不同规格微型蒸渗仪测定土壤蒸发的试验研究

以陕北风沙土为研究对象,比较了微型蒸渗仪高度(10、15、20和25 cm)、内径(10和15 cm)和封底材料(薄铁皮和细纱布)对土壤蒸发测定结果的影响。结果表明,不同规格蒸渗仪测定的土壤蒸发量具有很好的相关性。当内径为10 cm时,土壤蒸发量的测定值随高度的增加而增加,高度为20 cm时的测定值显著大于10 cm时。当高度为10 cm时,将内径由10 cm增加至15 cm对土壤蒸发的测定没有显著影响。高度和内径一定时,将封底材料由薄铁皮换为细纱布时测定的土壤蒸发量显著增加。高度为20 cm时,土壤蒸发测定的精度最高,为98.5%,其次是高度为25 cm和15 cm时,精度分别为96.3%和93.5%。综合考虑精度和便捷性,推荐使用高度为20 cm、内径为10 cm且用薄铁皮封底的微型蒸渗仪。     

不同类型微型蒸发器测定土壤蒸发的田间试验研究

利用微型蒸发器(Micro-Lysimeter，简称ML)测定土壤蒸发是一种简单、有效的方法，在中国西北旱区有很大的利用价值，但目前还没有统一的ML设计标准，所以寻求适合西北旱区使用的ML类型具有重要的现实意义。该文利用不同直径、不同长度、不同材料以及不同封底情况的ML在西北旱区进行了砂土和壤土的蒸发测量试验。研究结果表明：测得的土壤蒸发量随ML直径的增大而减小，不同直径ML测得的蒸发量在0.05的水平下有显著差异，测量砂土蒸发采用直径为15 cm的ML效果较好，壤土采用10 cm的较为理想。直径较小的情况下，ML的长度对蒸发量的影响显著，直径较大时则不显著，ML的长度以20c m为宜。ML的制作材料和是否封底对蒸发测量也有显著影响，在西北旱区，采用PVC不封底的ML较好。     

滴灌条件下冬小麦田间土壤蒸发的测定和模拟

田间蒸发蒸腾总量(ETa)及其各分量的变化过程是农田水分利用与管理的主要依据。该文采用微型蒸发器(micro-lysimeters,MLS)对不同滴灌制度及覆盖处理下冬小麦田间土壤蒸发(Es)进行测定及评价。研究结果表明,滴灌条件下,采用内径10 cm,高度15 cm的MLS,在无降雨时每5 d换土能满足田间Es测定的精度要求(误差5%);滴灌条件下覆盖处理Es和Es/ETa均显著低于不覆盖处理,各处理的Es均值在0.98~1.30 mm/d之间,Es/ETa在33.0%~44.5%之间。此外,构建了基于灌水后天数(Dai)为自变量的Es简易估算模型,可在不获取表层土壤含水率的情况下,实现对滴灌条件下土壤蒸发较为精准的估算。该研究所建立的Es估算模型提供了滴灌农田Es的一种量化方法,确定的Es占ETa比例及其受覆盖等农艺措施的影响可为相关农业水管理实践提供科学指导。     

极端干旱区咸水滴灌林地盐结皮对土壤蒸发的影响

由于长期使用高矿化度咸水滴灌,土壤盐结皮在塔里木沙漠公路防护林带内广泛发育,它会对林带土壤蒸发过程产生重要影响。采用田间取样分析和微型蒸发器（MLS）人工控制试验相结合,分别研究了一个灌溉周期内盐结皮影响下林间裸地和防护林带内的土壤蒸发过程。结果表明,土壤水分蒸发量自表层向下层逐渐减少,且有盐结皮的土壤蒸发量小于无盐结皮土壤;土壤日蒸发量随着含水量的降低而逐渐减小,有盐结皮土壤前期高于对照,而后期低于对照;土壤累积蒸发量随着时间的变化逐渐增大,但增加量逐渐减小,有盐结皮土壤累积蒸发量小于对照;盐结皮对土壤蒸发的抑制效率随着时间的变化而不断降低,但裸地的降低速度高于林地;盐结皮抑制土壤水分蒸发的效果明显。     

FAM和尿素混施对土壤蒸发特性的影响

为深入了解（PAM）与肥料混施的作用和效果,确定农业应用技术参数,通过室内土柱模拟试验,分析PAM与尿素混施对土壤蒸发特性的影响。结果表明：1）0～10cm浅层混施,在PAM用量0、0．05％和0．1％水平下,12d内尿素4个处理水平（尿素中纯氮占干土的质量比0、0．1％、0．2％、0．4％）对蒸发的影响无差异,12d后,差异开始逐渐凸显,总体呈现随着尿素施用量的增加蒸发量减小的规律;在同一尿素水平下,累积蒸发量随着PAM用量的增加而减小;2）10～20cm深层混施,在同一PAM水平下,尿素4个处理中,不施尿素对照处理累积蒸发量最大,在同一尿素水平下,累积蒸发量总体呈现随着PAM用量的增加而减小的趋势;3）深施各处理土壤总蒸发量普遍高于浅施各处理,0～10cm浅层混施,前5d日蒸发量迅速下降,5～25d日蒸发量波动性缓慢下降,25d后日蒸发量趋于稳定;10～20cm深层混施,前10d日蒸发量波动性保持近似水平,12d以后开始逐渐下降,25d以后又趋于稳定;4）PAM和尿素处理,都抑制了土壤的蒸发,相对于尿素,PAM对蒸发的抑制作用更强。     

不同降雨强度下的草地土壤蒸发试验

在野外人工模拟了小雨至特大暴雨6级降雨强度,探讨了不同降雨条件下的草地土壤蒸发规律及土壤日蒸发量与其含水率和地温的关系,结果表明:气象条件一致时,不同降雨强度处理的土壤蒸发过程具有相同的阶段性特征,分为蒸发速率下降、波动和稳定3个阶段,天数分别为6 d,7 d和7 d。但土壤蒸发也有显著的差异性,表现在:(1)土壤蒸发量随降雨强度的增加而呈对数函数方式增长,特大暴雨处理的累计蒸发量为小雨处理的5.12倍;(2)蒸发降雨比随降雨强度的增大而减小,从小雨处理的0.89降至特大暴雨处理的0.15。土壤日蒸发量与其含水率和地温的相关关系说明,不同处理的土壤水热运移规律相同,均与浅层和深层的相关性强,而与中层的相关性弱,由此将0-120 cm土层划分为土壤水分大量散失的直接蒸发层(0-15 cm)、动态平衡的水分传输层(15-40 cm)和不断减少的间接补给层(40-120 cm)3个典型的水热耦合剖面层。     

不同砂石覆盖量对土壤水分及冬小麦生长过程的影响

为探讨不同砂石覆盖量对土壤水分运动和冬小麦生长的影响,进行了2014—2015年和2015—2016年遮雨棚下4种砂石覆盖量(0,23,46,69kg/m~2)的土箱试验研究。采用精度较高的重力传感器建立小型蒸渗仪观测系统,测定土壤水分动态变化。无麦和有麦情况下砂石覆盖量从0~69kg/m~2的处理名分别记为NW0、NW23、NW46、NW69及W0、W23、W46、W69。结果表明:(1)土壤贮水量随着砂石覆盖量的增加而增大,逐月土壤蒸发量、逐月蒸腾量、累积土壤蒸发量和累积蒸发蒸腾量均随砂石覆盖量的增加而减小。有麦的各处理土壤贮水量整体比无麦的低,有麦的各处理逐月蒸发蒸腾量比无麦的逐月土壤蒸发量高,累积蒸发蒸腾量亦比无麦的累积土壤蒸发量高。无麦情况下,第一、二年度3个覆盖处理比不覆盖处理的累积土壤蒸发量分别减少了11.6%~18.1%和28.5%~47.5%;有麦情况下,累积蒸发蒸腾量分别减少了2.2%~3.7%和0.7%~3.6%。(2)冬小麦的株高、叶面积指数、有效穗数、产量及水分利用效率均随着砂石覆盖量的增加而增大。第一、二年度3个覆盖处理比不覆盖处理的最大株高分别增长了5.3%~17.2%和1.0%~5.8%,最大叶面积指数分别增大了17.9%~74.6%和7.9%~28.2%,产量分别增大了6.6%~14.2%和12.3%~44.6%,水分利用效率分别增大了8.0%~16.2%和15.6%~67.1%。最适宜冬小麦生长的砂石覆盖量为69kg/m~2。进行砂石覆盖能够将冬小麦生长前期增加的土壤储水有效用于生长后期,从而对提高冬小麦产量和水分利用效率做出了重要贡献。     

西北干旱区农田土壤蒸发量及影响因子分析

为探究微型蒸渗仪在西北干旱地区农田裸土和覆膜条件下测量土壤蒸发的适用情况,深入分析影响土壤蒸发的主要因子,该研究应用多种不同的微型蒸渗仪方法对裸土和覆膜条件下的土壤蒸发进行测定,并采用茎流计-水量平衡的方法进行对比分析,采用偏最小二乘法综合评估土壤蒸发量的主要影响因素。结果表明,裸土条件下,可采用不封底(底部纱网)且不换土微型蒸渗仪测定土壤蒸发量。覆膜条件下,采用传统的"裸土微型蒸渗仪测定蒸发量乘以膜孔率"的方法测量蒸发显著偏低;"覆膜开孔"的微型蒸渗仪和裸土微型蒸渗仪测定的蒸发未见显著差异,通过与茎流计-水量平衡法对比分析发现,"覆膜开孔"的微型蒸渗仪方法测量结果为0.96 mm/d可近似的(略偏低)反映实际情况。在西北干旱地区覆膜条件下,尽管裸土面积占的比例很小(0.5%～5%),但土壤蒸发量依然较大,均值为1.02 mm/d。影响农田土壤蒸发的最主要因素是土壤含水量和太阳辐射,相对贡献率分别为23.9%和18.3%。     

黄土半干旱区刺槐林地土壤蒸发特性研究

对黄土半干旱区刺槐林内的土壤蒸发状况,进行比较系统的试验研究。试验采用微型蒸发器（Micro-lysimeters,MLS）,人为控制土壤水分梯度,对不覆盖、枯枝落叶物覆盖和苔藓覆盖3种处理的林地土壤蒸发进行了分析。结果表明,在不同土壤水分条件下,利用枯落物覆盖减小林地土壤蒸发效果晴天好于多云天,枯落物覆盖、苔藓覆盖与无覆盖相比,分别减少了20.15%～52.46%和11.11%～36.72%的土壤蒸发,枯落物覆盖效果好于苔藓;林地土壤蒸发量随土壤水分的增加呈上升趋势,当土壤含水量增加到一定临界值以后,林地土壤蒸发量由上升变为下降,表现出土壤水分对林地土壤蒸发具有明显的阈值反应,土壤含水量的临界值分别为14.2%（枯落物覆盖）和16.8%（不覆盖）;基于林地土壤蒸发量（E1）与水面蒸发量（E0）的观测数据,利用STATISTICA软件统计分析,建立林地土壤蒸发模型,可用于林地土壤蒸发量的估算,为林地土壤水分管理提供理论依据。     

绿色保湿增肥块的土壤保湿效果研究

为了减少土壤水分蒸发和增加土壤养分含量,通过盆装试验,研究了绿色保湿增肥块的保湿效果。绿色保湿增肥块由有机秸秆与保水剂黏合压制而成,吸水后会迅速膨胀分解,在土壤中形成透气层,为植物根的生长提供有利的条件。试验结果表明:绿色保湿增肥块能够有效地减少土壤水分的蒸发,平均蒸发量处理Ⅰ为35.82 g/2d,处理Ⅱ为33.79 g/2d,分别比对照的37.59 g/2d减小了4.94%和11.25%;与对照相比,试验结束时处理Ⅰ和处理Ⅱ的土壤含水量分别提高了14.24%和30.63%。本试验中温度和空气湿度是影响土壤水分蒸发的主要因素,最大蒸发量为145 g/2d,最小蒸发量为0,变化较大。     

穴状衬膜客土基盘水盐动态对比研究

通过对试验地泥质盐化土进行穴状衬膜和配置客土基盘等措施的改造,并对含盐量不同的Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号台田穴内穴外水盐动态数据进行收集,研究减少大规模客土绿化,简单而又切实可行的盐碱地绿化种植模式。结果表明:Ⅰ号、Ⅱ号、Ⅲ号台田穴内含水率值及电导率值与穴外相比,穴内平均含水率值均高于穴外,且靠近苗木根系处20—40cm土层含水率值达到最大;穴内的平均电导率值均低于穴外,且在60—80cm土层由于石砾隔盐层的排盐阻盐作用电导率值最低。研究结果表明:穴状衬膜客土基盘能够有效地减少栽植穴内水分蒸发渗透和穴外土壤盐分的渗入,起到了保水阻盐的作用,为苗木生长提供了一个良好的局部土壤环境。因此,此造林模式可降低土壤含盐量,进而提高苗木的成活率和保存率,比单纯客土造林费用低,加之操作简单易于实现,具有广阔的推广前景。     

掺砂对土壤水分入渗和蒸发影响的室内试验

通过掺砂调控农田土壤水分入渗和蒸发,对新疆干旱绿洲农田抑盐、保水及合理的掺砂制度制定具有重要意义。该研究以不同的掺砂率为影响因子进行土柱模拟试验,设置了4个掺砂率水平,分别是0（对照）、25%、50%、75%。结果表明：不同掺砂率条件下湿润锋和累积入渗量与入渗历时有显著地乘幂关系,影响顺序为75%＞50%＞25%＞0,且在掺砂率≥25%影响幅度较大;不同掺砂处理对土壤水分蒸发过程同样也有显著地影响,随着掺砂率的增加,土壤蒸发显著减弱,随着掺砂率的增加,抑制土壤蒸发越强,且在掺砂率≥75%时有较大幅度影响。土壤在连续20 d蒸发过程中,各个处理的土壤累积蒸发量随时间的关系和Rose经验公式拟合度高; 不同掺砂处理能显著提高土壤掺砂层以下的土壤含水率,随着掺砂率的增加而增加,其中掺砂75%时最高。     

南方温室内空气循环式蓄热除湿系统的保温效果

为探索南方温室内空气循环式蓄热除湿系统的保温效果,设置了空气循环式冷凝除湿（冷凝处理）、土壤地面地膜覆盖降湿（覆盖处理）和普通换气除湿（对照）三种处理,观测了不同条件下温室内的气温和地温变化数据。结果表明：在晴天除湿系统运行期间,冷凝处理温室内下层气温明显比对照和覆盖处理的高,分别高0．9—2．7℃和0．2～1．7℃;在阴雨天（不启动除湿系统）,冷凝处理温室内各层的气温均高于或等于对照和覆盖。典型晴天,冷凝处理的5cm、10cm、15cm、20cm地温比对照分别高1．0～2．1℃、1．0～1．5℃、1．2～1．5℃、1．4～1．6℃。全年气温最低的1月份,冷凝处理温室下层的日平均气温均高于对照和覆盖,分别高0．1～2．3℃和0．1～1．5℃,其中高于0．5℃以上的天数分别为17d和18d。说明在南方地区冬季,空气循环式冷凝除湿系统具有明显的保温效果。     

A re-examination of closed flux chamber methods for the measurement of trace gas emissions from soils to the atmosphere

The most widely used method for measuring the emission of a trace gas such as N₂O from soil to the atmosphere involves the accumulation of the gas under closed chambers followed by sampling and analysis (by gas chromatography or infrared methods). These chambers can affect the gas exchange, and so improved designs have been proposed. We have tested their performance. One design includes a vent tube to allow ambient pressure fluctuations to occur also inside the chamber. We tested it against a sealed version on two different grassland sites during N₂O peak emissions in spring 1997. On a welldrained soil with a fairly large air permeability vented chambers yielded fluxes as much as five times those of sealed chambers, depending on wind speed. By contrast, on a heavier and wetter soil with smaller air permeability vented chambers averaged only 88% of the fluxes observed with sealed chambers. The effects of venting cannot be explained solely on the basis of mean pressure differences inside and outside the chamber. It seems more likely that wind blowing over the vent depressurizes the chamber (Venturi effect), resulting in significant gas flow from the more permeable soil into the interior of the chamber. The opposite trend for the less permeable soil suggests that diffusion losses through the vent tube are greater than the increase in concentration due to soil gas flow. Venting can create larger errors than the ones it is supposed to overcome.     

地膜残留量对新疆棉田蒸散及棵间蒸发的影响

为探讨残膜对干旱区农田蒸散耗水特征的影响,在新疆阿克苏典型覆膜滴灌棉田开展2 a小区试验研究,设计0、225、450 kg/hm2共3种不同的地膜残留量,采用水量平衡法,微型棵间蒸发仪法,于主要生育时期测定并计算土壤含水量、蒸散量、棵间蒸发量、作物蒸腾量、棵间蒸发占蒸散的比例。结果表明:随着地膜残留量增加棵间蒸发量、棵间蒸发占蒸散的比例呈增大趋势,而蒸散量及作物蒸腾量则逐渐减小。与无残膜处理相比,225和450 kg/hm2处理全生育期田间无效耗水的棵间蒸发量分别增加了9.27和22.20 mm,棵间蒸发占蒸散的比例增幅分别为2.6%和6.1%,作物蒸腾量降低34.89和55.94 mm。在棉花生育期内,棵间蒸发占蒸散的比例(E/ET)与叶面积指数(leaf area index,LAI)呈幂函数关系,各处理间棵间蒸发占蒸散的比例对叶面积指数的响应差异不同,450 kg/hm2处理蒸发占蒸散的比例随着LAI的增加,曲线下降趋势较明显;无残膜处理棵间蒸发占蒸散的比例与LAI的决定系数最高,均在0.9以上。土壤水分利用率也随残膜量的增加依次降低,当残膜量由0增加到450 kg/hm2时,土壤水分利用率从28.25%降至24.91%,可见,残膜增大了农田的无效耗水,不利于土壤水分的有效利用。研究可为制定缓解或克服残膜危害的应变调控技术提供依据。     

A LABORATORY METHOD TO MEASURE GAS DIFFUSION AND FLOW IN SOIL AND OTHER POROUS MATERIALS

An apparatus was constructed to measure diffusivity of krypton-85 and gas permeability in an enclosed core of soil of field structure or in other porous material. Sample enclosure decreased water loss by evaporation, reduced mass flow caused by changes in ambient temperature and pressure during diffusion measurement, and allowed subsequent measurement of gas permeability without further sample disturbance. When a bundle of tubes was used as a test sample to calibrate the apparatus, the resistances to diffusion and viscous flow agreed approximately with those calculated from the tube size and number. Gas movement was measured in dry sieved soil and in undisturbed cores of silty loam soil to illustrate the practical value of the method. In the dry cores, diffusivity relative to free air (D_A/D_o) was greater in ploughed soil, 0.18, than in direct drilled soil, 0.14, nearly in proportion to the greater air porosity in the ploughed soil, but air permeability in ploughed soil was four times greater than in direct drilled soil and was about 1 000 times greater than in compacted sieved soil.     

土壤盐结皮人工培育及其破损程度对土壤蒸发的影响

土壤盐结皮在干旱半干旱区广泛发育,对地表土壤水文过程具有重要影响,而外力对盐结皮的机械破损干扰现象普遍存在。该文以塔克拉玛干沙漠流动风沙土为例,通过室内试验利用不同矿化度(5、10、20和30 g/L)的不同盐溶液(NaCl、Na_2SO_4、CaCl_2、KCl)模拟咸水灌溉下盐结皮的形成发育过程,根据盐结皮理化性质确定了其最适人工培育条件,并在此基础上模拟了盐结皮不同破损程度(破损100%、破损50%、破损25%和无破损)影响下的土壤蒸发过程。结果表明:盐结皮的硬度、抗剪切力、pH值和电导率通常随着灌溉水矿化度的增加而增大,采用30g/LNaCl溶液培养盐结皮厚度和硬度均较大;土壤日蒸发量随盐结皮破损程度的增加而增加,并随灌水天数呈递减趋势;土壤累积蒸发量随灌水天数以及破损程度的增加而增大,盐结皮破损100%的土壤日蒸发量和累积蒸发量与其他各处理之间有显著性差异;盐结皮对土壤蒸发的累积蒸发抑制效率随灌水时间的延长呈递增趋势,随破损程度的增加而降低,盐结皮无破损处理的累积蒸发抑制效率最高达58.84%,而破损50%的处理最大仅为30.20%。总之,土壤盐结皮的人工培育在方法上是可行的,其对土壤水分蒸发具有明显的抑制作用,且其破损程度对蒸发过程具有显著影响。这对于揭示干旱半干旱区盐渍土壤水文过程和指导水土资源的合理利用具有重要意义。     

沙漠人工植被区生物结皮类土壤的蒸发特性——以沙坡头沙漠研究试验站为例

沙漠人工植被区的建立有助于生物结皮的形成和发育，它将显著改变植被区土壤的持水性能和蒸发过程。利用室内蒸发法研究了流沙和沙漠植被区生物结皮类土壤的蒸发特性。结果表明，随固沙年限的延长生物结皮层及其下的亚土层逐年增厚、容重下降、土壤持水能力增加，且苔藓结皮优于藻类结皮。当土壤样品完全饱和后，生物结皮土壤的蒸发量明显高于流沙，苔藓结皮高于藻类结皮，并随固沙年限的延长而增加；但是蒸发过程表现出明显的阶段性（P〈0．05）。在蒸发的第一阶段（速率稳定阶段），与流沙相比生物结皮的存在有利于蒸发；但在蒸发的第二阶段（速率下降阶段）生物结皮却抑制蒸发。分析后认为，正是生物结皮具有较高的持水能力，在蒸发的第一阶段增加了水分被蒸发的可能性；当土壤干旱时，结皮可以将水分束缚在土壤中从而抑制了蒸发。     

砂性层状土柱蒸发过程实验与数值模拟

为了了解不同类型层状土柱蒸发特性,利用砂土和砂黄土2种土壤,设置3种不同厚度分层土柱(11.25、22.5、45 cm)和2种均质对照土柱,测定了土柱蒸发过程中累积蒸发量、相对蒸发速率和剖面含水量的变化;同时利用2种均质土柱排水过程优化的土壤水力参数和Hydrus-1D模型对2种均质土柱和3种不同类型层状土柱蒸发过程进行模拟分析。结果表明,均质砂黄土蒸发第一阶段持续长达34 d,累积蒸发量显著高于均质砂土和其他3种不同类型分层土柱,土柱剖面含水量变化进一步证明表层覆盖砂土可显著抑制土壤蒸发。利用排水过程优化的水力参数,HYDRUS-1D可以较好地模拟层状土柱蒸发过程。研究结果对干旱半干旱区土壤水分管理具有指导意义。