本文将大尺度空间上的局部土壤水力特性及土壤水分变量视为三维统计平稳随机场的实现,在土壤参数及土壤水分变量的随机扰动均为小扰动的条件下,通过对描述小尺度非饱和土壤水分运动的数学模型进行平均处理,推导出描述大尺度非饱和土壤水分运动宏观特征的数学模型,模型的控制性方程与Richards方程的形式是一样的.应用谱分析理论对层状土壤条件下模型有效参数及负压水头方差的结构进行了分析,通过分析得到有效参数是各向异性的,各向异性的程度与水分运动的状况有关,同时有效参数与负压水头方差还具有一定的滞后现象,且各向异性与滞后现象是由土壤特性的空间变异所引起的.