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水分循环过程是SPAC系统（土壤-作物-大气）各动力过程的关键环节。本文主要基于理论分析、数值模拟和实验验证的方法,运用HYDRUS-1D、SWMS2D以及EU-RotateN三个模型,对土壤-作物系统水动力学进行了较为系统的研究。其研究成果有助于进一步了解土壤水分运动特性,为制定合理的灌溉方案提供参考,对作物生产中的水分优化利用有一定的指导意义。基于HYDRUS-1D模型,对砂壤土采用不同的灌溉速率和灌溉时间进行了模拟实验,对砂壤土在灌溉结束后和灌溉结束24小时后的土壤含水量、湿润深度进行了模拟。结果表明：在灌溉结束后,上层土壤含水量接近饱和,灌溉水储存在上层土壤中,而随时间的推移,由于土壤水在重力的作用下导致的重分布,使灌溉水主要储存在更深的土层中。由于土壤湿润深度变化很大,因此在制定灌溉方案时须考虑湿润深度的影响。对SWMS2D模型进行了改进,开发了网格划分模块,提高了该模型的前处理能力,扩充了植物根分布模块,建立了根系均匀分布、线性分布和指数分布三种不同的分布模型。并运用改进后的SWMS2D模型对粘壤土和砂壤土在不同的根系分布形式和不同的日蒸腾量时的土壤水分和蒸腾量进行了模拟。结果表明：对于根长为30cm的情况,根区深度范围内的土壤含水量变化明显,40cm以下的水分基本不能被根系吸收利用。植物根系分布越均匀越有利于根吸水。砂壤土的含水量比粘壤土变化更快,且砂壤土最大根深附近范围的水分比粘壤土的更易被植物根系吸收。尝试将EU-Rotate N模型用于谷物类作物的水动力学模拟,根据荷兰三个农场为期两年的冬小麦大田实验数据,对不同土层的土壤含水量分布、作物蒸发蒸腾量进行了模拟,通过严格的验证,表明模型模拟结果与实测值吻合度好,说明模型能够较好地预测不同深度的土壤含水量,不仅适用于菜地土壤水分的分析,也适用于小麦土壤水分的预测。