在黄河下游灌区,分布着大面积的地下水浅埋区。地下水通过进入根区向土壤水转化,参与作物蒸散。因此,潜水蒸发是这些地区土壤水平衡的重要组成部分,也是地下水的主要排泄方式之一。地下水对作物蒸散的贡献能够节省灌溉甚至不需要灌溉。同时,浅层地下水还影响着作物的生长发育和产量;反过来,作物通过对地下水的利用也作用于地下水,作物通过消耗地下水影响地下水埋深。本研究通过田间试验和数值模拟,重点探讨田间尺度和灌区尺度上作物、土壤和地下水的相互作用规律。研究结果对地下水浅埋灌区的科学管理有一定指导意义。　　 本文以黄河下游灌区的主要作物冬小麦为研究对象,在中科院禹城综合试验站采用体积式蒸渗仪开展田间试验。基于3年的试验数据,研究了田间尺度上浅埋地下水对土壤水平衡和冬小麦耗水及产量的影响。对MODFLOW2000的FMP1潜水蒸发模型和SWAT2000模型进行了改进,在此基础上通过模拟对黄河下游灌区在地下水浅埋条件下作物、土壤和地下水相互作用规律进行了研究。主要研究结论如下:　　 1.揭示了无灌溉条件下浅埋地下水对土壤水分平衡和冬小麦耗水及产量的影响规律。结果表明:在无灌溉条件下,(1)地下水埋深在40-150 cm范围内时,冬小麦返青到收获期间的潜水蒸发量是土壤水分的主要收入项,可达到200.9-343.8 mm,占整个生育期土壤水分收入总量的62.3％-86.0%:(2)作物蒸散是土壤水分的主要支出项,可达到259.5-429.3 mm,占整个生育期土壤水分支出总量的86.5%-100.0%;(3)地下水埋深在40-150 cm范围内时,冬小麦的实际蒸散都达到潜在蒸散的65.0%以上,其中地下水对冬小麦蒸散的贡献率达到了63.3%-90.0%。除了2008-2009年的T2(150)处理外,作物蒸散和地下水对作物蒸散的贡献率都随地下水埋深的增大而减少;(4)地下水埋深在40-110 cm范围内时,地下水对作物蒸散的贡献与冬小麦生育期的总降水量基本能够满足冬小麦的需水要求。　　 2.揭示了无灌溉条件下浅埋地下水对冬小麦根系分布、产量及其构成以及根区土壤盐分累积的影响特征。结果表明:在无灌溉条件下,(1)随着地下水埋深从150 cm减小到40 cm,地表0-100 cm土层的根干重降低,40 cm埋深处理的根干重比150 cm埋深处理减少了70.4%;(2)冬小麦每亩穗数和产量也随地下水埋深的增大而增加。地下水埋深为150 cm时,产量达到最大值;(3)根据三年的冬小麦产量数据建立了地下水埋深和产量的关系;(4)在潜水蒸发的影响下,盐分在主要在0-50 cm土层累积。但由于地下水的电导率较低(2.0 dS m-1),根区土壤的电导率都低于2.0 dS m-1,一个冬小麦生长季的盐分累积可能对产量不会有明显影响。　　 3.对MODFLOW2000的FMP1潜水蒸发模型进行改进和验证,克服了FMP1方法只能模拟稳定土壤水分状态下潜水蒸发的局限,这是本研究的主要创新点之一。与潜水蒸发实测数据的对比表明,改进模型有较好的模拟精度。与FMP1中的两个模型相比,改进模型能模拟非饱和带土壤水分变化对潜水蒸发的影响,且需要较少参数。通过HYDRUS-1D数值模拟分析了地表60 cm土层稳定储水量Ws和地下水埋深的关系。结果表明,在土壤类型为粉土、种植作物为冬小麦的条件下,地下水埋深在50-200cm范围内时,Ws随地下水埋深的增加而线性减少;地下水埋深大于200 cm范围内时,Ws不再受地下水埋深的影响。　　 4.改进了SWAT2000模型,增强了模型的地下水模拟功能,这也是本研究的主要创新点之一。特别是通过修改源代码,将改进的FMP1潜水蒸发模型整合到SWAT2000模型中,并增加了灌溉对浅层含水层渗漏补给模拟功能,实现了地下水埋深的模拟和输出。　　 5.黄河下游灌区不同作物种植类型、土壤类型和灌溉制度对地下水埋深影响差异显著。模拟结果表明:在仅用引黄水灌溉的条件下,按照多年地下水埋深均值大小排列,(1)作物种植类型的顺序为:草地＞林地＞棉花-黑麦＞冬小麦-大豆＞冬小麦-夏玉米＞冬小麦-花生＞裸地;(2)土壤类型的顺序为:粉壤＞壤土＞砂壤＞壤砂;(3)灌溉情景的顺序为:情景2＞情景6＞情景5(情景7)＞情景4＞情景3＞情景1。　　 6.黄河下游灌区不同作物种植类型、土壤类型和灌溉制度对年潜水蒸发量影响差异显著。模拟结果表明:在仅用引黄水灌溉的条件下,按照多年平均年潜水蒸发量大小排列,(1)作物种植类型的顺序为:冬小麦-夏玉米＞冬小麦-花生＞冬小麦-大豆＞棉花-黑麦＞草地＞林地＞裸地;(2)土壤类型的顺序为:粉壤＞砂壤＞壤砂＞壤土;(3)灌溉情景的顺序为:情景1＞情景3＞情景5＞情景7＞情景6＞1隋景3＞情景2＞情景4。