土壤水分是陆地水循环的重要组成部分,在水文过程和植被恢复中起着重要作用。在半干旱和干旱地区，土壤水分在植被恢复和生态系统恢复中具有重要作用。因此，了解土壤水分动态和土壤水分收支是关键植被恢复和流域管理目标。基于Richard方程的Hydrus-1D模型具有灵活的输入输出接口，集成参数优化，支持恒(恒含水量或恒流量)和非恒(变压头、自由排水、深排水)边界条件的模拟，适用于非饱和土一维垂向水运动的模拟。
北京林业大学水土保持学院张建军团队通过Hydrus-1D模型定量估算GFGP森林在枯水年和丰水年的水分收支，并探索深层剖面的补给，并于2014年4月至2016年3月，在典型降雨和2年周期下，模拟了黄土区刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林土壤水分的时空变化。
研究结果表明，Hydrus-1D模型结果较好，R2，纳什效率系数(NSE)，均方根误差(RMSE)和平均绝对误差(MAE)分别为0.82、0.80、0.021和0.030。4次降雨为9.1 mm、25 mm、71.1 mm和123.6 mm，入渗量分别为8.1 mm、19.3 mm、65.2 mm和95.3 mm。最大入渗深度为30 cm，分别为100 cm、160 cm和200 cm。两年周期内的年耗水量分别为524.6 mm和374.2 mm，年补给量分别为616.8 mm和401 mm。入渗量仅为28.1 mm和2.04 mm。一个较低的年降水量会导致深层土壤水分不足，不利于刺槐的生长。为保证林地的高质量可持续发展，建议及时调整林分密度，实施水平梯田增加降水的入渗和供给。该研究提供了一个对刺槐人工林土壤水分运动和模拟的时间湿度不同时间尺度下的变化更好的理解，同时研究结果为植被恢复期间刺槐人工林的可持续经营提供了一个可行的途径。
图一 研究区位置示意图
图二 土壤含水量模拟值和实测值的比较
图三 不同土层含水量和降水分布
研究成果以“Simulation of Soil Water Dynamics in a Black Locust Plantation on the Loess Plateau, Western Shanxi Province, China”为题，于2021年4月28日在国际环境科学与生态学刊物Water(IF = 3.103)上发表。团队博士生李玉婷为第一作者，张建军教授为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划（2016YFC0501704）的共同资助。
作者：张建军；审稿：许行；编辑：吴欢