土壤水分模型实际上是常说的土壤水分平衡方程，它是模型的基础。在这里引入更为实效的、全面的模型，为确定水分胁迫发生的时间和强度，土壤水分模型考虑土壤根系活跃层的作物根系密度，通过土壤根系活跃层逐日变化，模拟出对应的土壤含水量变化以估算出作物水分胁迫指数。

基于作物在土壤根系层状况评估植物耗水分状况。估算植物水分亏缺指数（PWDI），其基本原理是：当根区土壤水分处于某一适宜水平时，作物不受胁迫，即根系吸水速率最大、蒸腾作用最强（为潜在蒸腾）；否则，作物将受到一定程度的水分胁迫，即根系吸水速率减小、蒸腾强度降低。以相对作物根密度为权重因子对根区各土层土壤水基质势进行加权计算，并用根区加权平均土壤水基质势估算PWDI。

引擎以相对根层对应密度取代传统计算中的根长密度，从而改进PWDI估算方法并应用其优化灌溉施肥制度，该方法是灌溉及施肥决策引擎中核心的土壤水分驱动模型。