楊 霞，邵東國，徐保利

（武漢大學 水資源與水電工程科學國家重點實驗室，湖北 武漢 430072）

1 研究背景

水稻作為黑龍江省主要高產(chǎn)作物，是全省糧食穩(wěn)定與安全的重要保障基礎(chǔ)。隨著水資源短缺，季節(jié)性干旱頻繁發(fā)生等問題出現(xiàn)，用水矛盾逐漸突出，農(nóng)業(yè)用水形式嚴峻。水稻作為耗水大戶，用水量占農(nóng)業(yè)總用水量的65%以上，因此，盡可能挖掘稻田節(jié)水潛力，是降低農(nóng)業(yè)用水總量，提高灌溉用水效率的有效途徑[1］。稻田土壤水分狀況直接影響水稻作物生長發(fā)育與產(chǎn)量形成，探究土壤水分運動規(guī)律，明確稻田滲漏來源和損失對實現(xiàn)水資源高效利用具有重要意義[2-3］。

多年來，相關(guān)學者通過開展田間原位試驗監(jiān)測各水分要素變化情況，分析稻田耕作層、犁底層的入滲性能，同時探討了不同灌溉方式、土壤耕作年限等對土壤水分運動參數(shù)、稻田垂直滲漏以及作物產(chǎn)量等的影響[4-7］。由于田間試驗存在試驗周期長，監(jiān)測困難，試驗條件難以控制等問題，室內(nèi)土柱模擬試驗逐漸發(fā)展和完善，為研究土壤水分運動規(guī)律提供了有效方法：Jahanshir等[8］基于Green-Ampt方法確定了定水頭入滲條件下分層土壤的水力特性參數(shù)，分析了不同質(zhì)地土層的組合形式差異對土柱入滲性能的影響；雷廷武等[9］設(shè)計一套能夠連續(xù)測量土壤水分入滲的測試裝置，可連續(xù)觀測土壤耕作層與犁底層水分入滲速率隨時間變化規(guī)律。也有較多針對于土壤不同分層厚度、分層數(shù)量及灌溉水層條件下的土壤水分運動特征的研究[10-12］。地下水位對土壤上升毛管水運動影響也是研究土壤水分運動的一個重要部分[13］。隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，數(shù)學模擬模型如HYDRUS、SWAP、SWMS等也開始較廣泛地應用于該領(lǐng)域，為監(jiān)測土壤水分動態(tài)變化，探明水分運動路徑，研究水量平衡關(guān)系提供技術(shù)支持[14-17］。

但現(xiàn)有研究大多集中于稻田非飽和土壤的一維運動，對稻田土壤水分的二維運動過程及定量估算分層土壤滲漏量的研究較少，尤其是針對東北寒區(qū)黑土稻田研究不多。稻田土壤在干濕交替狀況下，容易形成結(jié)構(gòu)性裂縫[18］。黑土區(qū)稻田土壤分層明顯，結(jié)構(gòu)差異較大：耕作層黑土土壤黏重，往往呈現(xiàn)出土壤持水性強，含水率高的狀態(tài)；耕作層以下存在約15 cm的犁底層，其密實結(jié)構(gòu)抑制土壤水分的下滲；犁底層以下底土層為質(zhì)地松軟的黃土土壤，透水性強。層間結(jié)構(gòu)差異能夠有效抑制水分垂直滲漏，但會同時促進水分沿疏松多孔的土層以及相鄰兩層之間的結(jié)構(gòu)性孔隙側(cè)向滲流至田塊外部排水溝，形成水分流失。同時，持水性較差的底土層也會加劇土壤深層滲漏。因此，有必要對黑土區(qū)稻田分層土壤水分剖面二維運動規(guī)律尤其是水分側(cè)向滲流進行深入探究。HYDRUS-2D模型是用來模擬水分及溶質(zhì)二維運動過程，目前主要集中于研究田間溝灌、地下灌溉條件下的水分運動規(guī)律等，也有學者用以模擬渠道滲漏、溶質(zhì)運移等方面[19-21］。模型是否能夠用以模擬東北黑土區(qū)稻田水分運動特性，還有待檢驗。

本文通過設(shè)計室內(nèi)二維垂直入滲與側(cè)滲裝置，增加柱壁側(cè)滲孔，分層收集側(cè)滲水量，開展控制地表灌溉水層與地下水水位條件下的東北黑土區(qū)稻田分層土壤與均質(zhì)土壤水分二維運動試驗，基于HYDRUS-2D軟件反演土壤水分運動參數(shù)，建立稻田分層與均質(zhì)土壤水分二維運動模型；探討分層與均質(zhì)土柱入滲速率、側(cè)滲速率、垂直滲漏速率隨時間變化規(guī)律以及各土柱水量平衡關(guān)系；模擬不同情景下土壤側(cè)向滲漏，揭示稻田灌溉水層深度、犁底層厚度及地下水位對側(cè)滲輸出的影響規(guī)律。

2 試驗設(shè)計與方法

2.1 試驗裝置設(shè)計室內(nèi)試驗裝置分別由圓柱形有機玻璃柱、自動控制供排水裝置以及馬氏瓶實現(xiàn)土壤水分運動過程、恒定地下水位條件和地表灌溉水層深度控制功能，如圖1所示。

圖1 室內(nèi)二維試驗裝置示意圖（單位：cm）

有機玻璃柱分為外柱和內(nèi)柱，內(nèi)柱中裝填土壤，其柱壁打設(shè)側(cè)滲孔（孔徑及孔間距均為2 mm），觀測土壤水分側(cè)滲輸出，涉及耕作層15 cm土壤，犁底層土壤以及底土層20 cm土壤，均勻分布在距離玻璃內(nèi)柱頂部25 cm以下50 cm高度上。為實現(xiàn)分層（表1）收集側(cè)滲水，在相鄰兩層土壤的有機玻璃內(nèi)柱銜接處，安裝環(huán)形有機玻璃側(cè)滲槽，通過外接水管，收集各層側(cè)滲水量，最下層側(cè)滲水量則由內(nèi)外柱之間形成的環(huán)形區(qū)域承接并排出收集。每日收集兩次側(cè)滲水，并稱量記錄。在土柱每層土壤中部同一平面位置分別布設(shè)土壤水分探頭與土壤負壓探頭，連接外部數(shù)據(jù)采集器，實現(xiàn)土壤含水率與負壓數(shù)據(jù)動態(tài)采集與自動儲存，水分探頭試驗前與烘干法測定的含水率對比校正。有機玻璃土柱下部設(shè)有10 cm高度的供水室，保證地下水均勻上升至設(shè)定水位高度，供水室頂部側(cè)面開小孔連接軟管排除內(nèi)部空氣。土壤填充高度為90 cm，整個有機玻璃柱高度為120 cm。

2.2 供試土壤與試驗方法試驗土壤來自黑龍江省慶安灌溉試驗站稻田。根據(jù)現(xiàn)場實地觀測稻田土壤剖面，發(fā)現(xiàn)0～20 cm耕作層土壤主要為質(zhì)地黏重的黑土，其下約15 cm土壤呈黑黃色，質(zhì)地堅硬，為犁底層；犁底層以下土壤主要為黃土，結(jié)構(gòu)均勻，土質(zhì)較松軟，砂粒含量明顯增加，為底土層。本地區(qū)稻田土壤基本理化性質(zhì)平均值為：有機質(zhì)含量4.14 g/kg，pH值6.40，全氮15.06 g/kg，全磷15.23 g/kg，全鉀20.11 g/kg，堿解氮154.36 mg/kg，有效磷25.33 mg/kg和速效鉀157.25 mg/kg。

設(shè)計分層土柱和均質(zhì)土柱兩種類型開展室內(nèi)稻土二維運動試驗，相互對照分析。室內(nèi)分層土柱按照稻田實際分層順序與土層厚度裝填，均質(zhì)土柱由各層土壤按比例混合。試驗測定分層土壤與均質(zhì)土壤各層物理性質(zhì)見表1。

表1 室內(nèi)土柱土壤基本物理特性參數(shù)

試驗按照如下步驟進行：（1）將供試土壤風干后磨細過2 mm篩，并按照設(shè)計容重要求及分層情況（圖1）每次5 cm高度裝填進有機玻璃柱，并在指定土層位置安裝土壤水分探頭并連接數(shù)據(jù)采集器；（2）連接自動供排水裝置對土柱進行地下水供應并控制其埋深為60 cm（即30 cm水位條件），同時記錄毛管水上升濕潤峰，當供排水裝置記錄的供水量在一定時間不發(fā)生改變時，則表明達到設(shè)定的地下水水位條件；（3）連接馬氏瓶進行地表恒定水層（5 cm）入滲試驗，并記錄馬氏瓶內(nèi)水量的變化情況；（4）當土柱內(nèi)各土層含水率均達到飽和并持續(xù)一段時間后，試驗結(jié)束。

3 基于HYDRUS-2D的土壤水分運動模型

3.1 模型構(gòu)建將稻田土壤水分運動簡化為二維運動，模型利用Richards方程計算土壤水分二維入滲過程[22］：

式中：C為容水度，cm；h為土壤壓力水頭，cm；t為時間，h；x，z為水平向/垂向坐標，cm；K（h）為非飽和導水率，cm/min。選用HYDRUS提供的van Genuchten-Mualem公式計算土壤水力特性參數(shù)[23］：

式中：Ks為土壤飽和導水率，cm/d；Se為土壤相對飽和度；qr為土壤凋萎含水率，cm3/cm3；qs為土壤飽和含水率，cm3/cm3；m、n、α、l均為擬合參數(shù)，l取0.5。

本次研究主要考慮土壤水分沿圖1中x軸水平側(cè)向以及沿z軸垂直運動特性，同一層土壤忽略其各向異性和土壤水力特性參數(shù)的非均勻性，因此建立與土柱對應二維矩形模擬區(qū)域，寬度28 cm，高度90 cm，所建立模擬區(qū)域坐標原點o、x軸及z軸選取如圖1所示。模擬區(qū)域內(nèi)觀測點設(shè)置在土柱內(nèi)土壤水分探頭對應位置處。試驗過程中土柱上部加蓋可移動柱蓋，試驗時間較短，忽略水量蒸發(fā)損失。模型模擬的初始狀態(tài)為地下水位達到恒定，毛管水保持上升穩(wěn)定狀態(tài)，此時土壤田面無壓力水頭，試驗前根據(jù)土柱各層負壓傳感器測得土壤初始負壓水頭值作為模型初始條件，兩負壓傳感器之間土壤區(qū)域采用線性插值得到負壓水頭值[24-25］。設(shè)定模擬區(qū)域上邊界為定壓力水頭（5 cm）邊界；下邊界為恒定地下水位（30 cm水頭）邊界；左右分布側(cè)滲孔的邊界為側(cè)滲面邊界；其余均為零通量邊界。HYDRUS軟件采用有限元法將模擬區(qū)域離散成網(wǎng)格進行求解，網(wǎng)格尺寸均設(shè)定為0.5 cm。

土壤水力特性參數(shù)的準確性對于反映實際土壤水分運動過程具有重要意義[24］。利用HYDRUS自帶的Rosetta模塊通過輸入表1中土壤質(zhì)地及容重參數(shù)預測土壤水力學參數(shù)，模擬各土柱土壤水分運動，模擬得到土壤含水率及負壓值與實測值吻合度不理想（平均相對誤差達到15%）。為進一步優(yōu)化參數(shù)，調(diào)用模型中Inverse Solution子模塊利用試驗時段各層土壤含水率實測數(shù)據(jù)反演求得主要土壤水力學參數(shù)（飽和水力傳導度Ks、擬合參數(shù)α、n），得出的分層土壤與均質(zhì)土壤的水力學特性參數(shù)見表1。

3.2 模型參數(shù)反演效果驗證由表1中列出的反演后土壤水力學參數(shù)值可知，參數(shù)α在反演前后變化不大；n和Ks值變化較明顯，n值影響土壤水分特征曲線的形狀，Ks值影響土壤性質(zhì)及滲透能力，因此對n和Ks值的準確預測能更真實反映稻田土壤水力特征與水分運動過程[25］；耕作層和犁底層反演后Ks值變小，底土層與均質(zhì)土柱Ks值變大，說明利用Rosetta模塊預測值較大的估計了耕作層與犁底層土壤的滲透能力，反之低估了較疏松土層的滲透性。利用反演后的土壤水力特性參數(shù)建立水分運動模型模擬分層與均質(zhì)土柱各觀測點土壤含水率，得到的模擬值與實測值對比如圖2所示。同時，利用統(tǒng)計參數(shù)相對均方差RE計算土柱土壤含水率及入滲速率、側(cè)滲速率、垂直滲漏速率模擬值和實測值的擬合效果，RE計算表達式為：

式中：n為模擬和實測數(shù)據(jù)數(shù)目；Oi、Pi分別為i時刻觀測值和模擬值；RE的理想值為0。計算結(jié)果見表2。

由圖2可看出，含水率數(shù)據(jù)點集中在y=x線附近，模擬與實測數(shù)據(jù)較一致。根據(jù)表2中統(tǒng)計參數(shù)計算結(jié)果，由于裝置試驗未收集到分層土壤犁底層側(cè)滲水與垂直滲漏水（滲漏量并未達到自動供排水設(shè)置的收集下限，無法記錄），因此沒有進行統(tǒng)計參數(shù)計算。另外，均質(zhì)土壤土柱側(cè)滲速率的分析基于整個側(cè)滲面進行。

圖2 各觀測點土壤含水率對比

表2 土壤含水率及入滲速率、側(cè)滲速率、垂直滲漏速率模擬效果統(tǒng)計參數(shù)RE

從表2中RE的計算結(jié)果可以看出，分層土壤與均質(zhì)土壤含水率模擬誤差較小，側(cè)滲速率的模擬誤差較大，由于稻田土壤水分水平側(cè)向運動受到垂直方向和水平方向的雙向壓力差作用，因此其側(cè)向運動過程較復雜，模擬精度還有待于進一步提高。

4 結(jié)果分析與討論

4.1 不同土壤類型二維運動速率分析

4.1.1 土壤水分入滲速率分析 由圖3可知，分層土柱與均質(zhì)土柱入滲速率變化規(guī)律比較一致：前期入滲速率較大，之后在很短時間內(nèi)迅速降低并達到穩(wěn)定。均質(zhì)土壤達到穩(wěn)定的時間較短，穩(wěn)定后分層土柱與均質(zhì)土柱入滲速率分別為0.056和0.609 cm/h。均質(zhì)土柱土質(zhì)結(jié)構(gòu)均勻，當土壤達到飽和后，易形成連續(xù)入滲通道，滲透性強，入滲速率曲線可能形成陡降趨勢，同時增大了穩(wěn)定入滲速率值；分層土柱各層土壤層間結(jié)構(gòu)差異形成了一定的減滲性[26］，且耕作層土壤為質(zhì)地黏重，結(jié)構(gòu)密實的黑土，能夠有效抑制水分入滲。

圖3 分層與均質(zhì)土柱土壤水分入滲速率變化

結(jié)合圖3和表2結(jié)果，模擬效果總體比較理想，基于Inverse Solution模塊反演的土壤水動力學參數(shù)建立的HYDRUS土壤水分二維運動模型模擬準確度較高，結(jié)果能夠描述土壤水分二維運動過程。

4.1.2 土壤水分水平側(cè)滲速率分析 對于分層土柱（圖4（a）），試驗過程中沒有收集到犁底層側(cè)滲水量，模型中該值也顯示為零，說明15 cm的犁底層是稻田密實土層，能夠有效阻止水分發(fā)生側(cè)滲。上層耕作層在試驗進行將近20 h后開始發(fā)生側(cè)滲，側(cè)滲速率逐漸升高至下層開始發(fā)生側(cè)滲時達到穩(wěn)定，穩(wěn)定后的側(cè)滲速率較小，為0.007 cm/h。相反，犁底層以下的黃土層（底土層）表現(xiàn)出相對較大的側(cè)滲速率，實際的確在該層產(chǎn)生了較大的側(cè)滲水量，其側(cè)滲速率變化呈現(xiàn)上下波動，但是基本穩(wěn)定在0.023 cm/h附近。均質(zhì)土柱（圖4（b））的側(cè)滲速率較大，前期速率值下降快，之后側(cè)滲范圍內(nèi)土柱達到飽和之后，曲線也出現(xiàn)了陡降趨勢，側(cè)滲速率逐漸保持穩(wěn)定，穩(wěn)定后的側(cè)滲速率為0.081 cm/h。均質(zhì)土柱土壤結(jié)構(gòu)均勻，可能存在連貫的水平滲流通道[27］，容易發(fā)生側(cè)滲。該結(jié)果說明土壤分層特征在一定程度上為側(cè)滲提供了流通的通道，但均質(zhì)土柱的側(cè)滲速率明顯大于分層土柱各層側(cè)滲速率，表明土壤本身的滲透性能對側(cè)滲過程的影響是很大的。

圖4 分層與均質(zhì)土柱土壤水分側(cè)滲速率變化

4.1.3 土壤水分垂直滲漏速率分析 實測垂直滲漏量來源于自動供排水裝置記錄的排出水量，模擬值為試驗期間模擬區(qū)域下邊界輸出水量。前文提到，分層土柱試驗期間未記錄到垂直滲漏數(shù)據(jù)，表明該值非常小，低于自動供排水裝置記錄下限值，模型模擬值很小，穩(wěn)定后的分層土壤垂直滲漏速率為0.029 cm/h，如圖5所示。分層土壤的耕作層中下部與犁底層均發(fā)揮了抑制水分垂直入滲的作用，同時可能促進了水分沿層間的水平運動[15］，且垂直方向由于土壤分層，可能在層間產(chǎn)生部分滯留空氣影響水分垂直入滲。因此，大部分滲漏水由水平側(cè)滲輸出，或進入下層并由下層側(cè)滲輸出，真正垂直滲漏至地下水的部分較少。這部分將在下文水平衡關(guān)系中用具體數(shù)據(jù)進一步分析。均質(zhì)土柱垂直方向無分層，水分流通性較好，其垂直滲漏大于分層土柱，均質(zhì)土壤垂直滲漏速率為0.086 cm/h，但低于側(cè)滲速率。

圖5 分層與均質(zhì)土柱土壤水分垂直滲漏速率變化

4.2 不同土壤類型水量平衡分析表3、表4分析了分層土柱與均質(zhì)土柱的水平衡關(guān)系。土壤輸入水量為累積入滲量，包括上邊界灌水及地下水上升補給。累積入滲量一部分用以滿足土壤自身儲水，另一部分通過土壤輸出，主要為側(cè)向滲漏和垂向滲漏。分層土柱達到飽和歷時較長，飽和期間伴隨著側(cè)向滲漏，而均質(zhì)土柱很快達到飽和，飽和之后開始發(fā)生滲漏。

由表3、表4可知，分層土柱與均質(zhì)土柱達到飽和入滲分別歷時54 h、3 h，兩土柱在此過程中均有大約20%的入滲水量由地下水上升補給，主要補給底土層，期間無垂向滲漏產(chǎn)生，各土層土壤儲水量由初始含水率決定，累積入滲量主要貢獻給土壤儲水。前期入滲至飽和階段分層土柱（表3）側(cè)向滲漏占有比例較小，為10.2%，35 cm以下土層的側(cè)向滲漏是整個土柱側(cè)向滲漏的主要途徑；均質(zhì)土柱（表4）入滲水量基本全部補給土壤儲水。

當土柱達到飽和后，兩土柱上邊界灌水和地下水基本不再補給土壤儲水，此時上邊界灌水通過側(cè)向滲漏和垂向滲漏輸出，均質(zhì)土柱累積入滲水量明顯大于分層土柱。分層土柱達到飽和后垂向滲漏占27.55%，其余均由側(cè)向滲漏排出，主要為底土層側(cè)滲，耕作層側(cè)滲比例小，犁底層無側(cè)滲輸出，表明稻田土壤根系層以及密實土層以下土壤是產(chǎn)生滲漏的主要途徑；均質(zhì)土柱穩(wěn)定入滲過程中累積入滲量顯著大于分層土柱，且側(cè)滲量占有較大比例（83.85%），主要以土柱上部和下部土壤側(cè)滲為主，中間部分側(cè)滲量較少，表明均質(zhì)土柱側(cè)滲現(xiàn)象大多產(chǎn)生于靠近地下水的下層土壤部分，中層很少，上層由于灌水原因也會占有一定比例。以上分析表明東北寒區(qū)黑土稻田土壤滲漏大多以側(cè)向滲漏為主，靠近地下水的底土層是側(cè)滲的主要途徑，同時水量損失差異與土壤分層結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，均質(zhì)土壤持水能力差，易形成滲漏損失。

表3 分層土柱水量平衡關(guān)系

表4 均質(zhì)土柱水量平衡關(guān)系

4.3 不同控制條件對分層土壤側(cè)滲輸出的影響分析

4.3.1 模擬情景設(shè)計 根據(jù)上述分析，稻田側(cè)滲是主要滲漏形式。因此本節(jié)選取影響側(cè)滲的幾個因素，利用驗證后的稻田土壤水分二維運動模型模擬不同條件下土壤側(cè)向滲漏量，分析不同條件對土壤側(cè)滲輸出的影響規(guī)律。結(jié)合上述分析結(jié)果及相關(guān)研究[16，28］，選定稻田田面灌溉水層、犁底層厚度、地下水水位作為控制條件，選取相應數(shù)據(jù)變化梯度進行模擬，設(shè)置情景如表5所示。

表5 三種控制條件情景設(shè)置情況

4.3.2 模擬結(jié)果分析 引入“單寬側(cè)滲量”，即沿土層單位高度輸出的側(cè)向滲漏水流量，由于土柱被簡化二維，因此這里稱為“單寬”，以此分析不同控制條件變化對土壤水分側(cè)滲輸出的影響。

由圖6可知，灌溉水層、犁底層厚度以及地下水水位的變化對犁底層的單寬側(cè)滲輸出無明顯影響，由于耕作層為結(jié)構(gòu)密實的黑土層，底土層為質(zhì)地松軟的黃土層，當水分通過阻水能力較強的黑土層后，上下之間壓力差作用增強了水分通過中層垂直補給下層的能力，因此，中層基本無側(cè)滲水量。灌溉水層的增加對耕作層影響最大，當灌溉水層增加至20 mm時，耕作層開始產(chǎn)生側(cè)滲，水層每增加10 mm，平均增幅達到117.79%，并且增幅以較大的增長速度（177.12%）增加；對底土層影響較小，增幅為2.71%，但較淺的灌溉水層依然促進了底土層的側(cè)滲。表明控制灌溉水層深度，能夠有效降低稻田耕作層土壤的側(cè)滲輸出，水層在增加至30 mm以上時側(cè)滲增加明顯，因此將灌溉水層控制在30 mm左右既能不顯著增加側(cè)滲損失又能一定程度保證作物需水。

圖6 不同控制條件變化對土壤單寬側(cè)滲量影響

犁底層厚度的增加對耕作層單寬側(cè)滲量影響很小，主要影響底土層的側(cè)滲輸出，犁底層厚度每增加5 cm，底土層單寬側(cè)滲量平均增加38.39%，漲幅增長速度約達到12%，進一步說明了犁底層厚度的增加發(fā)揮了更強的阻水作用，促進淺層地下水對吸水性較強的底土層的補給作用，一定程度貢獻了單寬側(cè)滲量。

當?shù)叵滤恍∮? m時，耕作層單寬側(cè)滲量的降幅為11.08%，底土層側(cè)滲輸出量最大；當?shù)叵滤淮笥? m后，耕作層單寬側(cè)滲量的平均降幅降低為2.62%，底土層單寬側(cè)滲量為零。說明底土層對地下水水位變化更加敏感，同時地下水水位的變化對總體側(cè)滲量產(chǎn)生了很大的影響。將地下水水位控制在1 m左右，能夠較好地控制側(cè)滲輸出水量，同時也能保持一定的地下水上升補給。

5 結(jié)論

利用HYDRUS-2D中Inverse Solution子模塊反演所得土壤水力特性參數(shù)，分別建立分層與均質(zhì)土壤水分二維運動模型，結(jié)果表明土壤含水率及入滲速率等實測值與模擬值基本一致，反演所得參數(shù)較合理，總體模擬效果較理想。

開展分層土壤與均質(zhì)土壤入滲試驗，在有機玻璃柱柱壁設(shè)置側(cè)滲孔，實現(xiàn)分層收集土壤側(cè)滲水量，并分析二維運動速率。結(jié)果表明當入滲穩(wěn)定后，分層土柱的入滲速率、側(cè)滲速率及垂直滲漏速率均小于均質(zhì)土柱，說明土壤分層結(jié)構(gòu)是影響水分運動速率的主要因素。且分層土柱不同層側(cè)滲速率不同，底土層側(cè)滲速率大于耕作層，犁底層未觀測到側(cè)滲輸出；分層土柱垂直滲漏速率非常小，表明了稻田耕作層黑土結(jié)構(gòu)與犁底層能夠有效抑制水分下滲。

分析水量平衡關(guān)系，分層土柱與均質(zhì)土柱均有超過20%的土壤儲水來自于地下水補給，當分層土壤與均質(zhì)土壤達到穩(wěn)定入滲狀態(tài)后，側(cè)向滲漏水量分別占總?cè)霛B水量的72.45%和83.85%，說明土壤本身的性質(zhì)對毛管力作用及側(cè)滲輸出影響較大。分層土壤發(fā)生側(cè)滲的主要部位是底土層，其側(cè)滲量占總側(cè)滲量的87.54%，均質(zhì)土壤側(cè)滲現(xiàn)象大多產(chǎn)生于近地下水的底層土壤部分，中層很少，上層也占有一定的比例。

探究三種因素對分層土壤側(cè)滲的影響，灌溉水層的增加增大了耕作層與底土層單寬側(cè)滲量。當水層增加至30 mm時，耕作層與底土層單寬側(cè)滲量漲幅加快，說明灌溉水層維持在30 mm以下可以有效降低土壤側(cè)滲輸出；犁底層厚度增加增強了阻水作用，進一步促進底土層對地下水吸收，從而引起底土層更大的單寬側(cè)滲量，因此，犁底層應保持適宜厚度（10～15 cm）有利于減少水分滲漏同時增強土壤通透性。地下水位埋深在1 m上下有明顯的差異，當埋深小于1 m時，耕作層與底土層側(cè)滲量較大，前者小于后者；當埋深大于1 m時，土壤側(cè)滲輸出顯著降低，尤其是底土層降低明顯。說明地下水水位埋深在1 m左右，能夠較好地控制側(cè)滲輸出水量，同時能保持一定的地下水上升補給。