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基于人工降水模拟的不同灌溉方式下土壤水分入渗万爽+何俊仕+付玉娟+杨钦摘要：针对半干旱地区水资源以及灌溉方式问题，通过人工降水模拟结合正交试验的方法，对不同灌溉方式下土壤水分入渗进行研究，设置了漫灌、沟灌、膜下滴灌3种不同灌溉方式，田间持水率的50%、60%、70%3种不同土壤初始含水率，10、20、30mm/h3种不同降水强度进行正交试验。结果表明，降水强度对土壤含水率的变化速率影响最大，降水强度越大，土壤含水率的变化值越大，且不同时间影响程度不同；在同一降水强度下，随着土壤初始含水率的增加，土壤的入渗越慢；不同灌溉方式比较的结果表明，膜下滴灌的膜外入渗最快。研究结果为揭示灌水方式对土壤入渗的影响，为研究土壤水运移和地下水入渗补给提供了参考。关键词：降水模拟；正交试验；灌溉方式；土壤水分入渗中图分类号：S275文献标志码：A文章编号：1002-1302（2016）04-0401-04在半干旱地区由于降水不足，水资源短缺，因此需要充分利用雨水资源，而减少地表径流、增加降水的入渗率则是提高降水利用率的有效途径[1]。土壤水是联系降水、地表水和地下水的重要环节，研究土壤水分与降水之间的关系对解释降水径流产生机制，以及土壤水分再分布、土壤水分运移、对地下水的补给研究都有着重要的作用[2]。降水（灌溉水）入渗补给受到很多因素的影响，如植被、土壤性质、土壤前期含水量、降水强度、降水历时以及地下水埋深等都会影响土壤水的下渗以及下渗率[3-4]。土壤入渗性能对于水资源高效利用、农业灌溉和水文环境等具有重要的意义[5]。土壤水分入渗是水分在土壤内部分布的一个动态过程，因此，土壤初始含水率的变化必然影响土壤入渗过程。刘汗等研究表明，土壤的入渗性能随着降水强度和初始含水率的增加而降低[6]；刘目兴等研究表明，随着土壤初始含水率的增大，林地和草地下土壤初始入渗率减小，入渗趋于稳定所需时间缩短，累积入渗量和稳定入渗率增大[7]。吴发启等研究表明，土壤稳渗速率与降水强度呈幂函数关系，随着含水率的增加，土壤入渗速率减小；随着时间的延续，含水率对入渗的影响变小到可以忽略[8]。王国梁等研究表明，不同土地利用方式对土壤含水率有不同的影响[9]。刘宏伟等研究了湿润地区的土壤水分，并探讨了其对降水的相应模式[10]。李裕元等也证明了入渗率与降水历时也呈幂函数关系[11]。郝芳华等研究表明，土壤水动态与灌溉或降水关系密切[12]。本试验采用人工降水法研究土壤水入渗变化，通过降水模拟器模拟天然降水[13-15]，为揭示灌水方式对土壤入渗的影响效应、寻求增加和减少降水入渗的临界控制条件以及为得到土壤水运移和地下水入渗补给的规律提供参考。本研究采用正交试验设计，找出最优的水平组合，通过试验结果分析，了解全面试验的情况[16]。1材料与方法1.1试验实施试验设在辽宁省朝阳市建平县灌溉试验站，该站位于119°18′36″E、41°47′18″N，建平县属于干旱半干旱过渡带季风性大陆性气候，全县多年平均降水量438.3mm，年内降水变化较大且分布不均，降水多集中在6—8月，多年平均蒸发量为1850～2200mm；多年平均径流深50～81mm，多年平均气温6.7～10.0℃。本试验在测坑进行，每个测坑长2.0m、宽2.5m、深2.0m，采用C25钢筋混凝土整体浇注。测坑之间用8mm厚的钢板隔开，并高出地面0.15m，以防止小区径流流出及区外径流流入。测坑内铺设0.5m的滤层，中间设出水口，出水口外放置1个直径0.3m、高0.4m测定指标的径流桶，用以收集径流。小区上方有遮雨棚可以避免降水对试验的影响。1.2试验设计为了研究不同的灌溉方式（裸地漫灌、沟灌、膜下滴灌）、初始含水率、降水强度对水分运动的影响，本试验设置3个变量，分别为灌溉方式、初始含水率、降水强度。灌溉方式选取裸地漫灌、沟灌、膜下滴灌；初始含水率选取田间持水量（21%）的50%、60%、70%；降水强度选取10、20、30mm/h。灌溉方式、初始含水率与降水强度各设3个水平，试验选取3因素3水平正交，试验因素与水平见表1，试验分组的具体参数见表2，试验组示意见图1。1.3仪器与设备降水模拟系统采用QYJY-5O1便携式野外模拟降水器，它主要由供水系统、降水系统、动力系统3大部分组成。降水模拟器的降水量、雨型、降水强度可通过选定喷头（大雨、中雨、小雨）调节供水压力来完成。含水率数据采集采用HOBOU30NRC数据采集器（10个智能数字通道接口，15个数据通道，10A·h蓄电池）SoilMoisture-10HS土壤水分传感器，5m缆线。尺寸：160mm×32mm×2.0mm，测量范围：0～57%土壤体积含水率，可测盐土。测量体积1L。2结果与分析本试验首先采集降水过程中不同深度、不同位置的土壤含水率，然后选取某一位置、