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本文在对国内外SPAC水分传输动力学机制与模拟研究现状及存在问题进行分析和总结的基础上,以紫花苜蓿为试验材料,采用自动气象站、管式TDR仪、PSYPRO型露点水势仪、SL4-1LMonitor型植物茎流计、PAR-80型冠层仪等先进的仪器和定量模拟方法,于2006～2007年在毛乌素沙地水利部牧区水利科学研究所节水灌溉实验站,对浅地下水埋深条件下人工苜蓿地土壤水分运动、根系吸水、苜蓿茎流、蒸散过程等方面进行了系统的试验研究和定量模拟,取得了如下一些主要成果:(1)土壤水分特征曲线在低吸力范围(<0.1MPa)内变化迅速,土壤容积含水量由饱和值迅速降低至10%左右;而在中吸力段,曲线趋于平缓,接近直线。土壤吸持的水分对植物的有效性,不在于含水量的高低,而在于吸水力的大小。对有效水下限,人们有一致的认识,多数学者确定为1.5Mpa,而对有效水上限(即田间持水量)的报告则很不一致。根据实验测定数据,本文采用0.01MPa作为有效水上限。(2)SPAC中各部分水势关系。时间上,土壤基质势的日变幅较小,紫花苜蓿叶水势和大气水势的日变幅较大,且土壤基质势远大于大气水势和紫花苜蓿叶水势,至少相差1～3个数量级。在空间上,大气水势远大于紫花苜蓿叶水势,而紫花苜蓿叶水势大于土壤基质势,在SPAC系统中正是因为存在这种水势差,才使水分运动有了驱动力。(3)毛乌素沙地人工草地基于水分运移的SPAC模型综合考虑了土壤水分动态、根系吸水、棵间蒸发和作物冠层水分运移几个子系统,应用该模型可以分析毛乌素沙地以紫花苜蓿为代表的人工草地土壤含水量在某一天不同土壤深度的动态变化和模拟一段时期人工草地土壤各剖面层的水分含量变化情况;可以分析紫花苜蓿蒸散耗水规律;还可以通过模型分析地下水位变化对紫花苜蓿生长状况的影响,得到苜蓿生长的“理想”地下水埋深。