黃土高原半干旱區(qū)降雨入滲試驗研究

白盛元，汪有科,2，馬建鵬，汪　星，周玉紅

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院， 陜西 楊凌 712100； 2.國家節(jié)水灌溉楊凌工程技術(shù)研究中心， 陜西 楊凌 712100;

3.中國科學(xué)院教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心， 陜西 楊凌 712100)

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黃土高原半干旱區(qū)降雨入滲試驗研究

白盛元1，汪有科1,2，馬建鵬3，汪星1，周玉紅1

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院， 陜西 楊凌 712100； 2.國家節(jié)水灌溉楊凌工程技術(shù)研究中心， 陜西 楊凌 712100;

3.中國科學(xué)院教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心， 陜西 楊凌 712100)

摘要：黃土高原地區(qū)地下水資源缺乏，降雨是土壤水的唯一補給來源。為研究降雨補給地下水過程，在黃土丘陵半干旱區(qū)的米脂試驗站，對野外10 m土柱土壤水分進行了定位觀測，分析自然降雨下土壤水分入滲深度和補給量。結(jié)果表明：自動監(jiān)測顯示單次降雨量為5.2 mm(小雨)時，11 h后入滲達到最大深度0.3 m，此深度以下幾乎沒有變化；單次降雨量為15.8 mm(中雨)時，4 d內(nèi)影響深度可達0.6 m；單次降雨量為33.6 mm(大雨)時，8 d內(nèi)1.2 m處土壤含水量增長明顯，1.4 m以下沒有變化。水分循環(huán)主要在0.8 m以內(nèi)的蒸發(fā)帶，該層土壤水分易被蒸發(fā)，0.8 m以下隨著深度增加，土體含水率變化逐漸滯后，增幅逐漸減小。受多種因素影響，入滲過程持續(xù)時間不一。覆蓋處理觀測期土壤水分補給量顯示：覆膜>石子>樹枝>裸地，補給量與降雨量呈線性關(guān)系，覆膜補給量上升最大。

關(guān)鍵詞：降雨；土壤水；入滲；補給；覆蓋

黃土高原地區(qū)地下水埋藏深，灌溉水源貧乏，自然降雨補給是土壤水的主要來源。嚴(yán)重的土壤侵蝕和頻繁干旱并存，如何增加降雨入滲、合理利用土壤水資源是該地區(qū)生態(tài)環(huán)境建設(shè)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵[1-2]。目前，學(xué)者們針對降雨土壤水的入滲進行了一系列研究，并取得了豐富成果。李毅等[3]在人工模擬降雨條件下，進行了間歇降雨和多場次降雨黃土坡面土壤水分入滲研究，結(jié)果表明在外部條件(如雨強、土壤質(zhì)地、間歇歷時、容重等)一致時，土壤入滲率的大小主要受土表含水量的影響。蔣定生等[4]、楊文治等[1]報道了黃土高原土壤水分入滲速率的水平與垂直變化規(guī)律。劉戰(zhàn)東等[5]在模擬降雨下，對麥田土壤剖面水分變化及入滲量進行了分析研究。郭忠升等[6]采用中子管研究了檸條林降雨入滲深度及入滲量。陳洪松等[7]利用室內(nèi)人工降雨試驗研究了土壤初始含水率對坡面降雨入滲、濕潤鋒運移及土壤水分再分布規(guī)律的影響。劉汗等[8]采用徑流-入流-出流法和雙環(huán)入滲法研究了初始含水率和降雨強度對土壤入滲性能的影響。宋亞新等[9]分析了灌溉條件下入滲補給過程的基本特征。徐學(xué)選[10]等對黃土土柱的優(yōu)先流進行了分析，探討了雨水補給地下水的主要機制。李貴玉[11]研究了黃土丘陵區(qū)不同地類土壤的入滲性能，認為表層土入滲能力的提高對整個土壤入滲能力的提高至關(guān)重要。張常亮等[12]、李萍等[13]使用自動監(jiān)測系統(tǒng)對10 m深黃土水分遷移規(guī)律進行了研究，雷廷武等[14]探討了坡地土壤入滲量的測定方法,王孟本等[15]、黃明斌[16]、李玉山等[17]研究了林地最大入滲深度。自然降雨下土壤水補給量主要受雨量、歷時等因素影響[18]。

一直以來,土壤水分入滲都是學(xué)者們研究的熱點問題,微觀尺度的降雨入滲大都集中在室內(nèi)模擬研究，而野外條件下微觀尺度的降雨入滲研究較少。本研究所采用的野外大型土柱，通過防水薄膜對土柱邊壁襯砌，避免周圍根系消耗土壤水分，對土壤水分進行定位觀測，并從降雨的時效性等方面分析土壤水入滲過程，以便了解黃土高原區(qū)土壤水分補給、存儲規(guī)律，為提高降雨利用效率，改善生態(tài)環(huán)境提供依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗設(shè)計

試驗區(qū)選擇在陜北米脂縣銀州鎮(zhèn)(109.47°E，37.18°N)遠志山紅棗栽培試驗基地進行，該區(qū)域?qū)儆诘湫偷狞S土丘陵溝壑區(qū)，位于黃土高原水蝕風(fēng)蝕交錯帶上，年平均溫度為8.8℃，≥10℃積溫3 281℃，日照時數(shù)為2 372.7 h，無霜期160～170 d。年平均降雨量451.6 mm，最大年降雨量704.8 mm,最小年降雨量186.1 mm。試驗地為一水平階地，土壤為黃綿土，剖面發(fā)育不明顯，土質(zhì)均一, 滲透性能良好，土壤容重為1.2～1.35 g·cm-3，pH為8.6，海拔高度約900 m。試驗小區(qū)為8個直徑0.8 m、深10 m土柱，間距1.6 m，土柱均為人工開挖后內(nèi)壁用防水塑料膜與周圍土層隔開，避免水分向土柱內(nèi)擴散和周圍植被根系對水分的影響，回填時每隔0.5 m踩實一次，確保土壤的密實度，上邊界為20 cm高混凝土井圈，8個土柱分別設(shè)置為2個D1(石子)、2個D2(樹枝)、2個P(薄膜)、一個T(裸地)和一個A(自動監(jiān)測)處理，石子、樹枝、薄膜、裸地等處理土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)由中子水分儀測得，自動監(jiān)測處理由CS650型土壤水分探頭測得。石子、樹枝的覆蓋層厚度均為30 cm。

1.2試驗方法

氣象資料來源于BLJW-4小型氣象站,海拔890 m。實驗地在氣象站西南,相距50 m。野外測定項目包括降雨量、土壤水分。水分測定分中子儀和自動監(jiān)測兩種。中子水分儀測定法：在每個土柱中央安置長10 m中子儀鋁合金套管，采用CNC100型智能中子水分儀測定剖面土壤水分。測定前對中子儀進行了標(biāo)定，標(biāo)定方程為：y=73.533x+103.33。測定時，每20 cm記錄一次，測定深度為0～10 m。使用中子水分儀對土壤水分進行定期觀測，從5月中旬開始，每隔10 d測定一次。自動監(jiān)測法：在土柱內(nèi)埋設(shè)cs650型土壤水分探頭，其工作原理是通過測量土壤的介電常數(shù)得到土壤體積含水率。量程為：5%～50%，體積含水量精密度：<0.05%，傳感體積：7 800 cm3，較大的傳感體積可以提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。考慮到水分下滲后上部土層的含水率變化較下部明顯，故按上密下疏的原則布置水分探頭。從地表以下0.1 m開始，1 m內(nèi)間距為0.1 m，1～3 m內(nèi)間距為0.2 m，3～6 m內(nèi)間距0.5 m，6～10 m內(nèi)間距1 m，共計30個水分探頭，布置如圖1，由CR1000數(shù)據(jù)采集器每隔30 min記錄一次數(shù)據(jù)。

2結(jié)果與分析

2.1自動監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性分析

為檢驗土壤水分計的精確度，在試驗布設(shè)完一周后，按照水分探針埋設(shè)規(guī)則進行鋁盒及裝袋取土，用烘干法測定質(zhì)量含水率和容重，換算出體積含水率，此時水分計讀取的數(shù)據(jù)表示如圖2。由結(jié)果可見，兩種方法測定的含水率隨深度變化趨勢基本一致，其擬合方程為：y=1.039x-1.901(R2=0.988)，可見水分計測得數(shù)據(jù)與土壤水分分布具有相同規(guī)律，試驗中自動監(jiān)測的真實數(shù)據(jù)由該方程換算得出。水分計測量數(shù)值小于烘干法，可能是由于土壤的相對介電常數(shù)不僅與水分含量有關(guān)，亦與水分子的存在形態(tài)有關(guān)。從兩條曲線總的趨勢可以看出含水率隨深度的變化特點，1.2 m以內(nèi)土層含水率高，平均

圖1　土壤水分計布置

圖2兩種方法測得的土體含水率

Fig.2Soil moisture levels measured by two methods

體積含水率為17.6%，該部分土壤中水分波動較大，這是間歇性降雨和蒸發(fā)的結(jié)果，試驗布設(shè)完成后試驗區(qū)即經(jīng)歷了一場較大強度降雨，土柱內(nèi)土體初始含水率較低，從深層土壤含水率也可以看出，1.2～10 m土層平均體積含水率僅為6.8%，未受本次降雨影響，而1.2 m以上土體由于此次降雨形成了一個浸潤帶，浸潤帶下移的同時，也有一部分水分通過蒸發(fā)外排，形成水分在垂向不均勻的特點。

2.2典型降雨與入滲時效性

天然狀態(tài)下土壤水分入滲深度與立地條件(土壤質(zhì)地和結(jié)構(gòu)等)、降雨強度以及降雨量有關(guān)。在易變的環(huán)境中(立地條件確定)，天然狀態(tài)下土壤水分入滲取決于降雨強度和降雨歷時。通過對不同時間段剖面土壤水分狀況的觀測和分析，可以確定一定時期內(nèi)土壤入滲深度。降雨過后，在土壤剖面的上土層易形成“高含水”土層。這個“高含水”土層的土壤水分運動表現(xiàn)為兩種相反方向的變化：一方面由于表土蒸發(fā)使該土層的土壤含水量逐步下降。與此同時，在高含水土層的下部分(濕潤鋒前沿)，土壤含水量和水勢較高，而下部相鄰的較深土層土壤含水量和水勢較低,水勢差引起土壤水分的下移，使較深層次土壤含水量逐漸升高，濕潤鋒下移，入滲深度增加。依據(jù)中國氣象局資料：日降雨量在10.0 mm 以下稱為小雨，10.0～24.9 mm為中雨，25.0～49.9 mm為大雨。試驗選取了能代表三種不同強度的單次降雨進行了分析，且降雨前一定時期內(nèi)無降雨發(fā)生，以保證初始土壤為干燥狀態(tài)，數(shù)據(jù)來源于試驗地小型氣象站，分別為8月17日降雨量為5.2 mm，8月27日為15.8 mm，9月16-17日為33.6 mm。土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)來源于自動監(jiān)測系統(tǒng)，8月17日的小雨持續(xù)了約1個小時，土壤水分?jǐn)?shù)據(jù)表示如圖3(c)，表層10 cm土層處水分從16.3%上升到了最大17.2%，之后開始降低，0.2 m處水分波動幅度僅有0.2%，0.3 m處有微弱變化，以下未發(fā)生變化，說明小雨只能引起表層土壤水分的短暫上升，而在地表空氣流動或日照下迅速散失。8月27日的中雨從下午17:30開始持續(xù)了約2個半小時，自動監(jiān)測裝置記錄的每天早上10:00數(shù)據(jù)表示如圖3(a)，降雨后第二天，0.2 m內(nèi)土層水分快速上升，0.3～0.4 m在緩慢增長，0.5 m以下保持平衡。48小時后，表層水分由于蒸發(fā)作用，呈直線下降，而此時0.6 m水分才開始緩慢增加，并在120小時后達到最大值17.7%，較降雨前增加了0.3%，0.7 m以下水分未發(fā)生變化，可見此次中雨影響深度達到了0.6 m。9月16、17日連續(xù)兩天降了一場大雨，由于此次雨后第八天再次出現(xiàn)降雨天氣，為避免受到影響，選取了8天的試驗數(shù)據(jù)進行分析，表示如圖3(b)。此次降雨前讀取的數(shù)據(jù)顯示0.4 m處水分最高達到了18.4%，這是由于本次降雨前的一段時間內(nèi)無有效降雨，氣溫較高，表層土壤水通過蒸發(fā)排泄作用散失，可見此時蒸發(fā)作用層在0.4 m左右，而0.4 m以下水分按

圖3典型降雨土壤水分變化

Fig.3Variations in soil moisture under the typical rainfall

照深度呈遞減趨勢。圖3(b)中降雨過后，影響范圍內(nèi)土體含水率驟升，越向深部越緩，第二天0.2 m處含水率增加值達到了4.6%，0.4～0.6 m范圍有明顯的上升趨勢，0.8 m處有微弱上升，而0.8 m以下幾乎不變。隨著時間的推移，在蒸發(fā)及入滲的共同作用下發(fā)散型零通量面快速形成，零通量面以上水分向上移動，以下水分向下移動，表現(xiàn)為雨后第三天0.4 m深度處水分減小，而0.6 m處仍在緩慢上升，說明此時零通量面處于0.4～0.6 m間，隨著零通量面的下移，入滲深度不斷增加，在雨后第五天1.2 m處水分開始微弱上升，1.4 m以下幾乎沒有變化，而在雨后的第八天1.2 m處土壤水分較降雨前增加了1.3%，且還有可能繼續(xù)下滲。

2.3逐月降雨與入滲剖面特征

自動監(jiān)測系統(tǒng)采集了2014年6月22日至2014年10月22日的數(shù)據(jù)，月尺度入滲表示如圖4。米脂年降雨量分布不均勻，降雨主要集中在每年的7、8、9三個月，圖中各時間段降雨總量為：6月22日—7月22日為153.2 mm，7月23日—8月22日為51 mm，8月23日—9月22日為104 mm，9月23日—10月22為33 mm。

圖4月土壤水分變化

Fig.4Monthly changes in soil moisture

從圖4中可以看出，0.8 m內(nèi)土層水分大小表現(xiàn)出了與降雨量多少的一致性，土壤含水量和降雨量呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，即降雨量越大含水量越高，而0.8 m以下土層水分含量持續(xù)增加，即使降雨量較小，仍然表現(xiàn)出入滲趨勢，說明水分循環(huán)發(fā)生在0.8 m內(nèi)土體，循環(huán)層以下土體不受蒸發(fā)作用影響，濕潤峰越過該層后不斷下移，濕潤下層土壤，入滲深度不斷增加。事實上，循環(huán)層的深度與前期次降雨量、降雨持續(xù)時間和降雨周期(降雨間隔)都有關(guān)系，這一深度具有特定性。本研究中0.8 m這一深度代表的是試驗觀測期內(nèi)得出的初步結(jié)論，還需要有后續(xù)觀測來確定其深度變化規(guī)律。6月22日數(shù)據(jù)為試驗布設(shè)完成當(dāng)天水分探針?biāo)桑捎谕林靥钔两?jīng)過了均勻摻混，其垂向水分分布表現(xiàn)出了均一的特點，含水率為5%左右。6月22至7月22日期間試驗區(qū)出現(xiàn)了連續(xù)多場次的強降雨，尤其7月中旬更是出現(xiàn)了一次暴雨，兩天的降雨量達到了86.6 mm，較低的初始含水率使得這一時期濕潤鋒迅速下移到1.4 m的深度，1.4 m土體內(nèi)土壤平均含水率從5.3%增加到了17.0%；7月23至8月22期間，雖然降雨量只有51 mm，但從圖中可以看出這一階段濕潤峰仍然在快速下移，到達了2 m的深度，這可能是前一時期連續(xù)強降雨的結(jié)果，土壤水分的垂直輸送具有滯后性，在濕潤鋒推進到土壤水循環(huán)層以下后，在較長的一段時間內(nèi)深度不斷增加。之后的兩個時段濕潤鋒推進速度明顯減緩，雖然8月23至9月22日期間降雨量達到了104 mm，但從圖中可以看出入滲深度并沒有明顯增加，而在接下來的時段內(nèi)降雨量僅有33 mm，最大入滲深度仍然增加了0.2 m，這與前一時期的強降雨有很大關(guān)系，說明當(dāng)前時期的降雨不會很快補給到深層土壤，而是在較長的時間內(nèi)持續(xù)補給深層土壤，隨著深度的增加，補給作用也在減弱，至試驗觀測期結(jié)束入滲深度已達2.2 m。隨著冬季的到來，氣溫不斷下降，蒸發(fā)作用減弱，最大入滲深度可能還會繼續(xù)增加。

2.4不同覆蓋下降雨入滲補給

入滲與地表徑流密切相聯(lián), 在水文學(xué)中占有非常重要的位置，而本試驗土柱地表混凝土井圈高出覆蓋層上表面10 cm，可以認為沒有產(chǎn)流，同時井壁襯一層防水塑料，消除周圍植被根系對水分的影響，因此土柱內(nèi)水分變化只通過蒸發(fā)和入滲完成。各處理覆蓋層厚度均為30 cm，石子為直徑2 cm的均勻礫石，樹枝剪切為長10 cm的均勻段，薄膜為雙層覆蓋，上下層間距為30 cm，均開有小孔以便雨水進入。

試驗地地下水埋藏較深(超過60 m)，降水是土壤水分的唯一補給源。觀測期降雨和各處理土壤水分補給見表1。各覆蓋處理水分?jǐn)?shù)據(jù)由中子水分儀測得，選擇間隔20 d的數(shù)據(jù)計算補給量，由于6月下旬中子儀損壞，6月底數(shù)據(jù)缺失，因此該時間段跨度較大。在觀測期內(nèi)各處理均表現(xiàn)出降雨量越大，土壤水分補給量越大，如降雨量達156.8 mm的6月9日—7月23日補給量最大，而降雨量僅有11.8 mm的5月22日-6月9日補給量最小。從表中可見，5月22日—6月9日這一時期薄膜出現(xiàn)了負平衡，經(jīng)過實地檢查發(fā)現(xiàn)，是由于試驗布設(shè)問題(已完善)，下層薄膜表面部分水未進入土體，而薄膜處理的蒸發(fā)使得補給為負；樹枝覆蓋小于裸地，分析可能是在較小降雨下，水分主要被樹枝覆蓋層吸收而只有一小部分雨水進入土體。其他三個時間段補給量均表現(xiàn)為：為薄膜>石子>樹枝>裸地，不同的覆蓋模式使得降雨補給量出現(xiàn)了明顯差異，薄膜的雙層覆蓋以及不透水性明顯減小了蒸發(fā)作用，其補給量均遠大于同期其他處理；與裸地相比，石子和樹枝覆蓋土壤水分補給量均有很大的提高，尤其在6月9日—7月23日這一時期，石子補給量甚至超過了裸地的2倍。整個觀測期各處理土壤水均表現(xiàn)出正補償，薄膜最大為187.5 mm，裸地最小為67.9 mm，同期降雨量為252.6 mm，薄膜的降雨利用率達到了74.2%，而裸地為26.9%。土壤水分變化只受降雨和蒸發(fā)的影響，無植被根系吸水，推測降雨量和補給量之間具有穩(wěn)定的關(guān)系，經(jīng)過對不同時期降雨量(P)與土壤水分補給量(SWS)的統(tǒng)計分析，他們之間的關(guān)系可以擬合為：SWS=a×P+b，其數(shù)值關(guān)系見表2，可以看出均具有很強的相關(guān)性。從表中a值大小可以看出，薄膜土壤水分補給量受降雨量影響最大，而裸地最小。

表1　各處理土壤水分補給量/mm

表2　不同處理擬合關(guān)系

3結(jié)論

1) 次降雨下，不同降雨量其入滲規(guī)律不同。前期無降雨條件下，降雨量為5.2 mm(小雨)時，只能引起表層0.2 m土層內(nèi)水分的變動，以下未受影響；降雨量為15.8 mm(中雨)時，降雨后一段時間內(nèi)入滲深度達到了0.6 m； 降雨量為33.6 mm(大雨)時，影響深度可達1.2 m；隨著深度的增加，土體水分變化減小。

2) 80 cm內(nèi)土層土壤含水量與降雨量呈正相關(guān)關(guān)系，受環(huán)境影響較大。土壤水分的垂直輸送具有滯后性，其向下再分配可持續(xù)較長的時間，隨著深度的增加，補給作用減弱，至試驗觀測期結(jié)束入滲深度達到了2.2 m。

3) 各處理降雨量與補給量呈線性關(guān)系，覆膜和石子水分補給受降雨量影響最大，觀測期薄膜覆蓋補給量為187.5 mm，降雨利用率達到了74.2%，各處理土壤水分補給量表現(xiàn)出：薄膜>石子>樹枝>裸地這一規(guī)律。

4討論

本研究是在野外設(shè)置大規(guī)格土柱定位試驗觀測所得初步結(jié)果，該試驗的優(yōu)點是在野外自然環(huán)境之下完成，土柱規(guī)格較以往室內(nèi)土柱大了數(shù)倍，更能反映降雨與當(dāng)?shù)丨h(huán)境土壤的入滲規(guī)律。本研究對探索半干旱黃土區(qū)土壤干層恢復(fù)機理與技術(shù)有積極意義，但要更長時間和更多類型類似試驗才能實現(xiàn)，本論文只是一個起步。逐次降雨量與最大入滲及所需時間受多種因素的影響，本次試驗報道了相對獨立的降雨(單次降雨間隔時間較長)土壤入滲和所需時間，也就說是典型單次降雨量與入滲深度和所需時間，實際在自然條件下降雨類型較復(fù)雜都會影響入滲，這些需要更持久的觀測后分析才可得出更加全面的論斷。降雨后，在土體上部土層土壤含水量較高，形成高含水土層。一方面受表土蒸發(fā)的影響, 高含水土層的土壤含水量逐漸下降,另一方面由于上層含水量和土水勢較高，而下層含水量和土水勢較小，水勢差引起高含水土層水分的下移，入滲深度隨之逐漸加深。土體內(nèi)濕潤鋒所到之處，都會出現(xiàn)土壤含水量的突然升高，據(jù)此，我們可以通過對不同土層土壤水分動態(tài)分析，來確定土壤水分入滲深度。入滲是一個受多種因素影響的持續(xù)過程，該過程時間長短不僅受降雨量的影響，而且還會受環(huán)境溫度、有無后續(xù)降雨等因素的影響。較小的降雨在雨后的幾小時內(nèi)即蒸發(fā)散失，尤其當(dāng)雨后溫度立即回升下表現(xiàn)得更為明顯。而當(dāng)出現(xiàn)連續(xù)小雨天氣時，此時氣溫持續(xù)偏低，蒸發(fā)量較小，又有降雨不斷補給，土壤水分則會出現(xiàn)明顯補給。當(dāng)出現(xiàn)強降雨天氣時，一旦濕潤鋒越過水分循環(huán)層則會在一段時間內(nèi)表現(xiàn)出持續(xù)下滲，不斷補給深層土壤。土壤水分的垂直輸送具有滯后性，其向下再分配可持續(xù)較長的時間。尤其是出現(xiàn)連續(xù)陰雨天氣時，前一次降雨所產(chǎn)生的濕潤鋒還未消失而又出現(xiàn)一次新的降雨，新的濕潤鋒引起上層土壤水勢的升高，隨著時間的推移，新的濕潤鋒越過前一濕潤鋒繼續(xù)下移，如此持續(xù)補給深層土壤水。而隨著深度的增加，水勢逐漸減小，濕潤鋒推進能力減弱，直至消失。

致謝：對西北農(nóng)林科技大學(xué)米脂試驗站的工作人員和楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院的高志永老師在野外工作中的幫助表示衷心的感謝。

參 考 文 獻：

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Experimental study on rainfall infiltration in semiarid region of the Loess Plateau

BAI Sheng-yuan1, WANG You-ke1,2, MA Jian-peng3, WANG Xing1, ZHOU Yu-hong1

(1.CollegeofWaterResourcesandArchitectureEngineering,NorthwestA&FUniversity,Yangling,Shaanxi712100,China;2.NationalEngineeringResearchCenterforWaterSavingIrrigationatYangling,Yangling,Shaanxi712100,China;3.ResearchCenterofSoilandWaterConservationandEcologicalEnvironment,ChinesAcademyof

Sciences&MinistryofEducation,Yangling,Shaanxi712100,China)

Abstract：The water resource has becoming limited in the Loess Plateau area, and rainfall is the only supply for soil water. In order to study the process of groundwater recharging, regional observation was conducted on soil water of a soil column at 10m depth in Mizhi experimental station. Infiltration depth and amount of groundwater feed were analyzed. The results showed that that by automatic monitoring, the moisture content of soil layers within 0.3 m changed obviously eleven hours after a single precipitation reached 5.2 mm (light rain), while that below 0.3 m exhibited almost no changes. When a single precipitation was 15.8 mm (moderate rain), within four days, the resulting depth could be up to 0.6 m. When a single precipitation was 33.6 mm (heavy rain), the moisture content at 1.2 m soil layer changed obviously and that at 1.4 m became slightly increased in eight days. Water cycle was mainly conducted over 0.8 m of the evaporation zone where soil moisture became evaporated easily. With the increase of soil depth below 0.8 m, variations of moisture content were small and the amplitude level gradually went decreased. Due to influences from multiple factors, the durations of infiltration varied. During the observation period, soil moisture recharging by cover treatment showed that the resulting effects were in the order of the follows: plastic mulching>gravel>branch>bareland. The recharging under each treatment had a linear correlation with rainfall amount. The recharging reached maximum with plastic mulching.

Keywords:rainfall; soil water; infiltration; recharge; mulch

中圖分類號：S152.7

文獻標(biāo)志碼：A

作者簡介：白盛元(1989—)，男，河南泌陽人，研究生，碩士，研究方向為水資源高效利用。 E-mail：bai1989@126.com。通信作者：汪有科(1956—)，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事作物高效用水和水土保持研究。 E-mail：gjzwyk@vip.sina.com。

基金項目：國家科技支撐計劃資助項目(2011BAD29B04、2013BAD20B03)；林業(yè)公益性行業(yè)科研專項資助項目(20140470)

收稿日期：2015-05-13

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.35

文章編號：1000-7601(2016)02-0218-06