海河平原是我国农业生产基地和商品粮生产基地。水资源紧缺是制约该区域国民经济可持续发展的瓶颈。该区农业生产用水量占区域总用水量的70%以上。能被农作物直接利用的水分形式是土壤水,而农田灌溉只是田间降雨形成的土壤水不足的补充。要缓解区域水资源紧缺状况,减少农业耗水、提高农田水分生产效率是关键,这必然要求区域的农业生产方式和农田结构形式应该按照“适水发展”的原则,与区域的土壤水资源状况相适应。因此进行区域土壤水资源评价和高效利用研究对于降低农业生产消耗传统水资源(重力水),缓解区域水资源供需矛盾具有重要的理论意义和现实意义。本文以保定平原为例,进行了农田土壤水资源评价与高效利用研究。主要研究内容与成果如下:(1)土壤水资源评价研究基本理论的分析与阐述。本文分析了土壤水资源与土壤水的关系、土壤水资源的概念和特性,阐述了土壤水资源的研究内容、评价指标和评价方法,明确了土壤水资源评价层概念和方法,运用水量平衡原理,提出了在地表产流上基于超渗产流模型计算,在评价层以下损失量上基于蓄满产流模型计算,在无效降雨上基于冠层截留模型计算的土壤水资源计算模型。(2)保定平原区土壤水资源数量评价。运用本文建立的土壤水资源评价模型,利用保定平原区雨量测站1956-2012年长系列降水量资料进行了频率分析,确定了代表年,得到了计算不同水文年的土壤水资源量的日降雨量;基于冠层截留模型计算无效降雨;基于超渗产流模型计算地表径流;基于蓄满产流模型计算评价层以下的入渗损失量;综合考虑土壤水资源形成过程中的损失量,利用逐日降雨量与逐日损失量和之差得到周年土壤水资源量;明确了保定平原区土壤水资源的时间分布特征和空间分布特征,为区域种植结构调整提高水资源利用效率奠定理论基础。(3)土壤水资源田间调控试验研究。针对河北保定平原区的自然降水特点,以具有显著节水增产效果的地膜覆盖技术为中心,通过棉花和花生覆膜的田间试验,研究了覆膜对田间土壤水资源量及其利用的影响。利用降雨前后棉田根系利用土层内土壤水的变化量计算降水量转化为土壤水资源量,明确了覆膜对土壤水资源补给增加的影响;采用水量平衡法计算了棉花各生育阶段的土壤水资源利用量,明确了覆膜对土壤水资源的消耗减少的影响;基于虚拟水的理论对覆膜的节水增产效果进行了评价,建立了同等产量条件下覆膜增加土壤水资源利用量评价模型。(4)土壤水资源高效利用调控体系。本文在分析保定平原区土壤水资源与主要农作物生育期需水的耦合特性的基础上,依据适水发展理论和田间试验调控效果,建立了以保定平原农田土壤水资源高效利用为核心的宏观作物层面调控措施体系和微观界面层面调控措施体系。