层状土壤是土壤剖面中普遍存在的土壤结构，是土壤自然形成过程中的产物。在层状土壤中，层与层之间，土壤质地的不同，导致土壤水分运动参数也不同（如饱和导水率、饱和含水量、容重等等），进而直接影响土壤的入渗、蒸发，并且有可能产生指流。因此，土壤层次的划分对土壤水分运动研究具有重要意义。而土壤水分运动的研究是确定土壤水分与作物生长关系，发展节水农业的关键，且粮食安全、生态环境改善等都与土壤水分有关。　　本文以河南省新乡市中国农业科学院新乡农业水土环境野外科学观测试验站中农田为研究对象，通过在试验站内布设试验器材（自动土壤水分观测仪）、进行相关野外试验，以及室内实验和数据分析，确定了研究区层状土壤的层次划分。并根据相关实验数据，在VIP模型(Vegetation Interface Process)框架下，基于土壤水动力学中的非饱和土壤水分运动的基本理论——Richards方程，建立了田间一维层状土壤水分运动的数学模型，完善VIP模型中土壤水分运动模块，得到土壤含水量、叶面积指数和产量等模拟值，并和实测值进行对比分析。　　主要研究成果如下:　　1、本文在野外条件下采集土样，并在室内进行一系列的土壤水分相关试验和数据分析。通过对土壤水分相关参数的特征分析和聚类分析，发现试验站点0-160cm厚度的土壤可以分成0-50cm、50-80cm、80-140cm和140-160cm等4个层次。并根据聚类分析和主成分分析的结果，确定土壤分层因子的重要性次序:滞留含水量＞饱和含水量＞饱和导水率＞土壤容重＞非毛管孔隙度。　　2、结合比较成熟的植被界面模型(VIP模型)，在田间实测数据的基础上，建立了一维层状土壤水分运动数学模型，进而完善VIP模型中土壤水分运动模块，并用Warrick试验算例对模型的程序进行了初步的检验，模拟结果与Warrick试验结果比较吻合。　　3、仪器观测值与模型模拟值随时间变化趋势是一致的，观测值和模拟值出现峰值的时间均发生了降水，模型的模拟值具有一定的可信度;在浅层(0-40cm)土壤中，土壤含水量的实测值和均质土壤水分模拟结果比较接近;而在深层土壤中(50-100cm)，实测值和层状土壤水分模拟结果比较接近;模型的模拟值与实测值之间的平均相对误差(MRE)和均方根误差（RMSE），均在一个比较小的变化范围内，模型的可信度都比较高。综上，层状土壤水分模拟结果较好，且可信度比较高。层状和均质土壤条件下的VIP模型对LAI的模拟值接近，但比实测值大，实测值和模拟值随时间的变化趋势一致;对作物产量的模拟相对比较精确。近10年来，小麦生长期始末贮水量变化量在减少，玉米生长期始末贮水量变化量在增加;叶面积指数整体变化曲线不够明显，但呈逐年减小的趋势;玉米的产量在逐渐减少。