快速获取区域土壤水分信息的有效工具。由于遥感影像只能反映地表情况，仅可用于表层土壤水分的反演，在根层土壤水分的估算上面临巨大困难。基于单点尺度的根层-表层土壤水分线性模型是连接表层土壤水分和根层土壤水分的桥梁。利用遥感信息获取表层土壤水分，通过根层-表层土壤水分关系来估算根层土壤水分是获取区域大尺度根层土壤水分的有效途径。　　本文以河南省为研究对象，利用CERN(Chinese Ecosystem Research Network)提供的土壤水分数据，建立了包括农田生态系统在内的5种生态系统的根层-表层土壤水分关系模型，拟合出小麦、玉米等不同作物的根-表关系统计经验公式，以及不同土壤质地、不同气候分区的根-表关系线性模型;采用设定灌溉制度和实际灌溉制度两种灌溉模式运行模型，比较了两种模式下农田土壤水分模拟结果，完善了模型对人类管理影响农田生态系统土壤水分变化过程的表达;以ECV(Essential Climate Variable)遥感产品反演得到的河南省表层土壤水分为基础，以小麦和玉米的“根-表关系”为桥梁，实现了河南省大尺度长系列根层土壤水分的估算，分析了河南省根层土壤水分的时空分布特征。　　本研究获得的主要结论如下:　　1.采用设定灌溉制度和实际灌溉制度两种灌溉参数设定模式，运行模型，比较了两种模式下农田土壤水分模拟结果。结果表明:灌溉时间准确匹配提高了土壤水分的模拟精度，根层土壤水分的模拟精度提高更明显。　　2.建立了0-50cm根层土壤水分与0-10cm表层土壤水分相关关系的普适线性模型，按照不同生态系统、不同农作物类型、不同土壤质地、不同气候区等分类方式分别拟合出各自的土壤水分“根-表关系”。　　3.采用单点实测数据对VIP模型模拟的结果与“ECV遥感反演-根表关系”估算结果进行验证，并用实测数据对二者进行标准化。验证结果显示，对于表层土壤水分，无论小麦还是玉米，“ECV反演-根表关系”法所得结果与实测值之间的相关系数R都要大于VIP模型的模拟得到的结果与实测值之间的R，尤其是小麦。对于根层，“ECV反演-根表关系”法得到的根层土壤水分，小麦的反演结果与实测值之间的相关系数略高于VIP模型模拟;玉米的反演结果与实测值之间的相关系数略低于VIP模型模拟;两种方法获取的经标准化的数据系列均能刻画出河南省根层土壤水分的时间变化趋势。　　4.分析了河南省根层土壤水分的时空分布格局。年际变化:河南省根层土壤水分的年际变化不显著;土壤水分的季节内变化与年降水量密切相关，年降水维持在多年平均水平时，根层土壤水分的季节内变化不明显;年降水量较少的年份，根层土壤水分的季节内变化显著。年内变化:1～6月根层土壤水分变化显著，7～12月根层土壤水分变化不显著，灌溉是导致土壤水分变化的主要原因;夏季降水使得7月份根层土壤含水量达到最大，小麦生长高耗水量使得4月份根层土壤水分含量降至最低，土地的翻耕轮作使得6月内根层土壤水分出现较大波动。空间分布:深冬初春-小麦越冬期，根层土壤水分由西南向东北依次递减;春季-小麦生长期，根层土壤水分南部和西部高，西南部次之，中部和北部低;夏季-玉米，河南省土壤水分含量较高，无明显空间分布特征;秋末冬初-小麦冬前生长期，根层土壤水分呈现出南部高、中北部低的趋势。　　根层土壤水分是作物生长发育的水分来源和保障，根层土壤水分含量制约着作物的长势和粮食产量。以遥感信息获取的表层土壤水分为基础，以表层-根层土壤水分关系为桥梁，估算大尺度长系列根层土壤水分是根层土壤水分获取的新思路。研究结果为河南省的农田土壤水分管理、农作物估产以及农业政策的优化提供科学支撑。