毛乌素沙地位于中国西北半干旱地区，气候干旱，降水稀少，地下水埋深浅，生态环境脆弱。研究区位于毛乌素沙地海流兔河流域，当地农业、牧业和矿业发达，而水资源的短缺成为了制约经济发展的重要障碍。本文以原位试验为中心，结合Hydrus-1D软件利用数值模拟方法研究毛乌素沙地农田水分动态变化规律和水分通量。通过研究2011年和2012年春玉米生长过程中农田水循环各水分通量的联系、变化和特征，了解研究区农田水分利用和动态变化情况，揭示农作物的耗水机理，以期为当地农业生产提供指导。通过原位试验和数值模拟发现：研究点地下水埋深在55.6-130cm之间，地下水与耕作层之间存在明显水力联系，并且与地下水位以上50-60cm处土层含水率相关性最强。玉米根系的主要活动层在50cm深以上，根系吸水主要集中在20cm深附近。玉米棵间蒸发的水分主要来源于40cm深度以上土层，少量来自于深层土壤和地下水，而蒸腾所耗水量有很大一部分来源于深部土层以及地下水。在春玉米生长过程中出现的零通量面与地下水位埋深、玉米生长发育和降水灌溉有关。玉米的蒸腾蒸发作用在每个生长期是不同的，在玉米生长迟缓的初期和后期，蒸发比例大于玉米快速发育阶段的蒸发比例，但是在玉米快速发育时期，蒸腾作用逐渐增强。土壤水分含量也随时间出现不同剧烈程度的变化，从春玉米的苗期至蜡熟期，土壤水分变化经历了缓慢—剧烈—缓慢的过程，并在30-40cm深处出现了一个相对干燥的土层。土壤层中10cm、20cm深处水分消耗最快，当10cm深处土水势值低于-0.15bar时会发生根系提水现象。2011年玉米全生育期的蒸腾蒸发总量为580.32mm，地下水对玉米生长的水分贡献量为220.09mm，蒸发占蒸腾蒸发的比例为31%。2012年玉米全生育期的蒸腾蒸发总量为411.7mm，地下水的贡献量为33.7mm，蒸发占蒸腾蒸发的比例为38.23%。受气象因素和作物生长的影响，2011年和2012年的蒸腾蒸发总量有很大差异，各气象因子对造成这种差异的影响程度为风速>空气相对湿度>净辐射≈日最高温>日最低温。当前的灌水量会造成深层渗漏，为了节水灌溉，可将灌溉量减少为原水量的72%。在2011年气象和玉米生长条件下，通过Hydrus-1D推测出，随地下水位的下降，作物对地下水的利用量减少，灌溉量增加。当地下水位下降到埋深为147cm的时候，玉米生长将不再利用地下水，而此时的灌溉量也达到最大。