4.1 试验设计与方法
4.1.1 试验区概况
试验基地位于新疆鄯善瓜果开发研究中心，地理坐标为北纬42.91°，东经90.30°，海拔419m。年降雨量25.3mm，年蒸发量2751mm，全年日照时数为3122.8h，10℃以上有效积温4525℃以上，无霜期达192d。葡萄品种为无核白，1981年定植，树龄28年，大沟定植，东西走向，沟长54m，沟宽1.0～1.2m，沟深0.5m左右；株距约1.2～1.5m，行距3.5m；栽培方式为小棚架栽培，棚架前端高1.5m，后端高0.8m。试验地40cm以上土层的土壤质地为砂壤土，40cm以下为土石混合介质。
4.1.2 垂直一维土石混合介质入渗试验
本试验所用细土和碎石均取自1号地，土样风干后过2mm筛，用马尔文激光法测定细土的颗粒组成，划分标准采用美国农业部的分级标准，最终确定细土土壤质地为砂壤土，土壤质地分析见表4-1。试验时，细土容重控制为1.5g/cm3。碎石用自制的筛子筛选出所需粒径，碎石基本物理参数的测定结果显示，碎石容重为2.66～2.71g/cm3，其初始含水量和饱和含水量均非常小。细土和碎石的基本物理参数详见表4-2。
表4-1 土壤质地分析
表4-2 细土和碎石基本物理参数
试验选取四种碎石粒径（0.5～1cm，1～2cm，2～3cm，3～5cm），五种碎石含量（质量含量分别为10%，20%，30%，40%，50%）。每种粒级下，进行5个不同含石量的积水入渗试验，将均质土作为对照，共20组试验（粒级为3～5cm，含石量为50%时，碎石与细土难以混合均匀，故取消该组试验）。每组试验均设三次重复。
试验采用马氏瓶供水，内表面积30cm2；试验土柱长100cm，内径8cm，取样孔间隔2.5cm，如图4-1所示。试验时，水头均为3cm。试验前，先计算每层（5cm）所需的细土重量和碎石重量，再将称量好的细土和碎石人工搅拌均匀，填装入土柱，直至装满，静置24h；供水前，将水头调整为3cm（即马氏瓶进气口与土柱进水口距离3cm），开始供水后，连续记录马氏瓶水位值和土柱湿润锋深度，待入渗深度达65cm时停止供水，并取土测定含水量剖面。
图4-1 垂直土柱试验装置（单位：cm）
4.1.3 水平一维土石混合介质入渗试验
本试验所用细土和碎石与垂直一维入渗试验相同。试验方案见表4-3，其中编号1～6组试验分析碎石含量对土石混合介质水分入渗特性的影响，编号6～9组试验分析碎石粒径对土石混合介质水分入渗特性的影响，每组试验均设三次重复。
表4-3 水平一维入渗试验方案
图4-2 水平土柱试验装置（单位：cm）
试验采用马氏瓶供水，水平土柱长40cm，内径8cm，取样孔间隔2.5cm，如图4-2所示。试验时，水头均为零水头。试验前期准备工作与垂直一维入渗试验相同，待入渗长度达30cm时结束试验，取土测定含水量剖面。
4.1.4 土石混合介质饱和导水率测定
本试验采用定水头法测定饱和导水率，所用细土和碎石以及试验内容与垂直一维入渗试验相同，每组试验均设三次重复。试验装置如图4-3所示，供水装置采用简易马氏瓶，容量20L，装土容器为PVC管，内径110cm，高30cm。装土时，PVC管最下层先装5cm厚的粗料，然后分层装入土石混合介质（共2层，10cm）。试验时，将水头调整为5cm，使水分自下而上湿润土体，待其饱和后有水从PVC管上部出水口流出时，用烧杯盛接出流液，过滤后称重，连续记录相同时间内出流液的重量，待相同时间内出流液的重量相等时，结束试验。
图4-3 饱和导水率试验装置（单位：cm）
4.1.5 土石混合介质水分特征曲线测定
土石混合介质水分特征曲线的测定采用张力计法，试验装置如图4-4所示。试验材料及内容同水平一维入渗试验，每组试验均设三个重复。装好土后加水并密封，使其饱和且水分分布均匀后观测张力计读数，同时称重测定土壤含水量，然后打开密封盖，使其自然蒸发24h后再次密封24h，之后观测张力计读数并称重测定土壤含水量，如此反复，直至张力计读数接近最大量程。
图4-4 土壤水分特征曲线测定
图4-5 土石混合介质点源及其交汇入渗试验（单位：cm）
4.1.6 土石混合介质点源及其交汇入渗试验
本试验所用细土和碎石与垂直一维入渗试验相同。试验选取的碎石粒径为2～3cm，碎石含量为10%、30%、50%，将纯土作为对照，共进行4组试验，每组试验均设两个重复。滴头流量为1.25L/h，水量为10L，滴头间距为60cm，将1/4湿润体作为研究对象。试验采用简易马氏瓶供水，有机玻璃土箱尺寸为60cm×60cm×80cm，滴头用医用输液器代替，如图4-5所示。试验前，将土石混合介质分层装入土箱，试验时，连续观测马氏瓶读数、积水半径、水平湿润半径、垂直湿润深度以及湿润体形状，待入渗水量达设计水量时结束试验，取土测定含水量剖面，如图4-6所示，取土点布置在滴头至水平湿润锋、滴头连线及其中垂线上，水平方向和垂直方向上每5cm布设一个取土点，取样方向为自上而下，至湿润锋处停止取土。
图4-6 土石混合介质点源及其交汇入渗试验取土示意图（单位：cm）
图4-7 田间点源及其交汇入渗试验取土示意图（单位：cm）
4.1.7 田间点源及其交汇入渗试验
本试验在田间葡萄棚架下进行，试验供水装置和输水装置同图4-5。点源入渗试验选取三个滴头流量（1.5L/h、2.7L/h、3.6L/h），三个灌水量（15L、20L、30L），共进行9组试验，每组试验均设两个重复；交汇入渗选取三个滴头流量（1.5L/h、2.7L/h、3.6L/h），两个滴头间距（30cm、50cm），共进行4组试验，每组试验均设两个重复。试验前，先将地整平，试验时连续观测马氏瓶读数、积水半径和水平湿润半径，待入渗水量达设计水量时结束试验，取土测定土壤含水量剖面，如图4-7所示，取土点布置在滴头至水平湿润锋、滴头连线中垂线上，水平方向和垂直方向上每10cm布设一个取土点。