半干旱区沙地水分是制约植被建设的关键因子，决定着沙地土壤发育、演化和生产力^［1-2］，且蒸发过程对沙地植被演替的初始阶段至关重要^［3］。在降水为核心水源且基本没有地表径流的沙区，渗漏量与蒸发量是近地表水文过程的两个重要因素，决定着降水的有效性。目前，沙地生态系统水分研究取得了大量成果^［3-8］，但研究中深层渗漏量很难通过实测得到真实可靠的数据，主要通过水通量法、蒸渗仪法、模拟降雨法、示踪法等进行估算，涡度相关、遥感技术、多层模型等的应用大大提高了深层渗漏量的估算精度和尺度，但在测定和应用过程中及分析渗漏过程时仍存在一定不足。例如：没有和水分实际分配过程相一致，要求均一下垫面，模型参数难以确定，不能得到分时段渗漏过程以及需要大量数据支撑等。YWB-01型土壤深层水量渗漏测试记录仪的研发解决了自然条件下深层渗漏水量的实时定量观测，在干旱区的乌兰布和、腾格里、库布其沙漠，半干旱区的毛乌素、科尔沁、浑善达克沙地已有广泛应用^［9-15］。本文以半干旱区浑善达克沙地、毛乌素沙地流动沙丘为研究对象，采用YWB-01型土壤深层水量渗漏测试记录仪实时监测流动沙丘降雨入渗到200 cm以下的渗漏水量，分析深层渗漏量及其动态变化过程，以期为沙区水资源评估及土壤水分植被承载力提供依据，也为精准评价沙区降水有效性及进一步验证和完善其他方法的计算结果提供支撑和参考。

浑善达克沙地研究区位于内蒙古自治区正镶白旗伊和淖尔苏木（42°44′N、115°09′E）。正镶白旗位于内蒙古草原的锡林郭勒盟西南部，地理坐标42°05′—43°15′N、114°05′—115°37′E。正镶白旗海拔1 200—1 400 m，年平均气温1.9 ℃，最冷月（1月）平均气温-19.1 ℃，最热月（7月）平均气温17.6 ℃，年降水量268 mm，年潜在蒸发量2 300 mm，无霜期135 d，日照时数3 200 h，≥10 ℃的有效积温2 350 ℃，年平均风速 4 m·s^-1，全年大风（6—8级）日数78 d，多为西北风。

毛乌素沙地研究区位于毛乌素沙地东北缘，行政区划隶属于内蒙古自治区鄂尔多斯市伊金霍洛旗查干淖尔嘎查（39°05′N、109°36′E，图1）。年降水量340—420 mm，年潜在蒸发量2 160 mm，年平均气温6.2 ℃，极端高温36.6 ℃，极端低温-31.4 ℃，无霜期127—140 d，年日照时数2 700—3 100 h，常年风大沙多，蒸发旺盛。

采用定点连续监测的方法，在研究区选择典型流动沙丘采集10、30、60、90、150、200 cm共6层样品，环刀法测容重，激光粒度分析仪法测粒径组成。浑善达克沙地0—200 cm平均土壤容重1.57 g·cm^-3，粒径0.25—0.5 mm占17.61%、0.1—0.25 mm占78.61%、<0.1 mm占3.78%；毛乌素沙地0—200 cm平均土壤容重1.64 g·cm^-3，粒径0.25—0.5 mm占49.57%、0.1—0.25 mm占43.45%、<0.1 mm占6.98%。在迎风坡中上部挖取320 cm深土壤剖面，依次将土壤深层水量渗漏测试记录仪（YWB-01）排水部（15 cm）、计量部（35 cm）、集流部（5 cm，砾石、陶粒填充）、毛管持水部（65 cm，原状土填充）紧靠完整剖面一侧嵌入，此时毛管持水部上沿在土壤200 cm深度，计量部将记录渗漏到200 cm以下的水量^［10-11］，原状土回填，浇水踏实；地上部安装AVALON公司AV-3665R型雨量传感器；采用RR-1008数采器记录降雨量、渗漏量数据，每1 h记录一次。数据处理与统计采用Microsoft Excel 2010和SPSS 16.0。

2017年1月1日至2019年12月31日，浑善达克沙地研究区24 h降雨量≤5 mm的占试验期间总降雨的27.3%；24 h降雨量5—10 mm的占试验期间总降雨的28.6%；24 h降雨量≥10 mm占试验期间总降雨的44.1%。试验期间最大一天降雨为34.6 mm（2018年9月1日），持续9 h；最大一次降雨事件累积降雨量为43.2 mm（2018年8月26—29日），间断性持续75 h；最大降雨强度为15.0 mm·h^-1（2018年8月5日），发生1次，≥5 mm·h^-1发生22次，其余降雨强度均<5 mm·h^-1。其中，2017年降雨55 d、降雨量192.2 mm，2018年降雨66 d、降雨量294.0 mm，2019年降雨59 d、降雨量203.4 mm（表1）。

2013年1月1日至2015年12月31日，毛乌素沙地研究区24 h降雨量≤5 mm的占试验期间总降雨的24.4%；24 h降雨量5—10 mm的占试验期间总降雨的25.1%；24 h降雨量≥10 mm的占试验期间总降雨的50.5%。试验期间最大一天降雨为38.0 mm（2013年9月17日），持续8 h；最大一次降雨事件累积降雨量为88.6 mm（2013年9月16－18日）；最大降雨强度为11.2 mm·h^-1（2013年9月16日），发生1次，≥10 mm·h^-1发生4次，其余降雨强度均<10 mm·h^-1。其中，2013年降雨83 d、降雨量405.6 mm，2014年降雨85 d、降雨量322.2 mm，2015年降雨75 d、降雨量256.4 mm（表1）。

浑善达克沙地为少雨地区，单次降雨量小且较为分散。毛乌素沙地为多雨地区，单次降雨量较大且较为集中，且2013年为丰水年。

流动沙丘200 cm以下深层渗漏动态与降雨动态分布特征具有相对一致性（图1），但在渗漏量的动态变化上与降雨量动态变化上相关性不显著（P>0.05）。浑善达克沙地2017年，8月18日前累积降雨量已达146.4 mm（最大一次降雨量为6月28日19.6 mm）仅有一日渗漏（2月2日，渗漏量0.1 mm），之后开始逐渐产生渗漏，11月后共产生4次渗漏（渗漏量0.4 mm），全年共渗漏1.8 mm，深层渗漏量仅占同期降雨的0.9%；2018年，5月1日前发生4日渗漏（渗漏量0.4 mm），之后开始连续产生渗漏，且在较大连续降雨（8月27日至9月1日总降雨76.6 mm）后，深层渗漏开始逐渐增加，在9月6—8日达到峰值（日最大渗漏量0.6 mm），且此时渗漏量与降雨量动态呈现相对一致性，其他时间的降雨量动态波动并没有显著影响到深层渗漏量的动态变化，深层渗漏动态基本维持稳定状态，全年共渗漏18.5 mm，占同期降雨的6.3%；2019年6月20日前发生8日渗漏（渗漏量0.8 mm），之后开始连续产生渗漏，11月后共产生3次渗漏（渗漏量0.3 mm），全年共渗漏4.3 mm，深层渗漏量仅占同期降雨的2.1%。从实验期间深层渗漏变化看，仅2018年深层渗漏出现峰值，而2017、2019年深层渗漏既不连续也没有峰值出现。从图2还可以看出，毛乌素沙地2013年、2014年降雨峰值与渗漏峰值基本对应，渗漏量与降雨量动态呈现相对一致性，2013年全年渗漏量144.2 mm，占到同期降雨的35.5%，渗漏峰值为14.2 mm（9月16—18日88.6 mm降雨事件后），2014年深层渗漏量40.8 mm，占同期降雨的12.6%，渗漏量峰值仅为1.0 mm（9月22—24日45.6 mm降雨事件后）；而2015年降雨量与渗漏量不具一致性，全年渗漏量7.3 mm，仅占同期降雨的2.8%。

降雨是研究区流动沙丘深层渗漏主要补给来源，降雨量的动态变化虽然没有显著影响深层渗漏量的动态变化，但在维持稳定的深层渗漏变化过程中具有重要作用。较小降雨事件对深层渗漏来说属于无效降雨，但对于维持渗漏过程的动态稳定性中仍具有一定作用，其保持了表层土壤的湿润，减少下层土壤蒸发及水汽的向上传输。

从图2可以看出，流动沙丘200 cm以下月深层渗漏动态与降雨月变化具有相对一致性，但月深层渗漏量与降雨量动态变化相关性不显著（P>0.05）。浑善达克沙地，2017年1月、3—7月无渗漏补给，雨季开始后的8月才逐渐产生渗漏，9月达到峰值（仅为0.7 mm）；2018年除4月外其他月份均有渗漏补给，进入雨季后的5—9月为集中渗漏补给期，渗漏量为16.8 mm，占全年渗漏量的90.8%；降雨量的峰值出现在8月，而渗漏量的峰值出现在9月；1—3、11—12月的月渗漏量均<0.3 mm；2019年除5月外其他月份均有渗漏补给，渗漏补给8月达到峰值（仅为1.4 mm）。毛乌素沙地2013年1—12月均有渗漏补给（其中1、2、3月<0.5 mm），5—9月渗漏量补给与降雨量趋势一致，雨季开始后的7月达到峰值45.8 mm（9月45.3 mm）；2014年各月份均有渗漏补给，进入雨季后的7－10月为集中渗漏补给期，渗漏量为30.0 mm，占全年渗漏量的73.5%，降雨量的峰值出现在7月，而渗漏量的峰值出现在10月；2015年也为各月份均有渗漏补给，渗漏补给6月达到峰值（仅为1.1 mm）。

以上结果说明降雨后的渗漏过程具有滞后性和延时性，从数据来看5—10月的渗漏量均占同年渗漏量的80%以上，流动沙丘集中渗漏补给期应在雨季或雨季中后期。另外，深层渗漏过程与降雨过程在量的动态变化上并无完全一致性，跟降雨量及降雨格局有很大关系。

从图3可以看出，流动沙丘200 cm以下累积深层渗漏量动态与累积降雨量变化具有相对一致性（P<0.05）。其中浑善达克沙地2017年累积降雨量192.2 mm，累积渗漏量1.8 mm，占同期降雨的0.9%；2018年累积降雨量294.0 mm，累积渗漏量18.5 mm，占同期降雨的6.3%；2019年累积降雨量203.4 mm，累积渗漏量4.3 mm，占同期降雨的2.1%；2017—2019年降雨量229.9±45.6 mm，年渗漏量8.2±7.4 mm，占同期降雨量3.1%±2.3%。毛乌素沙地2013年累积降雨量405.6 mm，累积渗漏量144.2 mm，占同期降雨的35.5%；2014年累积降雨量322.2 mm，累积渗漏量40.8 mm，占同期降雨的12.7%；2015年累积降雨量256.4 mm，累积渗漏量7.3 mm，占同期降雨的2.8%；2013—2015年降雨量328.1±61.1 mm，年渗漏量64.1±58.3 mm，占同期降雨量17.0%±13.7%。从图4还可以看出，累积渗漏量波动变化较大期均出现在9、10月后，即为集中渗漏补给期结束后，渗漏补给趋于平缓。

在降雨格局影响下，两沙地的深层渗漏量存在显著差异，对于降雨量较大且集中的毛乌素沙地，深层渗漏量变化与降雨动态变化一致性要好于降雨量较小且分散的浑善达克沙地。综合以上结果，如忽略质地的影响，从6年的监测结果看，前一年较大降雨会对当年深层渗漏量及动态有较大影响，对维持降雨补给地下水有很好的促进作用。

降雨是研究区流动沙丘深层渗漏的主要补给源，降雨格局对深层渗漏具有显著影响，降雨量、降雨频次、降雨强度的影响最大。从表2可以看出，两沙地降雨格局差异较大。

浑善达克沙地无论是日最大降雨量、较大降雨量次数及其占同期降雨的比例都为2018年最大，使得2018年渗漏日数、渗漏量最高（表2）；从2018年分布特征看，小雨等级（<10 mm）占总降雨量的53.3%；>10 mm降雨仅发生了7 d，占总降雨量的46.7%，其中最大的5 d降雨分别为14.6 mm（8月28日）、15.8 mm（7月11日）、22.0 mm（8月5日）、27.2 mm（8月27日）、34.6 mm（9月1日），日平均降雨强度最大为1.44 mm·h^-1，从表2还可以看出，2018年渗漏日数为141 d，远大于降雨日数；从渗漏补给日数分布看，<0.25 mm渗漏补给日数最多，占总补给日数的89.4%，占总渗漏量的67.6%；其中>0.25 mm渗漏量的15 d分布在9月2—17日，总渗漏量为6.0 mm，占总渗漏量的32.4%，此次渗漏补给过程正是最大一次降雨事件43.2 mm（8月26—29日，大雨事件）和第二大降雨事件35.8 mm（9月1—3日，大雨事件）两次事件叠加的渗漏补给过程。毛乌素沙地无论是日最大降雨量、较大降雨量次数及其占同期降雨的比例都为2013年最大，使得2013年渗漏日数、渗漏量最高；从2013年分布特征看，小雨等级（<10 mm）的降雨占总降雨量的37.7%；>15 mm降雨仅发生10 d，占总降雨量的53.3%，>20 mm的分别为38.0 mm（9月17日）、26.0 mm（9月16日）、24.6 mm（9月18日）、24.2 mm（7月14日），日平均降雨强度最大为1.58 mm·h^-1，结合渗漏量时间分布特征看（渗漏量峰值出现在9月18日，为14.2 mm），渗漏峰值出现在大降雨事件后；从表2还可以看出，毛乌素沙地各年渗漏日数均大于降雨日数，且2013、2014年远大于降雨日数；从渗漏补给日数分布看，<0.25 mm渗漏补给日数最多，均占总补给日数的67%以上，但从累积渗漏量看，2013、2014年<0.25 mm渗漏补给仅占总渗漏量的34.3%以下，2015年占到93.2%；2013年>1 mm的渗漏补给占到总渗漏量的77.6%。

浑善达克2018年第二大降雨事件35.8 mm（9月1—3日）后的渗漏补给过程见图4，此次补给应为连续降雨叠加后的渗漏过程，仅用来分析渗漏补给的滞后性和延时性，渗漏量数据为每5 h的叠加。从图中可以看出，较大降雨叠加后的40 h内渗漏补给过程为此次35.8 mm降雨前的稳定渗漏状态，40 h后受此次降雨叠加影响渗漏开始出现增加，105 h后深层渗漏量增加到峰值，110—180 h内为此次渗漏补给过程的高峰期，185—270 h为持续渗漏稳定期（此时在230、240、250 h处分别有1.4、1.8、0.2 mm降雨叠加，因为小降雨事件忽略对本次渗漏过程的影响），275 h后渗漏过程衰退，到达320 h后，渗漏过程回到此次降雨事件前的渗漏状态。

图4中毛乌素2013年9月16—17日降雨64.0 mm（降雨强度2.56 mm·h^-1），9月18日降雨24.6 mm（降雨强度4.92 mm·h^-1），此次渗漏过程也为两次降雨的叠加过程，同样也出现了2个渗漏峰值，第一个峰值出现在降雨后18 h，值为1.96 mm·h^-1，第二个峰值出现在降雨后48 h，值为2.52 mm·h^-1，316 h后渗漏过程也没有结束（之后又有降雨事件），期间累积渗漏45.8 mm，占同期降雨量的51.7%。

对比两沙地深层渗漏过程，可以看出，降雨量大小及其分布格局是影响流动沙丘深层渗漏的主要因素；其中浑善达克沙地的渗漏主要来自于持续而少量的水分补给，在2017年和2019年占总补给日数的100%，而毛乌素沙地2013年80%以上、2014年65%以上水分来自于> 0.25 mm的渗漏补给。总之，当降雨量较小时两沙地的深层渗漏是以持续、长时、量小的补给方式为主；降雨量较大（>15 mm）或者连续的小降雨事件会明显增加渗漏的补给量，且会减小水分渗漏滞后性，使其波动与降雨变化趋向一致。同时，在渗漏过程未结束时叠加的较大降雨事件会减小渗漏的滞后性和延迟性，使得渗漏峰值出现更早。

干旱、半干旱区沙地水分是植被建设的关键限制因子，该区土壤水分的主要来源为降水，同时，沙区湖泊主要为地下水补给。沙区深层土壤水分渗漏是沙区水循环中的关键环节，对分析土壤水分植被承载力具有重要意义。本研究中，流动沙丘降雨动态与深层渗漏动态具有相对一致性，这一结果与之前的研究一致^［12-14］，但降雨量动态与渗漏量动态两沙地并没有表现出完全一致性，这与之前的研究不同，主要为降雨格局的不同导致了深层渗漏量的动态变化。降雨格局对深层渗漏具有显著影响，深层渗漏过程具有明显的滞后性和延时性，降雨量、降雨频次、降雨强度的影响最大，这与之前的关于流动沙丘渗漏补给的研究结果一致^［12-18］。本研究中，浑善达克沙地流动沙丘渗漏补给主要来自于持续的、长时的、量小的渗漏补给，<0.25 mm渗漏补给日数最多，其中2017、2019年占总补给日数的100%；而毛乌素沙地渗漏补给2013年80%以上、2014年65%以上来自于>0.25 mm的渗漏补给。更进一步说明当降雨量较小时深层渗漏补给主要是持续的、长时的、量小的，而降雨量较大且>15 mm降雨事件增多时会明显增加渗漏补给量。从年降雨分布看，浑善达克沙地2018年降雨量接近平水年，而2017、2019均低于平水年，毛乌素沙地2013年为丰水年，而2014、2015年为欠水年，从深层渗漏动态图看出，毛乌素沙地2013年降雨405.6 mm是对2014年322.2 mm降雨有40.8 mm渗漏的有效补充，说明丰水年增加了土壤水分含量对下一年深层渗漏有一定补给作用，且连续欠水年会使深层渗漏明显减少。

综合以上结果，如忽略土壤质地的影响，两沙地深层渗漏量及特征的差异主要来自于降雨格局差异的影响，>15 mm的单次降雨或连续的小降雨事件对深层渗漏有很好的促进作用，大降雨事件发生后深层渗漏峰值会很快出现，并且在此次渗漏过程未结束时叠加的较大降雨事件渗漏峰值会出现更早；如前期无较大降雨事件提高土壤含水量，则单场35.8 mm的大降雨事件下，深层渗漏量也不足5%，且渗漏过程平缓，不会出现峰值。可以得出，大降雨事件或连续的小降雨事件不但会增加深层渗漏量，且会减弱深层渗漏滞后性，深层渗漏动态波动更加明显。

本研究是对流动沙丘自然条件下深层渗漏过程的实时动态监测，在分析沙区水循环时能够提供真实可靠的数据，能够对其他研究方法提供数据支撑。然而，深层渗漏过程是非常复杂的，降雨、气象、土壤等因素都是深层渗漏的影响因素。本研究中未对土壤含水量对深层渗漏过程的影响开展分析，这也是下一步研究的重点，同时，降雨叠加对深层渗漏过程的影响也是重点研究内容之一。