劉秀花，王　蕊

(1.長(zhǎng)安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 陜西 西安 710054; 2.長(zhǎng)安大學(xué)旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710054)

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灌水量對(duì)包氣帶水分運(yùn)移與滯留影響過(guò)程研究

劉秀花1,2，王蕊1

(1.長(zhǎng)安大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院， 陜西 西安 710054; 2.長(zhǎng)安大學(xué)旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 陜西 西安 710054)

包氣帶水是支持植被生長(zhǎng)的關(guān)鍵因子，也是聯(lián)系地表水與地下水、以及補(bǔ)給地下水的重要水源，為了解地表灌溉量和歷時(shí)對(duì)包氣帶水分運(yùn)移和滯留過(guò)程的影響，在陜西省涇惠渠試驗(yàn)站開(kāi)展了夏玉米和冬小麥畦灌試驗(yàn)，應(yīng)用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和Hydrus-1D模型模擬包氣帶0～6 m土壤水分運(yùn)移滯留過(guò)程, 并對(duì)其水分平衡進(jìn)行定量分析計(jì)算，結(jié)果表明：不同的灌水量、進(jìn)水流量和灌溉歷時(shí)會(huì)引起明顯土壤水分運(yùn)移滯留變化。夏玉米模擬期采用大流量、快速灌溉，剖面底部的滲漏量大，占地表總?cè)胨康?4.88%；冬小麥模擬期灌溉流量小、歷時(shí)長(zhǎng)，底部滲漏量小，占地表灌溉量的2.29%；夏玉米試驗(yàn)期內(nèi)蒸發(fā)蒸騰量大于冬小麥，分別占地表總?cè)胨康?2.32%和27.33%，棵間蒸發(fā)量占蒸發(fā)蒸騰量的比例分別為18.15%和16.92%；夏玉米與冬小麥試驗(yàn)期內(nèi)包氣帶土壤水分滯留比例分別為42.8%和70.38%，灌溉進(jìn)水流量和歷時(shí)是控制包氣帶水分滯留和進(jìn)入地下水的關(guān)鍵因素。

畦灌；水分運(yùn)移與滯留；HYDRUS-1D模型；土壤水分平衡；滲漏；蒸發(fā)；蒸騰

包氣帶是位于地表以下、潛水面毛細(xì)帶以上的地質(zhì)介質(zhì)，是地下水的天然屏障，也是地表、土壤污染物進(jìn)入地下水的通道。聯(lián)系地表水與地下水的包氣帶水是支持地表植被生長(zhǎng)和改變包氣帶水文生態(tài)環(huán)境的關(guān)鍵因子，也是補(bǔ)給地下水的重要水源。在干旱、半干旱地區(qū)，包氣帶土壤水是農(nóng)作物生存和生長(zhǎng)的最大限制因子，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中必不可少的基本條件。因此，研究包氣帶土壤水的動(dòng)態(tài)特征對(duì)于農(nóng)業(yè)節(jié)水和地下水資源評(píng)價(jià)與保護(hù)都具有重要意義。

自從PhiliP 1966年首次對(duì)土壤-植物-大氣連續(xù)體(Soil-Plant-Atmosphere Continuum)概念的提出[1]以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)包氣帶耕作層水分的定量模擬作了大量研究?？到B忠[2]研究了土壤-植物-大氣連續(xù)體(SPAC)中的勢(shì)場(chǎng)與水勢(shì)分布、水流阻力與水容的組成和量級(jí)，SPAC中的水流通量計(jì)算，SPAC中水分傳輸動(dòng)力學(xué)模擬模型及水分傳輸動(dòng)力學(xué)在農(nóng)田節(jié)水灌溉和田間水量轉(zhuǎn)化與水量平衡研究中的應(yīng)用等問(wèn)題；劉昌明等[3]側(cè)重探討了蒸發(fā)與蒸騰的過(guò)程及其定量，包括(SPAC)綜合模型、各種蒸散發(fā)參數(shù)的確定、作物蒸騰量的確定、棵間土壤表面蒸發(fā)量的確定、以及用實(shí)際觀測(cè)資料進(jìn)行驗(yàn)算得出比較符合實(shí)測(cè)過(guò)程的蒸發(fā)和蒸騰計(jì)算結(jié)果；朱首軍[4]應(yīng)用土壤水動(dòng)力學(xué)方法對(duì)渭北旱塬農(nóng)林復(fù)合系統(tǒng)水量平衡要素的變化規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究；畢經(jīng)偉等[5]應(yīng)用HYDRUS-1D模型對(duì)黃淮海平原典型土壤中土壤水滲漏動(dòng)態(tài)進(jìn)行了模擬分析；劉玉春等[6]建立了層狀土壤條件下地下滴灌水氮運(yùn)移模型等，通過(guò)室內(nèi)土柱模擬或耕作層田間實(shí)測(cè)分析水分在土壤剖面中的運(yùn)移獲得了大量研究成果。然而，對(duì)于揭示包氣帶深層土壤水分收支平衡、地下水-土壤-植物-大氣連續(xù)體系統(tǒng)內(nèi)各項(xiàng)水分的動(dòng)態(tài)特征的研究需進(jìn)一步深入。因此，結(jié)合實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需求，本文通過(guò)給定不同灌溉條件，探討灌溉量與進(jìn)水流量對(duì)水分運(yùn)移與滯留的影響，研究包氣帶水分含量時(shí)空變化動(dòng)態(tài)特征，并結(jié)合Hydrus-1D模擬以及水量平衡原理，分析土水勢(shì)和土壤導(dǎo)水率對(duì)水分運(yùn)移與滯留的影響，獲得相應(yīng)的深層滲漏量、潛在與實(shí)際地表蒸發(fā)、蒸騰量、滯留量，為指導(dǎo)關(guān)中地區(qū)的農(nóng)田灌溉、正確評(píng)價(jià)其水資源提供依據(jù)。

1　研究區(qū)概況與研究方法

1.1研究區(qū)概況

本次實(shí)驗(yàn)地選在陜西省涇惠渠試驗(yàn)站農(nóng)田，位于關(guān)中平原中部，土地肥沃，水利條件較好。冬季干燥寒冷，雨量稀少，蒸發(fā)作用較強(qiáng)烈；夏季炎熱，雨量多而集中，屬于大陸性半干旱氣候。多年平均降雨量533.2 mm，7—9月降水量占年降水量的50%～60%。年平均氣溫13.6℃，最高氣溫42℃(1966年)，最低氣溫-24℃(1955年)，年日照時(shí)數(shù)1 915 h，無(wú)霜期215 d；年蒸發(fā)量1 212 mm。

1.2田間試驗(yàn)

選擇試驗(yàn)站農(nóng)田189 m2作為實(shí)驗(yàn)?zāi)M區(qū)域，供試土壤為粉質(zhì)粘土，試驗(yàn)時(shí)間為2013年7月28日至8月7日夏玉米種植期和2014年3月29日至4月8日冬小麥種植期，玉米和小麥灌水量分別為2100、1400 m3·hm-2，灌水試驗(yàn)采用畦灌方式。

實(shí)驗(yàn)區(qū)整理出深6 m的土壤剖面，分別在10、20、40、70、100、150、250、300、400、600 cm深度安裝10個(gè)Hydra Probe II(SDI-12)自動(dòng)檢測(cè)探頭，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各土層深度的土壤體積含水率、溫度和電導(dǎo)率。在整理剖面的同時(shí)，用環(huán)刀在相應(yīng)深度采集土壤樣品，分析容重、孔隙比、孔隙度以及粒徑組成等指標(biāo)。灌溉試驗(yàn)周期內(nèi)氣象資料由站內(nèi)測(cè)得。

1.3模型建立

1.3.1水分運(yùn)動(dòng)方程水分檢測(cè)傳感器位于試驗(yàn)地的中心位置，所以本次模擬水分下滲主要為垂向，忽略水平和側(cè)向水流運(yùn)動(dòng)，僅考慮一維垂向運(yùn)移。取地表為坐標(biāo)原點(diǎn)，向下為正。假定土壤介質(zhì)和水均不可壓縮，則水分運(yùn)動(dòng)模型為[7]：

(1)

式中，θ為體積水分含量(cm3·cm-3)；Dw(θ)為非飽和土壤水分?jǐn)U散度(cm2·d-1)；K(θ)為非飽和土壤導(dǎo)水率(cm·d-1)；S(z，t)為單位時(shí)間單位體積土壤中根系吸水率(cm3·cm-3·d-1)；t為時(shí)間(d)；z為土壤深度(cm)。

1.3.2作物根系吸水模式采用Feddes函數(shù)[8]來(lái)計(jì)算根系的實(shí)際吸水量：

S=?(h,z)Sp

(2)

其中：

Sp=βzTp

(3)

式中，S為根系實(shí)際吸水量，Sp為潛在根系吸水量，?(h,z)為水分脅迫函數(shù)，h為土壤基質(zhì)勢(shì)，βz為根系吸水分布函數(shù)(cm-1)，Tp為作物潛在蒸騰量(cm·d-1)，如不計(jì)作物本身貯水，作物實(shí)際蒸騰量為根系實(shí)際吸水量。

1.3.3作物蒸散量的確定根據(jù)試驗(yàn)期站內(nèi)氣象資料，應(yīng)用Penman-Montheith公式計(jì)算每天的參考作物潛在蒸散量ET0[9]：

(4)

式中，ET0為參考作物潛在蒸散量(mm·d-1)，Rn為凈輻射(MJ·m-2·d-1)，G為土壤熱通量(MJ·m-2·d-1)，γ為濕度計(jì)常數(shù)，T為2m高度日平均氣溫(℃)，u2為2m高度處風(fēng)速(m·s-1)，es、ea為飽和水汽壓和實(shí)際水汽壓(kPa)，Δ為飽和水汽壓曲線斜率(kPa·℃-1)。

參考作物潛在蒸散量ET0乘以最大作物系數(shù)Kc即得作物潛在蒸散量ETp[10]，其表達(dá)式為：

ETp=Kc×ET0

(5)

利用有效葉面積指數(shù)(LAI)將作物潛在蒸散量ETp劃分為潛在土壤蒸發(fā)Ep和潛在作物蒸騰Tp[11-12]，其表達(dá)式為：

Tp=ETp(1-e-kLAI)

(6)

Ep=ETpe-kLAI

(7)

式中，Ep為潛在土壤蒸發(fā)，Tp為潛在作物蒸騰，k為消光系數(shù)(取0.463)，表征太陽(yáng)光的衰減程度。

實(shí)際土壤蒸發(fā)Ea計(jì)算采用[13]：

(8)

式中，θt為田間持水量(cm3·cm-3)，θr為萎蔫含水量(cm3·cm-3)，1/3θr為蒸發(fā)完全停止時(shí)的土壤含水量。

1.3.4邊界條件試驗(yàn)地地下水位埋深為15～16 m，地表地勢(shì)平坦，外圍有畦，上邊界給定為地表大氣邊界可積水條件，受降水、蒸發(fā)、灌溉和蒸騰等隨時(shí)間變化，葉面攔截雨量忽略不計(jì)；通過(guò)分析1年多灌溉、地表降雨、蒸發(fā)作用，6 m處土壤含水量響應(yīng)變化不大，同時(shí)包氣帶質(zhì)地組成變化小，故將下邊界選定為6 m、自由排水邊界。

2　結(jié)果與分析

2.1包氣帶土壤水力參數(shù)確定

根據(jù)水分檢測(cè)深度，將土壤自上而下劃分為10層，依據(jù)土壤實(shí)測(cè)的容重、粒徑等參數(shù)，應(yīng)用RETC模型和實(shí)測(cè)水分?jǐn)?shù)據(jù)反求擬合，計(jì)算出各土層的水力參數(shù)，見(jiàn)表1。

表1　擬合后的各土壤層水力參數(shù)值

注：θr為土壤萎蔫含水量(cm3·cm-3)，θs為土壤飽和含水量(cm3·cm-3)，α、n為水力特征曲線的形狀參數(shù)，l為孔隙連通性，Ks為飽和滲透系數(shù)(cm·d-1)。

Note: Whereθris the residual water content (cm3·cm-3),θsis the saturated water content (cm3·cm-3),αandnare shape parameters,lis a pore connectivity parameter, andKsis the saturated hydraulic conductivity(cm·d-1).

2.2模型的可靠性驗(yàn)證

根據(jù)公式(1)～(8)，模擬計(jì)算不同深度的土壤水分運(yùn)移過(guò)程，見(jiàn)圖1。由模擬值與實(shí)測(cè)值相關(guān)分析(Pearson相關(guān)系數(shù))和線性回歸的R2，可知試驗(yàn)期內(nèi)夏玉米(圖1(a),(b),(c))水分?jǐn)M合程度普遍高于冬小麥(圖1(d),(e),(f))。原因是受土壤結(jié)構(gòu)非均值性的影響所致，由于土壤參數(shù)樣采于夏玉米試驗(yàn)鉆孔中，冬小麥試驗(yàn)取樣孔距夏玉米1.2 m，而模擬計(jì)算采用同一組水力參數(shù)，所以對(duì)冬小麥水分模擬結(jié)果產(chǎn)生一定影響。而各時(shí)間模擬與實(shí)測(cè)值絕對(duì)相關(guān)系數(shù)R2夏玉米在0.874～0.90之間，冬小麥介于0.727～0.852之間，表明模擬結(jié)果能較準(zhǔn)確反映實(shí)測(cè)情況。

2.3土壤水分響應(yīng)過(guò)程

在灌溉、降水和蒸發(fā)蒸騰的綜合作用下，引起土壤剖面含水量的明顯變化。圖2為夏玉米和冬小麥生長(zhǎng)試驗(yàn)期內(nèi)土壤含水量在空間上的動(dòng)態(tài)變化特征。

圖1夏玉米(a,b,c)，冬小麥(d,e,f)試驗(yàn)期內(nèi)土壤水分的模擬值與實(shí)測(cè)值比較

Fig.1The simulated and the measured values of soil moisture in summer corn(a,b,c) and winter wheat(d,e,f) in experiment period

由圖2(a)可見(jiàn)：夏玉米試驗(yàn)期內(nèi)，0～100 cm剖面上土壤含水量隨深度的增加而由低變高，這是由于玉米根系主要分布于這一土壤層內(nèi)，根系吸水量大，同時(shí)夏日溫度較高、日照充足，表層土壤由于蒸發(fā)量較大而含水量較低；100～300 cm內(nèi)含水量較為穩(wěn)定，變化較小，受地表和作物吸水影響微弱；在200 cm處出現(xiàn)一個(gè)凹面，是150 cm處土壤飽和滲透系數(shù)較大，導(dǎo)水性較好所致；由于250、300 cm處土壤飽和滲透系數(shù)均小于150 cm處，在200～300 cm處土壤含水量呈上升趨勢(shì)，出現(xiàn)水分滯留；在300～600 cm內(nèi)，土壤含水量急劇下降，這一土壤層內(nèi)土壤導(dǎo)水性良好，殘余含水量隨深度而減小，同時(shí)由于底部自由排水，故產(chǎn)生這一趨勢(shì)，而在500 cm處產(chǎn)生的凹面，可能是土壤導(dǎo)水性所致。

圖2夏玉米(a)、冬小麥(b)試驗(yàn)期不同時(shí)間土壤含水量動(dòng)態(tài)變化

Fig.2Soil moisture dynamic of summer corn (a) and winter wheat (b) during the experiment periods

與夏玉米相比，冬小麥試驗(yàn)期內(nèi)，0～100 cm剖面內(nèi)土壤含水量變化比較復(fù)雜，見(jiàn)圖2(b)，其變化趨勢(shì)為先升高再下降后又升高。第一天灌溉后，土壤含水量急劇增強(qiáng)，因期間溫度較低，根系分布淺，葉面積指數(shù)小，從而蒸發(fā)蒸騰量較小，致使淺層土壤含水量明顯高于夏玉米試驗(yàn)期灌溉后第一天；同時(shí)，小麥根系主要分布于20～50 cm處，所以這一層水分出現(xiàn)下降趨勢(shì)，且在50 cm處產(chǎn)生一個(gè)凹面；100～600 cm剖面內(nèi)，土壤水分變化趨勢(shì)與夏玉米相似，但含水量高，產(chǎn)生明顯的水分滯留。

對(duì)比圖2(a)、(b) 兩實(shí)驗(yàn)期土壤初始含水量可知：除100～150 cm水分分布不同外，其余剖面土壤含水量分布規(guī)律相似。由于前期降雨，在0～200 cm土壤內(nèi)，實(shí)驗(yàn)期前夏玉米土壤含水率略高于冬小麥，而200～600 cm土壤層中，兩實(shí)驗(yàn)期土壤含水量相近。

表2　夏玉米與冬小麥試驗(yàn)期灌溉后土壤含水量漲幅變化

在包氣帶水分對(duì)灌溉的響應(yīng)時(shí)間上，夏玉米試驗(yàn)期內(nèi)，0～150 cm土壤含水量響應(yīng)為灌溉后第2天>第4天>第11天，該層土壤含水量在時(shí)間上的變化是灌溉活動(dòng)在表層土壤上的直觀反映。由表2可知，兩試驗(yàn)期灌后第2天土壤含水量都增加，漲幅在表層土壤最大并隨土層加深而減小，冬小麥實(shí)驗(yàn)期內(nèi)灌前與灌后最大漲幅達(dá)0.271 cm3·cm-3，夏玉米最大漲幅為0.09 cm3·cm-3。

夏玉米相鄰兩次觀測(cè)值之間差距較小，可能是由于灌水試驗(yàn)采用大流量、快速的方式，灌水強(qiáng)度超過(guò)表層土壤的入滲能力，并在地表形成積水層(目測(cè)5 cm)；同時(shí)0～150 cm內(nèi)根系吸水和蒸發(fā)蒸騰作用強(qiáng)烈，含水量相近并隨時(shí)間增大而減少；300～600 cm土壤含水量變化為灌溉后第4天>第11天>第2天，灌溉后第4天300 cm水分有響應(yīng)，土壤含水量在第11天時(shí)大致恢復(fù)到灌前水平，表明夏季土壤水分消耗速率較快、需水量較大，水分滯留量較小。

而在冬小麥試驗(yàn)期內(nèi)，其土壤含水量變化大致表現(xiàn)為第2天>第4天>第11天>灌溉前第1天，灌水后深層土壤的含水率持續(xù)增加時(shí)間長(zhǎng)，皆大于灌溉前土壤含水量。不同深度含水率變化幅度較大，其中灌水前與灌水后第二天淺層(0～70 cm)以及深層土壤(400～500 cm)的含水率變化幅度差距最為明顯。其原因可能是小麥灌水試驗(yàn)單位流量較小，歷時(shí)長(zhǎng)(8 h)，同時(shí)因溫度較低，蒸發(fā)蒸騰作用較弱，所以土壤剖面的含水率變化幅度大。由表2可知在整個(gè)冬小麥實(shí)驗(yàn)期，灌后土壤含水量均大于灌溉前，包氣帶水分的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，發(fā)生水分滯留，尤其在300 cm以下滯留明顯。

圖3夏玉米(a)、冬小麥(b)試驗(yàn)期水勢(shì)梯度變化

Fig.3The water potential gradients of summer corn (a) and winter wheat (b) during the experiment periods

灌后包氣帶水勢(shì)變化特征見(jiàn)圖3，圖3(a)表明：夏玉米表層土壤在灌溉和降雨的補(bǔ)給下，水分由上而下運(yùn)動(dòng)，屬于入滲型，而進(jìn)水流量較小的降雨更易入滲；在沒(méi)有水分補(bǔ)給時(shí)，水頭梯度減小至負(fù)值，此時(shí)水分由下而上運(yùn)動(dòng)，屬于蒸發(fā)型。試驗(yàn)期內(nèi)深層土壤水勢(shì)梯度變化較大，水分皆由上而下運(yùn)動(dòng)。由圖3(b)可知，冬小麥在70～150 cm土壤吸水能力較強(qiáng)，且到第6天150 cm處土壤仍有 ，表明進(jìn)水流量較小，歷時(shí)長(zhǎng)使灌溉水更易入滲，對(duì)灌溉水的持續(xù)響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。

上述現(xiàn)象表明，灌水量、灌溉進(jìn)水流量、灌溉歷時(shí)、以及地表積水灌溉、作物的蒸發(fā)和蒸騰都會(huì)影響包氣帶水分的運(yùn)移和滯留過(guò)程，從根層以下深度看，灌溉量與灌溉流量是決定水分深部運(yùn)移的關(guān)鍵因素，灌溉歷時(shí)長(zhǎng)、灌溉進(jìn)水流量低，灌溉水充分入滲，灌溉更有效，水分在包氣帶滯留響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。

2.4土壤水分收支平衡

應(yīng)用水量平衡方程計(jì)算土體內(nèi)土壤水儲(chǔ)量的變化，表3、表4分別表示夏玉米和冬小麥試驗(yàn)期內(nèi)土壤水分收支平衡計(jì)算結(jié)果。水量平衡方程[14]可表示為：

ΔW=P+I-ETa-D600

(9)

式中，ΔW為600cm土體內(nèi)土壤水儲(chǔ)量的變化(mm)；P為降水量(mm)；I為灌溉量(mm)；ETa為實(shí)際蒸散量(mm)；D600為計(jì)算時(shí)段內(nèi)600cm深處土壤水滲漏量(mm)。

根據(jù)田間觀測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算600 cm土體內(nèi)土壤水儲(chǔ)量的變化，與HYDRUS-1D模型計(jì)算結(jié)果比較可知，兩種方法計(jì)算的土壤水儲(chǔ)量的變化值非常接近，這進(jìn)一步證明HYDRUS-1D模型計(jì)算土壤水滲漏量的可靠性，模型選用的參數(shù)較準(zhǔn)確。

兩次試驗(yàn)各層的初始含水量值變化不大，由于灌水總量不同，所以采用百分比比較。對(duì)比表3、表4得：夏玉米模擬期剖面底部下邊界每日滲漏量較大，最大達(dá)7.96 mm，滲漏量占地表總?cè)胨康?4.88%；而冬小麥底部每日滲漏量較小，最大為0.297 mm，滲漏量占地表總?cè)胨康?.29%。夏玉米和冬小麥試驗(yàn)期蒸發(fā)蒸騰量占地表總?cè)胨康谋壤謩e為32.32%和27.33%，棵間蒸發(fā)量占蒸發(fā)蒸騰量的比例分別為18.15%和16.92%，土壤水分滯留比例分別為42.8%和70.38%。表明冬小麥蒸發(fā)蒸騰量及底部滲漏量皆小于夏玉米，而水分滯留量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于夏玉米，且水分滯留時(shí)間長(zhǎng)，表明灌水量和進(jìn)水流量對(duì)水分下移和滯留有明顯的影響。

3　結(jié)　論

1) 夏玉米與冬小麥的底部滲漏量占地表總?cè)胨糠謩e為24.88%、2.29%，土壤水分滯留比例分別為42.8%和70.38%，表明灌溉歷時(shí)長(zhǎng)、灌溉進(jìn)水流量低，灌溉水充分入滲，灌溉更有效，水分在包氣帶滯留時(shí)間長(zhǎng)，下滲量小，對(duì)地下水的補(bǔ)給比例小，同時(shí)灌水量和歷時(shí)可使土壤含水量對(duì)作物產(chǎn)生脅迫作用。

表3　夏玉米試驗(yàn)期內(nèi)土壤水分收支平衡計(jì)算結(jié)果/(mm·d-1)

注：+表示流入，-表示流出。下同。

Note: + inflow, - outflow. The same below.

表4　冬小麥試驗(yàn)期內(nèi)土壤水分收支平衡計(jì)算結(jié)果/(mm·d-1)

2) 夏玉米和冬小麥試驗(yàn)期內(nèi)蒸發(fā)蒸騰量占地表總?cè)胨康谋壤謩e為32.32%和27.33%，棵間蒸發(fā)量占蒸發(fā)蒸騰量的比例分別為18.15%和16.92%，夏玉米蒸發(fā)蒸騰量大于冬小麥，溫度、濕度以及作物根系和葉面積都影響著蒸發(fā)蒸騰量。

3) 本次試驗(yàn)表明，不同的地表灌水流量和歷時(shí)對(duì)包氣帶水分滯留與運(yùn)移影響較大，對(duì)地下水影響明顯不同，這些運(yùn)移方式會(huì)對(duì)溶質(zhì)在包氣帶的運(yùn)移，以及地下水環(huán)境產(chǎn)生影響。

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Research on impact process of irrigation amount on moisture migration and retention in vadose zone

LIU Xiu-hua1,2, WANG Rui1

(1.College of Environmental Science and Engineering, Chang’an University, Xi'an, Shaanxi 710054, China;2.KeyLaboratoryofSubsurfaceHydrologyandEcologicalEffectinAridRegionofMinistryofEducation,Chang'anUniversity,Xi'an,Shaanxi710054,China)

In vadose zone, soil water is the key factor supporting vegetation growth, the connection between surface water and groundwater, and the important water source for groundwater recharge. In order to understand the impact process of moisture migration and retention by surface irrigation amount and duration in the vadose zone, field irrigation experiments were conducted on the summer corn and winter wheat in the Jinghuiqu Experimental Station. By sample collection and moisture determination using Hydrus-1D model, the process of soil moisture migration and retention at underground 0～6 m depth was simulated, and the water balance was analyzed quantitatively. The results showed that different irrigation amounts, influent flows, and durations caused obvious changes of soil moisture migration and retention in the vadose zone. In the corn test, big influent flow and rapid irrigation were adopted, and there were large amount of seepage at the bottom of boundary, accounted for 24.88% of the total infiltrated water. In the winter wheat test, small irrigation flow and long duration were used and the leakage quantity at the bottom was small, accounted for 2.29% of the surface irrigation quantity. The winter wheat test had a much longer moisture retention time than the core one. The evapotranspiration during summer corn experiment period was greater than that during the winter wheat, accounted for 32.32% and 27.33% of the infiltrated water, respectively, and 18.15% and 16.92% of the evapotranspiration, respectively. The soil water retention ratios during the summer corn and winter wheat experiment periods were 42.8% and 70.38%, respectively. Thus, this indicates that in vadose zone the irrigation influent flow and duration time are the key factors leading the soil water retention and entry into the groundwater.

border irrigation; moisture migration and retention; Hydrus-1D model; soil water balance; leakage; evaporation; transpiration

1000-7601(2016)05-0262-07

10.7606/j.issn.1000-7601.2016.05.40

2015-10-18

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41273104)；陜西省自然基金(2012K12-03-06)；高等學(xué)校學(xué)科創(chuàng)新引智計(jì)劃(111計(jì)劃)資助項(xiàng)目(B08039)

劉秀花(1968—)，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事水文地球化學(xué)研究。E-mail：liuxh68@chd.edu.cn。

S274.1

A