不同覆膜开孔率下土壤水分和潜水蒸发的模拟研究

为研究蒸发阶段不同覆膜开孔条件下土壤水分运动,在室内进行蒸发模拟试验的基础上,采用HYDRUS-1D模型对不同覆膜开孔率和大气蒸发能力条件下土壤剖面含水率和潜水蒸发量动态变化进行了模拟,并与实测资料进行比较。结果表明:土壤剖面含水率同时受大气蒸发能力和覆膜开孔率的共同作用,随覆膜开孔率和大气蒸发能力的增加,土壤剖面含水率减小,且上层土壤含水率差异比下层土壤明显;覆膜开孔率和大气蒸发能力一定时,土壤剖面含水率在蒸发初期有所增加,蒸发后期基本保持稳定;覆膜对潜水蒸发的阻滞作用明显,但开孔率增加到一定数值时,表层盐分的影响大于覆膜的影响,使土壤含水率增大,累积蒸发量减小。经实测数据验证,模型精度较好,表明HYDRUS-1D模型用于不同覆膜开孔率下的土壤水分运动模拟是可行的。     

初始湿度对覆膜开孔蒸发水盐运移的影响

为了解初始含水率(湿度)变化对覆膜开孔蒸发的盐分与蒸发量的定量关系,通过不同湿度土壤的室内蒸发实验,研究了覆膜开孔率影响下土壤水分和盐分的运动特征.结果表明,初始含水率越大,不同覆膜条件下累积蒸发量越大,单位膜孔面积累积蒸发量(E_R)随开孔率增大而急剧减小.不同初始湿度的ER与覆膜开孔率的关系可用乘幂表示;表土返盐量随覆膜开孔率的增大而逐渐增加;不同含水率土壤的盐分浓度削面分布趋势一致,含水率越大,表层盐分浓度越大,含水率较小的土壤.盐分浓度在表层最大.在盐分含量最低点附近达到最小值,表层以下4-13cm的盐分浓度均小于初始值;不同覆膜开孔率条件下不同含水率土体剖面盐分浓度与垂直位置之间可用幂函数表示.研究表明,初始湿度对土壤水盐运动的影响存在定性特征,而覆膜开孔率对水盐运动的影响有定量关系可循.     

滴灌覆膜开孔蒸发三维空间水盐运移实验研究

通过滴灌入渗结束的覆膜开孔蒸发实验,分析了土表覆膜开孔率对累积蒸发量随时间变化趋势的影响。累积蒸发量与时间平方根的线性关系符合Gardner的理论关系,而两者关系的系数又与覆膜开孔率之间存在良好的对数关系,从而得出了累积蒸发量的两因素函数关系。这一结果发展了Gardner的理论关系并将其应用于覆膜开孔蒸发的实践上。对相对累积蒸发量和单位膜孔面积的累积蒸发量随开孔率变化的函数特征进行了定量分析,并分析比较了全覆膜和不覆膜蒸发条件下含水率、含盐率和盐分浓度特征,做出了相应水盐特征的等值线图。     

覆膜不同开孔程度蒸发条件下土壤水热变化动态研究

覆膜灌溉播前铺膜通常无法覆盖全田面 ,而播种后需为作物破土预留出苗孔 ,覆膜灌溉时还需增设灌水孔 ,对上述各类孔的问题 ,可采用覆膜开孔率来统一表征。到目前为止 ,尚未见国内外关于覆膜开孔蒸发的水热耦合迁移方面的报道。在研制了室内蒸发水热动态观测实验系统的基础上 ,本文根据剖面初始含水率均匀的覆膜开孔蒸发土壤水分和温度的动态观测资料 ,分析了土壤温度变化规律及剖面水分的降低趋势 ,并建立了覆膜开孔蒸发的累积蒸发量、相对累积蒸发量及单位膜孔面积累积蒸发量随时间和不同覆膜开孔率变化的函数关系。分析结果表明 ,不同覆膜开孔率控制下的累积蒸发量与时间平方根之间均符合Gardner提出的裸土蒸发理论关系。该结果发展了传统的Gardner方程 ,拓展了该关系的应用途径 ,对今后进一步研究覆膜开孔蒸发的水热运动规律有重要意义。     

残膜对土壤水分入渗和蒸发的影响及不确定性分析

为探究残膜对土壤水分入渗和蒸发过程的影响规律,通过室内土柱试验,设置6个残膜量水平(0、80、160、320、640和1 280 kg/hm2),研究了残膜对湿润锋运移、土壤水分分布、累积入渗量和累积蒸发量及其不确定性的影响。结果表明:随残膜量增加,湿润锋垂直运移速率和累积入渗量逐渐减小;残膜量80 kg/hm2时,湿润锋运移速率大幅下降;累积蒸发量随残膜量增加而递减而蒸发系数呈递增趋势,土壤保水能力减弱;随残膜量增加,0~10和20~45 cm含水率呈降低趋势,而土壤水分的变异系数呈增加趋势,残膜加剧了土壤水分垂直分布的变异性,残膜量320 kg/hm2的处理会出现表土层"板结"现象;基于Gibbs抽样算法分析表明,Kostiakov入渗模型和Rose蒸发模型各参数的95%后验置信区间上下限的差值和标准差均随残膜量增加而增大,累积入渗量和累积蒸发量的95%后验置信区间面积呈增大趋势,土壤累积入渗量和累积蒸发量的不确定性随残膜增多而增强。该研究可探明残膜污染区的土壤水分运动规律,并为提高Kostiakov模型、Rose模型的模拟效率和模拟精度提供参考。     

覆膜开孔土壤蒸发的水盐分布特征及运移规律研究

在干旱半干旱的新疆地区,覆膜灌溉面积在逐年增加。但由于田间地膜覆盖率无法达到100%,同时出苗孔和灌水孔的存在使得研究覆膜灌后地表覆膜开孔率不同时蒸发的水盐运动很有必要。为获得覆膜开孔蒸发的土壤水盐分布特征,采用垂直一维入渗蒸发双层有机玻璃土柱实验系统进行蒸发试验。以概化的覆膜开孔率为上边界条件,针对初始水盐均匀和入渗结束后的蒸发两种处理,研究了覆膜开孔率影响下,蒸发土壤含盐量剖面和盐分浓度剖面的分布特征。结果表明,对水盐均匀处理,剖面盐分浓度可采用含水率及开孔率的函数关系表达;而对入渗蒸发处理,剖面盐分浓度随覆膜开孔率的范围不同可采用不同的指数形式表达。表土10cm返盐量随覆膜开孔率的增大而逐渐增加。单位膜孔面积的返盐量随覆膜开孔率的增加而减小,呈幂函数关系。此外,相同开孔率条件下,单位膜孔面积上蒸发量(ER)与土表10cm返盐量(Wsm,10)之间呈良好的线性关系。     

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%。     

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。     

干旱荒漠区排矸场不同覆盖类型对土壤水分蒸发的影响

[目的] 在水分匮乏的干旱荒漠区煤矿废弃地植被恢复过程中，研究不同边坡覆盖模式对土壤水分蒸发的影响，为干旱荒漠区矿区废弃地生态恢复模式优化与完善植被恢复技术提供科学依据。[方法] 以中国西北干旱荒漠区煤炭基地废弃地——排矸场为研究对象，研究不同覆盖类型排矸场边坡土壤水分蒸发和表层土壤水分的变化。试验设置了草帘、生态毯和液态地膜3种覆盖类型，以无覆盖为对照。[结果] 干旱荒漠区煤矿排矸场边坡表层土壤含水量基本呈随着坡位降低而增加的变化规律；蒸发试验进行初期各覆盖处理的土壤日蒸发量较大，随着时间推移日蒸发量逐渐降低，草帘覆盖下的平均土壤日蒸发量最低，与无覆盖处理之间的变化差异达到显著水平（p<0.05）；3种覆盖与无覆盖处理下的土壤水分累积蒸发量在排矸场边坡的不同坡位均表现出逐步上升的规律，无覆盖措施的土壤累积蒸发量增加较明显，草帘覆盖、液膜覆盖和生态毯覆盖措施下的土壤累积蒸发量分别比无覆盖措施减少了38.4%，24.2%和20.6%，坡面覆盖处理的土壤累积蒸发过程符合线性函数关系。[结论] 在草帘、生态毯和液态地膜3种覆盖类型中，草帘覆盖下的土壤含水量较高，草帘是减少边坡表层土壤水分蒸发量最为适合的覆盖措施。     

不同砂石覆盖度和粒径对土壤水分蒸发的影响

为探讨不同砂石覆盖度和砂石粒径对土壤蒸发的影响,进行室内蒸发模拟试验。通过5个覆盖度(0,25%,50%,75%和100%)和2个砂石粒径(0.5cm和1cm)处理,历经10d的土柱蒸发试验,研究土壤蒸发量随蒸发时间的变化及蒸发剖面含水量的分布规律。结果表明:砂石覆盖能有效抑制土壤累积蒸发量的增长,覆盖度越大,粒径越小,其抑制效果越明显,蒸发越趋于平稳。不同砂石覆盖度下的累积蒸发量与时间变化符合Gardner理论关系,累积蒸发量与时间和覆盖度间存在两因素函数关系,从而得出蒸发速率与时间和覆盖度的两因素函数关系。砂石覆盖能降低土壤蒸发速率,保持土壤水分,覆盖度越大,土壤蒸发后的剖面含水量越大。相比于塿土,相同粒径条件下砂石覆盖对砂土蒸发的抑制作用更有效。     

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。     

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。     

不同类型重构土壤水分运移特征

为探究不同类型重构土壤对水分再分布过程和土壤持水量的影响,该研究以砒砂岩、砂黄土和粗砂土为试验材料进行室内土柱试验,设置5种不同类型重构土壤(砒-粗、砂-粗、砒-砂-粗、砂-砒-粗、混-粗),测定各处理在入渗过程、排水过程以及蒸发过程中土壤水分的动态变化;同时利用Hydrus-1D模型对不同类型重构土壤的入渗和蒸发过程进行模拟分析。结果表明,有砒砂岩层存在的重构土体对入渗过程有明显阻滞作用,且砒砂岩层越厚、位置越靠上阻滞效果越明显,土柱达到稳渗时稳渗率越低;蒸发过程中,砒-砂-粗处理累积蒸发量为52 mm,显著高于其他重构土壤(P<0.05),而砂-砒-粗处理土柱累积蒸发量最小(32.1 mm),蒸发结束时相对蒸发速率低至0.07;在蒸发过程中,上细下粗型层状重构土壤水分损失来自表层土壤和下层粗砂土。利用优化后的土壤水力参数和Hydrus-1D模型可以较好地模拟重构土壤水分运动过程。较低的均方根误差和高的决定系数证明模型能准确模拟各类型土柱的累积排水量、累积蒸发量和蒸发过程剖面含水量的动态变化。混-粗土柱的持水能力高于其他土柱,说明该重构类型可作为晋陕蒙地区土壤复垦的重构方案。     

不同温度下紫色土与黄壤的水分持续性耗散特征

[目的]研究温度对紫色土和黄壤耕地表土水分耗散的影响,为紫色土区田间土壤水分管理提供依据。[方法]采集紫色土和黄壤耕地表层土壤,分别在20℃,30℃和40℃下恒温观测土壤水分耗散过程,并计算不同时段的蒸发量和蒸发速率、平均蒸发速率、累积蒸发量等指标。[结果]①紫色土和黄壤的水分时段蒸发量、时段蒸发速率、平均蒸发速率及累积蒸发量均表现为:40℃30℃20℃,但仅在土壤水分蒸发量递增阶段存在显著差异(p0.05)。②3种温度条件下,紫色土和黄壤时段蒸发量、时段蒸发速率、平均蒸发速率均呈先增后减趋势,最终趋于稳定。相比而言,紫色土累积蒸发量均小于黄壤,且差值随着时间的推移而增大。③紫色土和黄壤水分累积蒸发量整体呈先快速变化后缓慢变化趋势。[结论]紫色土和黄壤水分耗散过程受温度影响较大,在相同温度下也存在差异,尤其是在高含水率阶段较为明显。     

砂石条形覆盖下土壤水分蒸发动态研究

砂石覆盖已被证实有提高农作物产量的作用,为了研究条形砂石覆盖对土壤水分蒸发的影响,采用精度较高的重力传感器称重测量系统测定水分蒸发动态,进行了5种砂石覆盖度(0%、25%、50%、75%、100%)、2个灌水量(25 mm和35 mm)和2种土壤(砂土和土)的土壤水分蒸发试验。结果表明:砂石覆盖能够有效地抑制土壤蒸发,且抑制作用与砂石覆盖度密切相关。蒸发初期砂石覆盖度越大,日蒸发量越低,但后期日蒸发量趋于稳定(0.6 mm)。相同覆盖度下,土累积蒸发量(Ec)低于砂土。砂石覆盖度增加后累积蒸发量Ec随时间变化过程曲线逐渐降低;同时总蒸发量Et相应减小,蒸灌比也依次减少,蒸发量差ΔE增大,表现为覆盖度为100%的Et仅为裸土的65%左右;裸土的Et占灌水量I的50%左右,而覆盖度为100%的Et占灌水量I的35%左右。Ec与时间的关系符合Gardner理论关系,从而得出Ec与时间和覆盖度的两参量函数关系。     

保水剂和PAM对人工土壤颗粒水分蒸发的影响

合理的保水剂和聚丙烯酰胺(PAM)用量能够减缓土壤水分的蒸发,增加土壤水分有效量,对干旱地区或者土壤缺水条件下的植物生长具有重要作用。通过模拟试验,分别从累积蒸发量、含水率变化及蒸发失水比等方面进行分析比较,定量研究了保水剂与PAM用量对人工土壤颗粒水分蒸发的作用规律。结果表明:保水剂和PAM对蒸发确有抑制作用,随着PAM用量的增加,累积蒸发量和蒸发失水比均呈现降低趋势,其中PAM用量为2 g/m2的处理水分蒸发量最小,保水效果最好;而随着保水剂用量的增加,累积蒸发量与蒸发失水比呈现先增加后减少的趋势,当保水剂用量超过175 g/m2后对蒸发的抑制作用开始显现。     

蚯蚓粪覆盖对土壤水分蒸发过程的影响

通过模拟试验研究蚯蚓粪覆盖对土壤水分蒸发过程的影响,以蚯蚓粪覆盖厚度和覆盖度为试验变量,试验处理设置如下:覆盖度90%时,4个处理分别为覆盖1 cm、2.5 cm、4 cm和裸土;覆盖厚度2 cm时,4个处理分别为覆盖度30%、60%、90%及裸土,均连续测定15 d的土壤日蒸发量和12 h的日变化量,以及蒸发前后蚯蚓粪和土壤的有机质含量。结果表明:在覆盖度一定的条件下,土壤蒸发量随蚯蚓粪覆盖厚度的增大而减少;当覆盖厚度一定时,覆盖度越大,对土壤蒸发的抑制作用越强,但覆盖度对土壤蒸发过程的影响小于覆盖厚度。因此,蚯蚓粪覆盖对土壤蒸发有一定的抑制作用,土壤蒸发量随着蚯蚓粪覆盖度和厚度的增加而减小。由于蚯蚓粪具有良好的保水性能,且能够有效增加土壤有机质含量,因而对提高土壤持水能力有促进作用。     

黄土高原水蚀风蚀交错区藓结皮覆盖土壤的蒸发特征

土壤蒸发是地表水分平衡及能量交换的组成部分,是干旱和半干旱区水文循环的关键环节。为探究黄土高原水蚀风蚀交错区生物结皮对土壤蒸发的影响,以风沙土和黄绵土上发育的藓结皮为研究对象,通过模拟蒸发试验和自然蒸发试验,测定了不同蒸发条件下藓结皮覆盖土壤和无结皮土壤的蒸发强度,分析了藓结皮覆盖土壤的蒸发特征及其与无结皮土壤的差异。结果表明:(1)模拟蒸发试验中,藓结皮对土壤蒸发过程的影响表现出明显的阶段性,与无结皮土壤相比,藓结皮使土壤蒸发强度在大气蒸发力控制阶段降低了3.04%～15.46%(0.21～1.05 mm/d),在土壤导水率控制阶段增加了32.26%～187.07%(0.58～2.54 mm/d),在水汽扩散控制阶段增加了12.91%～87.73%(0.05～0.34 mm/d);土壤累积蒸发量大小表现为藓结皮覆盖土壤无结皮土壤。(2)自然蒸发试验中,6月16日至9月3日,无降雨时藓结皮覆盖土壤和无结皮土壤的蒸发速率均较低,藓结皮覆盖土壤的日平均蒸发量是无结皮土壤的1.12～1.42倍,自然降雨后二者的蒸发速率快速增加,降雨后土壤蒸发量是降雨前的2.20～8.55倍;在8月10—22日观测期内,藓结皮在雨后增加了土壤含水量,并对土壤蒸发起到促进作用,藓结皮覆盖土壤的累积蒸发量显著提高了19.22%～64.09%(F=21.85,P0.01)。研究表明,藓结皮覆盖增加了风沙土和黄绵土的水分蒸发强度,可能会对黄土高原水蚀风蚀交错区土壤水分保持产生不利影响。     

秸秆隔层与地覆膜盖有效抑制潜水蒸发和土壤返盐

为了揭示秸秆隔层与地膜覆盖的蓄水控盐机理,通过室内土柱模拟试验,研究了浅层地下水埋深条件下秸秆隔层对土壤水分入渗过程以及结合地膜覆盖对蒸发过程和水盐运移的影响。入渗试验设置了均质土（对照）和秸秆隔层处理,蒸发试验在均质土和秸秆隔层处理的土表分别增设覆膜和不覆膜处理。研究结果表明：1）秸秆隔层不但降低了土壤水分入渗速率和湿润锋推进深度,还引起了湿润锋的不稳定性,即优先流现象的出现;2）秸秆隔层能抑制潜水蒸发,对累积蒸发量的抑制率可达75.07%～95.42%;3）秸秆隔层改变了土壤水盐时空分布特征,在入渗过程中可增加土壤含水率,降低土壤含盐量;蒸发过程中可将盐分控制在底土层中,抑制了土壤返盐;4）地膜覆盖可减少土壤水分散失和减弱盐分表聚,而秸秆隔层结合地膜覆盖对潜水蒸发和土壤返盐的抑制效应更强,淡化耕层作用更为明显。该研究结果可为河套灌区农田抑盐、保水和合理的耕作措施的制定提供依据和参考。     

秸秆双层覆盖对盐碱地水盐运动影响初步研究

采用室内土柱模拟的方式,研究了秸秆双层覆盖对盐碱土的改良效应及机制,以期对盐碱地的改良提供理论依据。结果表明:1)与对照相比,不同的秸秆覆盖模式均能降低土壤水分的累积蒸发量,T4处理(土表与土表下35~40 cm处覆盖秸秆量之比为2∶1)在45 d内土壤水分累积蒸发量较CK(无秸秆覆盖的对照)低36.73 mm,抑蒸率为65.89%,抑蒸率最大,对土壤水分蒸发的抑制效果最好。2)秸秆处理均在不同程度上抑制了土壤返盐,其中T4处理返盐率最小,远低于对照处理。3)土壤水分累积蒸发量与土壤累积含盐量存在高度正相关关系。4)秸秆双层覆盖对土壤水分蒸发和土壤返盐的抑制效果大于秸秆表层覆盖和秸秆深层覆盖,并且,在不同的秸秆双层覆盖的处理中,T4处理的控盐保水效果最好,是一种较好的改良盐碱土的方法。