近30年来，世界上已有越来越多的国家采用滴灌技术培育高产人工林，以达到节约水资源、提高水资源利用率和林地生产力的目的(Arnold et al.，1999 ; Shrive et al．，1994 ; 贾黎明等，2005 ; 李应海等，2009)。滴灌是根据作物需水规律进行局部灌溉的现代节水灌溉技术，它仅对根系分布层土壤进行灌溉(Charles，2004 ; Barragn et al．，2006)。在滴灌条件下，作物从滴灌产生的土壤湿润体内吸收水分和养分，滴灌后形成的土壤湿润体大小和形状对作物生长和发育起着决定性的作用。因此，研究滴灌条件下土壤水分运移规律，揭示土壤湿润体形成的时空变化格局，是设计滴头间距和制定灌溉制度的重要依据。

目前，大多数学者采用实验室模拟法研究滴灌条件下的土壤水分运移规律，在实验室用土箱观察滴灌过程中和停灌后土壤水分的运移规律(Caldwell et al．，1994 ; 李道西等，2004); 也有少数学者采用田间试验法研究土壤水分的运移规律，通过开挖土壤剖面观察滴灌过程中和停灌后土壤水分的运动(王治军等，2008 ; 赵颖娜等，2010)。迄今为止，采用田间试验法对滴灌栽培人工林土壤水分运移规律的研究国内未见报道。本研究采用田间试验法，对北京永定河故道沙地上地表滴灌栽培的杨树人工林的土壤水分运移规律进行研究，试验和测定不同灌溉时长和停灌后土壤湿润锋的运移距离和土壤湿润体的形态。为运用地表滴灌系统在河流故道沙地上培育高产人工林提供必要的理论依据和技术参数。

研究区位于北京市大兴区林场永定河故道沙地，属暖温带半湿润大陆性季风气候，年均日照时数2 620.4 h，年均气温11.6 ℃，冬季平均气温-2.3 ℃，夏季平均气温25.1 ℃，年平均降水量552.9mm，全年无霜期180—200天，试验地土壤为风沙土，质地为细沙，厚度达5 m 以上，地下水位深36 m，田间持水量为10% ± 1.2% ; 密度为1.46 ± 0.15 g·cm^-3 。

该试验地于2011年春季安装了自动化地表滴灌系统，并采用欧美杨107无性系(Populus ×euramericana cv．‘74 /76 ’)30 cm 长的插条进行扦插造林，株行距为2 m × 4 m，滴灌毛管沿树行铺设，在生长季内通过滴灌系统对新造林进行灌溉与施肥管理。到2012年10月，杨树人工林平均高7.2 m，平均胸径6.2 cm，对该林分根系的调查结果表明林分绝大多数侧根特别是吸收根分布在0~40 cm 土层内。

本研究于2012年10月在上述试验地进行。

在上述试验地内，采用机械抽样法选择5个点，在每个点上开挖宽3 m，深1.2 m 的土壤剖面，调查土壤的机械组成和结构，结果表明，5个调查地点的土壤性质基本相同。因此，设置一个土壤剖面观测坑开展滴灌试验，就足以代表本试验地的实际情况。

在杨树人工林行间沿滴灌毛管挖一观测坑，观测坑长3 m，宽1.5 m，深1.2 m，使观测坑长边距离滴头10 cm，滴头流量恒定为4 L·h^-1。

采用自动化滴灌系统进行不同灌溉时长的6个处理: 持续灌溉1 h; 持续灌溉2 h; 持续灌溉3 h; 持续灌溉4 h; 持续灌溉5 h; 持续灌溉6 h。

在进行每个灌溉处理试验时，采用卷尺测量滴灌过程中以及停灌后土壤剖面上湿润锋的垂直运移距离和在距地表 0，10，20，30，40，50和60 cm 处的水平运移距离半径(以下简称“水平运移距离”)。在灌溉过程中和停灌后每间隔半小时测量一次，直到湿润锋停止运移为止。

在分别持续灌溉1，2，3，4，5和6 h 过程中，土壤剖面上的湿润锋会连续向垂直方向和水平方向运移。各灌溉时长处理土壤湿润锋在垂直方向和水平方向不同土壤深度运移的距离见图 1 。

	图 1 不同灌溉时长灌溉过程中湿润锋在垂直方向和水平方向的运移距离 Fig. 1 Movement distance of wet front in vertical direction and horizontal direction during drip irrigation of various time

由图 1可见: 1)在分别持续灌溉1，2，3，4，5和6 h 后，停灌时土壤湿润锋分别下渗到28，37，43，51，57和59 cm 深的土壤中，土壤湿润锋垂直运移的距离随灌溉时长的增加而增加，而从持续灌溉1 h 到持续灌溉6 h，每增加1 h 灌溉时长土壤湿润锋下渗距离的增幅却逐渐减小; 2)从持续灌溉1 h 到持续灌溉6 h，随着灌溉时长的增加土壤湿润锋在不同土深处的水平运移距离也逐渐增加，而每增加1 h灌溉时长土壤湿润锋在不同土壤深处的水平运移距离的增幅不同;3)从持续灌溉1 h 到持续灌溉6 h 停灌时，土壤湿润锋在各土深处的最大水平运移距离都出现在10 cm 层，分别为28，34，37，45，50和55 cm;4)从持续灌溉1 h 到持续灌溉6 h，在相同灌溉时长情况下，停灌时土壤湿润锋的垂直运移距离均大于最大水平运移距离，且从持续灌溉1 h 到持续灌溉3 h，两者差距呈逐渐增大趋势，从持续灌溉3 h到持续灌溉6 h，两者差距变化较小。

在分别持续灌溉1，2，3，4，5和6 h 停灌后，土壤剖面上的湿润锋会继续向垂直方向和水平方向运移。各灌溉时长处理停灌后土壤湿润锋在垂直方向和水平方向继续运移的时间见表 1 。

表 1 不同灌溉时长停灌后湿润锋的继续运移时间 Tab.1 Movement duration of wet front after stopping drip irrigation of various time length

表 1 不同灌溉时长停灌后湿润锋的继续运移时间 Tab.1 Movement duration of wet front after stopping drip irrigation of various time length 灌溉时长Time length of drip irrigation / h 停灌后继续垂直运移时间Movement duration in vertical direction after stopping irrigation / h 停灌后继续水平运移时间Movement duration in horizontal direction after stopping irrigation / h 0 cm 10 cm 20 cm 30 cm 40 cm 50 cm 60 cm 1 2 1 2 2 2 - - - 2 1 1.5 2 2 2 2 - - 3 2 1.5 1.5 2 2.5 2.5 - - 4 1.5 1 1.5 1 1.5 1.5 1.5 - 5 2 1 1 2 2 1.5 1.5 2 6 3 1.5 1.5 1 2 2 2.5 2.5

从表 1中可以看出: 1)各灌溉时长处理在停灌后，土壤湿润锋继续向垂直方向运移的时间为1~3 h，而且停灌后在垂直方向上继续运移的时间长度与灌溉持续时间长度无相关性; 2)各灌溉时长处理在停灌后，土壤湿润锋继续向水平方向运移的时间为1~2.5 h，而且停灌后在各水平方向上不同土壤深度的运移时间长度与灌溉持续时间长度无相关性。

在分别持续灌溉1，2，3，4，5和6 h 停灌后，土壤剖面上的湿润锋会继续向垂直方向和水平方向运移。各灌溉时长处理停灌后土壤湿润锋在垂直方向和水平方向继续运移的距离见表 2 。

表 2 不同灌溉时长停灌后湿润锋的继续运移距离 Tab.2 Movement distance of wet front after stopping drip irrigation of various time length

表 2 不同灌溉时长停灌后湿润锋的继续运移距离 Tab.2 Movement distance of wet front after stopping drip irrigation of various time length 灌溉时长 Time length of drip irrigation / h 停灌后继续垂直运移距离 Movement distance in vertical direction after stopping irrigation / cm 停灌后继续水平运移距离Movement distance in horizontal direction after stopping irrigation / cm 0 cm 10 cm 20 cm 30 cm 40 cm 50 cm 60 cm 1 8 3.5 4.5 5.5 11 - - - 2 2 10 6 3 14.5 - - - 3 7 8 7 3.5 8 21 - - 4 9 1.5 2 1 3.5 4 12 - 5 7 1 1 1.5 2 6.5 5 17 6 10 2 2 2.5 3 8 6 23

从表 2中可以看出: 1)各灌溉时长处理在停灌后，土壤湿润锋继续向垂直方向运移的距离为2~10 cm，而且停灌后在垂直方向上继续运移的距离与灌溉时长无相关性; 2)在持续灌溉1~6 h 的条件下，停灌后在土壤最深层的湿润锋水平运移距离明显大于其他各层的水平运移距离，分别继续运移了11，14.5，21，12，17和23 cm，其他土壤深度的水平运移距离均为1~10 cm;3)在相同灌溉时长条件下，如果不考虑土壤最深层的湿润锋水平运移距离，当灌溉时长为1~3 h，停灌后土壤湿润锋在不同深度的水平运移距离相近; 当灌溉时长为4~6 h，停灌后土壤湿润锋在0~30 cm 深处的水平运移距离半径较小，在40~60 cm 深处的水平运移距离半径则显著增大。

滴灌停止后，土壤湿润锋的最终运移距离是体现灌溉结果的重要指标，对科研和生产都具有很高的参考价值。本试验中，分别持续灌溉1，2，3，4，5和6 h 后，土壤湿润锋从起灌到灌后停止运移时的最终垂直和水平运移距离见图 2 。

	图 2 不同灌溉时长土壤湿润锋最终在垂直方向和水平方向的运移距离 Fig. 2 Final movement distance of wet front in vertical direction and horizontal direction after dripirrigation of various time length

从图 2中可以看出: 在分别持续灌溉1，2，3，4，5和6 h 后，土壤湿润锋最终分别下渗到36，39，50，60，64和69 cm 深的土壤中，土壤湿润锋的最终垂直运移距离随灌溉时长的增加而增加。从持续灌溉1 h 到持续灌溉6 h，随着灌溉时长的增加土壤湿润锋最终在不同土壤深处的水平运移距离也逐渐增加。持续灌溉1 h，土壤湿润锋在0~30 cm 土层内最终水平运移距离分别为29，32，31和11 cm; 持续灌溉2 h，土壤湿润锋在0~30 cm 土层内最终水平运移距离分别为38，40，36和28 cm; 持续灌溉3 h，土壤湿润锋在0~40 cm 土层内最终水平运移距离分别为40，43，40，33和24 cm; 持续灌溉4 h，土壤湿润锋在0~50 cm 土层内最终水平运移距离分别为42，47，44，35，31和28 cm; 持续灌溉5 h，土壤湿润锋在0~60 cm 土层内最终水平运移距离分别为46，51，49，43，39，31和17 cm; 持续灌溉6 h，土壤湿润锋在0~60 cm 土层内最终水平运移距离分别为52，57，53，52，48，37和37 cm。从持续灌溉1 h到持续灌溉6 h 后，土壤湿润锋最终在各土壤深处的最大水平运移距离都出现在10 cm 层，分别为32，40，43，47，51和57 cm，都小于相同灌溉时长的最终垂直运移距离。

各灌溉时长形成的土壤湿润体形态见图 3 。

	图 3 不同灌溉时长形成的土壤湿润体形态 Fig. 3 Shape of wet soil body formed after drip irrigation of various time length

从图 3中可以看出: 灌溉1 h 最终形成的土壤湿润体为上部圆台体和下部圆锥体的组合体，灌溉2 h 最终形成的土壤湿润体为椭球体，滴灌3 h 最终形成的土壤湿润体为上部圆台体和下部半椭球体的组合体，滴灌4 h 最终形成的土壤湿润体为2个圆台体的组合体，滴灌5 h 最终形成的土壤湿润体为上部圆台体和下部半球体的组合体，滴灌6 h 最终形成的土壤湿润体为上部圆台体和下部圆锥体的组合体; 从土壤湿润体形态的整体轮廓来看，持续灌溉1~6 h 最终形成的土壤湿润体的形态轮廓随着持续灌溉时间的增加，由一个逐渐增大的扁半椭球体变为一个逐渐增大的长半椭球体。

本研究采用流量恒定为4 L·h ^-1的滴头进行滴灌试验，在各灌溉时长所导致的土壤湿润锋运移范围和形成的土壤湿润体形态与树木根系的分布范围和形态特征相吻合(张良德等，2011 ; 云雷等，2012)，说明在河流故道细沙土壤上设计地表滴灌系统时采用流量恒定为4 L·h^-1的滴头比较适宜。

从各滴灌时长最终在不同土壤深处产生的土壤湿润锋水平运移距离可知，对于根系主要分布在0~40 cm 土层的人工林而言，地表滴灌带上的滴头间距应该在60~80 cm 为宜，以保证滴头半径为30~40 cm，从而确保在滴灌时短时间内就能在根系主要分布土层内形成土壤湿润带。

如果采用30 cm 长的插条直接在河流故道细沙土壤上营造杨树人工林，在造林后初期滴灌1~2 h所形成的土壤湿润体，就能保证插条4周土壤湿润，满足插条对水分的需求。造林1~2个月后，当插条上的不定根生长长度超出20~30 cm 时则需要持续灌溉3 h 左右，使0~30 cm 深的土壤形成湿润带，以保证根系的正常生长。

对于杨树、刺槐(Robinia pseucdoacacia)等树种的优良无性系，采用扦插苗营造的人工林根系特别是吸收根主要分布在0~40 cm 深的土层内(燕辉等，2009 ; 张鹏等，2008)，每次持续滴灌3~4 h 即可保证在0~40 cm 土层内形成土壤湿润带，满足林分的生长需要。对大多数造林树种而言，采用实生苗营造的人工林根系可能分布到更深的土层内，则需要每次持续滴灌3 h 以上，这样才能使40 cm 以下土层形成土壤湿润带，满足林分生长需要。

在持续滴灌1~3 h 后形成的类似扁半椭球体的土壤湿润体与扦插苗造林树木的根系分布形态相似，这类树木的根系无明显主根，侧根发达，并主要分布在浅层土壤中; 在持续滴灌4~6 h 后形成的类似长半椭球体的土壤湿润体与实生苗造林树木的根系分布形态相似，这类树木的根系有明显主根，侧根相对不发达，并在土壤中由浅到深均有分布。因此可根据造林树种的根系分布特征来确定每次持续滴灌的时长。

本研究仅对滴灌条件下杨树人工林土壤水分在垂直和水平方向上的运移进行了研究，今后尚需对滴灌条件下杨树人工林土壤水分含量的变化规律进行研究，从而全面揭示滴灌对杨树人工林土壤水分状况的影响。