半干旱区不同灌溉方式下小麦田地下水补给过程的生态水文模型研究

推荐：本研究针对摩洛哥Haouz平原半干旱区农业灌溉效率评估需求，采用EcH2 O生态水文模型耦合能量平衡与水文过程，通过多目标校准（土壤含水量、能量通量、渗漏量数据集）对比分析漫灌与滴灌小麦田的水通量差异。研究发现滴灌虽提高蒸腾效率，但漫灌系统通过深层渗漏（90 cm）贡献更多含水层补给量，挑战了滴灌节水的传统认知，为干旱区农业水资源管理提供新见解。

　　

在摩洛哥Haouz平原这样的半干旱地区，水资源短缺与农业用水矛盾日益尖锐。当地政府大力推广滴灌技术以替代传统漫灌，但实际节水效果却饱受争议——这种"灌溉效率悖论"背后，是缺乏对两种灌溉方式下水分循环全过程的量化认知。究竟哪种灌溉更能平衡作物需水与含水层补给？为了破解这一难题，由摩洛哥与法国联合研究团队在《Agricultural Water Management》发表的研究，首次将EcH₂
O生态水文模型应用于北非农业系统，通过对比分析漫灌（F4）与滴灌（F5）小麦田的观测数据，揭示了不同灌溉方式对水-能耦合过程的差异化影响。

研究团队采用多学科交叉方法：在2015-2016生长季监测两个试验田（4公顷漫灌/2公顷滴灌）的土壤含水量（TDR测量0-50 cm）、能量平衡分量（涡度相关系统）、渗漏量（30/90 cm lysimeter）；利用EcH₂
O模型耦合三层土壤水文与双层能量平衡模块；通过改进Morris法筛选13个敏感参数，采用拉丁超立方采样生成88,000组参数组合进行多准则校准（KGE指标），最终对比8种校准场景下的水通量模拟效果。

研究结果部分首先通过"时间序列生态水文观测"显示：模型成功捕捉到漫灌田更剧烈的土壤水分波动（灌溉日峰值达68 mm/d）和滴灌田的平缓动态。能量平衡模拟中，潜热通量（LE）与实测吻合最佳（KGE>0.5），但感热通量（H）存在系统性高估（偏差13-25 W/m²
）。

"模型性能与预测不确定性"分析指出，结合土壤水含量与能量平衡数据的校准场景（F4_SWC_EB/F5_SWC_EB_Prc）表现最优，其跨观测量的平均KGE达0.24-0.35。特别值得注意的是，仅当校准包含lysimeter数据时，90 cm渗漏量模拟才与实测匹配（KGE>-0.4），否则会严重高估（达225 mm/季）。

"参数值"部分揭示关键发现：滴灌田校准出更浅的根系分布（k_root
=6.8-9.1 m^-1
，95%根区0.33-0.43 m），而漫灌田根系更深（0.68-0.82 m）；黏土特性参数（λ_bc

6，ψ_ae
=0.5-0.7 m）与现场质地相符，但滴灌田校准出更低饱和导水率（K_hsat
）。

讨论部分通过"生物物理过程表征"指出：模型虽高估早期生长季土壤蒸发（占ET 29-35%），但整体上合理再现了水通量分配。引人深思的是"灌溉效率"比较：虽然滴灌的农艺效率（蒸腾/水输入）较高（52-63% vs 漫灌48-55%），但计入深层渗漏的"水文效率"却显示漫灌更优（72-75% vs 62-67%），这意味着滴灌可能以牺牲含水层补给为代价换取短期节水效益。

这项研究的创新价值在于：首次在北非农业区验证了EcH₂
O模型对灌溉系统的适用性，通过多源数据融合量化了传统认知中被忽视的"隐性水循环"过程。其现实意义在于提示政策制定者：单纯推广高效灌溉技术可能加剧地下水耗竭，未来农业水管理需统筹考虑作物生产与水文系统可持续性。研究团队建议后续结合同位素示踪与分布式水文模型，进一步厘清不同尺度下的水循环反馈机制。