犁底层是由于长期耕作受到犁的挤压以及降水时黏粒随水沉积而形成,其结构多半为片状结构或大块状结构,容重大,总孔隙度小,透水率很弱。对于耕作土壤来说,具有适当厚度的犁底层对农业的发展是有一定好处的,它可以起到保水保肥的作用。然而过厚的犁底层阻碍了土层之间水分的传递与补给,影响着土壤水分的运动与分布,给作物的生长环境带来消极影响。近年来,由于农业耕作措施的不合理,犁底层普遍存在于耕作土壤中。同时,随着近年来全球气温逐渐升高,导致极端性天气出现的概率逐渐增大,传统的大气降雨格局也发生了改变,短暂而强烈的降雨特点表现得十分突出。特别是在我国半干旱、干旱地区,极端的大气降雨增大了地表径流,从而造成了更多的洪涝灾害、土壤侵蚀、农田养分流失等一系列农业生态环境安全问题。因此,探究耕作层—犁底层的土壤水文特性与水文过程,对农田土壤水力特性、农业水资源的高效利用、极端气候下农业生产的有效应对等具有重要意义。本文在山西省内采集各种典型耕作土壤类型的耕作层、犁底层土壤作为供试土壤,筛选出16种能够满足全部土壤理化性质范围的土壤进行土壤水分特征曲线的测定,采用回归统计方法建立了各种土壤理化性质决定下的土壤水分特征曲线多元非线性预测模型。以各采样点的预测土壤水分特征曲线作为研究基础,根据基质势临界值估算出土壤水分常数与土壤有效水量;结合RETC软件拟合van Genuchten模型中土壤水力参数（6、9）值,基于Hydrus-1d数值模型模拟出耕作层—犁底层土壤入渗性能与不同降雨强度情境设定下的降雨产流过程。最后利用地统计学定性定量地预测了山西省耕作层—犁底层土壤水文特性与水文过程的空间分布特征与趋势变化。研究结果表明:1.所建土壤水分特征曲线预测模型决定系数为0.740,通过了F检验与t检验。建模样本、验证样本的相对误差平均值分别为14.460%、13.237%,均为10%左右。预测值与实测值的RMSE值为0.67。通过虚拟仿真模拟的方法定量表示了预测模型中土壤容重、质地、有机质质量分数变化下的土壤水分特征曲线。2.通过预测模型估算的各层土壤田间持水量与凋萎系数值,采用普通克里金法对样点进行空间插值,结果呈现出区域的整体变化趋势,由山西省东南方向到西北方向逐渐递减。耕作土壤的田间持水量与土壤有效含水率值在不同层次下差异极显著（p<0.05）,其中犁底层田间持水量的平均数值明显小于表层。山西省西部地区犁底层土壤有较大的潜在有效土壤蓄水量。3.以武乡县采样点为例,在耕作层-犁底层定水头入渗过程中,随着水分在耕作层与犁底层中的逐渐迁移,土壤含水率上升速率逐渐减缓。犁底层湿润锋前进速率为0.066cm/h,远远小于耕作层湿润锋运移速率2.477cm/h。入渗初始时刻入渗率极大,最大值达到1.32cm/h,之后在不均匀剖面的作用下入渗率产生多层次交互影响,土层各个深度的入渗率逐渐趋于一致,并在入渗结束时刻剖面达到稳定入渗率0.02cm/h。4.山西省耕作土壤的耕作层-犁底层不均匀土层稳定入渗能力由西北至东南方向呈现出区域递减的趋势,变异系数为235.71%（高度不稳定）。各类耕作土壤类型中,耕作层—犁底层土层稳定入渗能力的大小排序依次为栗褐土>栗钙土>褐土=初育土>潮土,最大值为4.421cm/h,最小值为0.02cm/h。5.山西省降雨产流模拟空间插值结果直接受到降雨强度的影响,并且在四种降雨强度下具有相似的空间分布特征,径流量由东北至西南方向逐渐递增。各类耕作土壤类型中,四种降雨强度下褐土的耕作层—犁底层土层产流结果相对于其余类型的耕作土壤而言效果最好,而潮土最差。