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。     

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。     

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%。     

黄土高原几种土壤在非饱和条件下水分的蒸发性能和抗旱力评价

黄土高原土壤水分大多处于悬着状态,其上行蒸发移动属非饱和流。本文按一维垂直流问题,建立了非饱和流数学模型。数学模型采用有限差分法的隐式差分格式,利用微型机求解。结果表明,计算土壤湿度剖面与实测土壤湿度剖面具有基本近似的趋势。供试土壤的水分运动具有整体性。砂壤土存在水分强烈蒸发层,紧砂土强烈蒸发层的深度大大小于砂壤土;中壤土和重壤土的水分蒸发移动过程具有渐变性和均匀性。本文提出利用失水比(蒸发量/有效水储量)评价土壤抗旱力。中壤土和重壤土抗旱力最强,砂壤土次之,紧砂土的抗旱力最弱。试验是用管柱法进行的。     

局部覆盖条件下土壤水分移动性能与蒸发力的关系

采用旱棚人工控水,蒸发桶整体称重法,对4种地面覆盖材料、50％覆盖度条件下,土壤水分蒸发与移动性能进行了研究。结果表明,在持续干旱时段,覆盖不仅改善了覆盖区土壤水分状况,而且强化了覆盖区与相邻非覆盖区下层土壤液态水的运移与再分布,提高了相邻非覆盖区下层土壤水分状况,有利于减轻持续干旱对造林成活和幼林生长的威胁。通过非线性参数拟合,首次求得了表征塑料地膜、渗水地膜、干草和塑料泡膜4种地面覆盖材料对土壤蒸发的阻抗特征参数,为建立不同覆盖材料在局部覆盖条件下的土壤蒸发量模型奠定了基础。同时也求得了依据常规水面蒸发和土壤湿度等资料计算黄绵土裸地蒸发量和局部覆盖条件下土壤蒸发量的经验模型。     

保水剂粒径与不同质地土壤吸、失水特性的相关关系

通过室内模拟试验,对2种保水剂4个粒径(0.25~0.5mm,0.5~1mm,1~2mm,2~3mm)的吸、失水特性进行测定分析,同时研究2种保水剂4个粒径分别与砂壤土、壤砂土、砂粘壤土混合后吸、失水的变化特性。结果表明:①2种保水剂的4个粒径段中1~2mm粒径的保水剂吸水量和累积蒸发量最大,不同粒径保水剂随着吸水次数的增多吸水量逐渐降低,且粒径越小下降幅度越大;②保水剂与土壤混合后吸水量减小,初次吸水时土壤含水量与保水剂粒径成反比,随着吸水次数的增多3种质地土壤在保水剂作用下土壤含水量大小顺序分别为壤砂土-砂粘壤土-砂壤土(1~2次)、砂粘壤土-壤砂土-砂壤土(3~5次)、砂粘壤土-砂壤土-壤砂土(6~8次);③2种不同粒径保水剂的施用增加了3种质地土壤的累积蒸发量,壤砂土、砂壤土中0.5~1mm粒径的保水剂累积蒸发量最大,砂粘壤土中1~2mm粒径的保水剂累积蒸发量最大,0.25~0.5mm粒径保水剂在3种土壤中累积蒸发量最小。     

不同质地裸土潜水蒸发估算方法

为定量分析裸土区潜水蒸发与水面蒸发的关系,该文通过自制试验装置,对粗砂、细砂、壤土和砂土4种质地土壤开展了二者之间相关关系的试验研究。结果表明:相同条件下,不同土壤质地的潜水蒸发与水面蒸发量不相等,二者之间存在一个折算系数,除粗砂外,细砂、壤土和砂土的折算系数均大于1,二者表现出较强的线性相关性,基于该相关性,建立了数学关系表达式。与实测数据的对比分析表明,若用水面蒸发强度代替潜水蒸发,相对误差达-17.79%,这将不可避免地影响到潜水蒸发计算结果的精度;而通过二者相关关系建立的折算系数法,可将相对误差减小至-1.94%,有效提高了潜水蒸发计算结果的可靠度。     

利用环刀法快速原位测定土壤蒸发量

原位准确快速测量土壤蒸发量，对研究干旱与半干旱地区土壤蒸发规律和水量平衡计算具有重要意义。本研究采用环刀法分别在两种质地土壤（风沙土和黄绵土）上原位测量土壤蒸发量，并与传统微型蒸发器法测定结果进行分析对比。结果表明:在风沙土上环刀法表层（0 ~ 5 cm）土壤日平均蒸发量为微型蒸发器法蒸发量的81.68%，而在黄绵土上仅占60.71%。在风沙土上环刀法四层累加值（0 ~ 20 cm）与微型蒸发器法测定结果极显著相关（P < 0.01，R2 = 0.52），RMSE为0.84，在连续无降水事件发生时，二者测定结果接近。在黄绵土上环刀法（0 ~ 20 cm）与微型蒸发器法测定结果极显著相关（P < 0.01，R2 = 0.59），RMSE为1.07，在连续无降水事件发生时，二者测量结果差异明显，但降雨强度较小的事件发生后，二者测量结果一致。因此，环刀法可以用于准确快速原位测定土壤蒸发量，但降水事件会对环刀测量土壤蒸发量结果产生显著影响。     

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。     

石灰岩弃渣与农田土复配土壤水分蒸发及覆盖物保水性能

探究矿山废弃地弃渣与农田土复配后土壤的水分蒸发特性,以及覆盖物添加对水分蒸发的影响,对矿山恢复中土壤水分管理和改善具有实际意义。以石灰岩矿山废弃地现场的弃渣和附近农田土为复配材料,设置0∶10(T1),3∶7(T2),5∶5(T3),7∶3(T4),10∶0(T5)体积比例,在野外条件下采用土柱法模拟土壤水分蒸发过程,探究复配比例对土壤水分蒸发的影响以及不同覆盖物的保水性能。结果表明:(1)试验前和试验后表层复配土壤含水量均表现为T1>T2>T3>T4>T5,蒸发中期的逐日蒸发量和蒸发结束的累计蒸发量均随弃渣体积比例增加呈极显著降低趋势,不同复配土壤在蒸发前期和蒸发后期的逐日蒸发量没有显著性差异。(2)气象因子中,温度、风速对土壤水分蒸发的影响大于太阳辐射,相对湿度的影响不显著。土壤物理性质中,除毛管孔隙度和非毛管孔隙度与土壤水分蒸发达极显著相关外,其他因子均达显著水平。(3)裸土地添加覆盖物均能降低水分蒸发,根据蒸发量和蒸发速度分析得出,砾石覆盖(直径2~4 cm、厚度5 cm)效果最佳。(4)石灰岩矿山废弃地土壤重构最佳保水搭配方案为弃渣∶农田土以3∶7体积比例复配并覆盖砾石。研究结果可为当地治理采石废弃地提供理论支持。     

甘肃省不同气候类型区土壤水分特性

为揭示甘肃省不同气候区不同质地土壤的容重、田间持水量和凋萎湿度的差异,对观测资料的适用性和推广价值进行评价。通过对77个站点10—100 cm土壤水分资料的分析,结果表明:甘肃省全省的土壤容重范围为0.89～1.79 g/cm~3,平均值为1.36 g/cm~3,表层土壤容重与深层土壤容重差异显著(P0.05),半湿润区、半干旱区浅层土壤容重更易受到外界环境及人为活动的干扰。甘肃省大部田间持水量由西北向东南呈增加趋势,田间持水量的最大值为36%～40%,分布在高寒湿润区10—50 cm土层,全省10 cm与20 cm土层田间持水量差异较小,相关系数为0.96,与其他层次差异较大,50 cm土层很可能是甘肃地区土壤田间持水量的分界层。各土层凋萎湿度最大值均出现在冷温带干旱区、高寒半干旱半湿润区中部,不同层次间田间持水量与凋萎湿度呈极显著相关。甘肃省全省大部分地区主要以壤土为主,除此之外干旱区主要以砂壤土为主,半干旱区主要以砂壤土与黏壤土为主,半湿润区主要以粉壤土与黏壤土为主。探讨不同气候区不同层次间土壤容重、田间持水量和凋萎湿度的差异,以期为保障地上生产力、提高水分利用效率提供数据支撑。     

不同土壤温度和容重下微咸水上升毛管水

为探索西北干旱地区不同质地土壤以及土壤温度和容重对微咸水上升毛管水运动特性的影响,通过模拟和室内试验,研究了土壤温度和容重对砂壤土和粉壤土上升毛管水运动特性的影响。分别建立了地下水补给量与土壤温度和容重之间的模型,毛管水上升高度与土壤温度和容重之间的模型,其中地下水补给量模型,砂壤土的绝对系数均达到0.96以上,计算值与模拟值最大相对偏差小于10.9%,粉壤土的绝对系数均达到0.96以上,计算值与模拟值最大相对偏差小于8.4%,毛管水上升高度模型,砂壤土的绝对系数均达到0.996以上,计算值与模拟值最大相对偏差小于8.37%,粉壤土的绝对系数均达到0.997以上,计算值与模拟值最大相对偏差小于11.9%,模型拟合程度较好,所建立方程符合实际情况。砂壤土盐分主要聚集在距地表1.70~2.20 m处,粉壤土盐分主要聚集在距地表0.3~1.3 m处,砂壤土土壤盐分分布受土壤温度和容重的影响较显著,而粉壤土土壤盐分分布受其影响并不显著。该研究结果可为盐碱化地区水盐管理提供科学依据。     

低频探地雷达地波法测定土壤含水量的可行性研究

利用地波法来探讨低频探地雷达(GPR)在土壤含水量测定方面的可行性。分别采用50 MHz和100 MHz天线的探地雷达地波法对黄淮海平原潮土地区砂壤土和砂土中的含水量进行了探测研究。结果表明,50 MHz天线GPR分辨率过低,在砂土和砂壤土中均无地波信号。100 MHz天线在砂壤土中无地波信号,但在砂土中可清晰读取出空气波和地波。TDR测得含水量为6.3%的砂土,用100 MHz天线地波法3次测定结果分别为5.9%,6.2%和6.5%,绝对误差均在0.4%以内。采用共中点法(CMP)和固定间距法(FO)相结合探测土壤含水量,在FO最佳天线间距1 m时测得灌水前后的砂土含水量分别为6.5%和20.2%,与TDR测定结果6.3%和19.7%相比,绝对误差在0.5%以内。100 MHz天线CMP和FO相结合的方法兼顾了CMP法读取地波的精确和FO法的快速便捷,在砂土的含水量测定应用中是可信、可行的。     

不同封孔方式对番茄缓苗期土壤水盐分布及番茄生长的影响

为探究不同封孔方式对番茄幼苗成活率的影响,试验以传统土封孔为对照,设置不封孔和沙封孔两个处理,对比研究3个处理方式下土壤水盐分布特征及番茄幼苗的生长状况。结果表明:不同处理棵间各土层土壤含水量和含盐量差异不显著。不封孔和沙封孔较土封孔显著降低了番茄根系区土壤含水量,0～10 cm和10～20 cm含水量平均较土封孔低12.82%、9.61%和11.39%、10.13%,为番茄幼苗的生长提供了适宜的土壤水分条件;根系区0～10 cm和10～20 cm含盐量平均较土封孔低30.17%、34.64%和30.26%、28.29%,抑制了土壤盐分表聚,为幼苗的生长提供了相对淡化的土壤环境。不同处理间番茄植株生长状况基本一致,但不封孔和沙封孔促进了幼苗根系的伸长,并显著提高了幼苗成活率,幼苗扎根深度平均较土封孔高13.74%和9.16%,成活率高10.36%和11.06%。河套灌区番茄定植栽培宜采用不封孔或沙封孔。     

以色列南部极端干旱气候条件下裸地的水分蒸发

Microlysimeters of different sizes(5cm 10cm and 15cm in length) were used extensively in the present study of the measurements of soil evaporation in situ in an extremely arid area in southern Israel,All of the data obtained from the microlysimeters were used to evaluate two conventional evaporation models developed by Black et al.and Ritchie,respectively.Our results indicated that the models could overestimate total cumulative evaporation by about 30% in the extremely arid environment.Reducing the power factor of the conventional model by a factor of 0.1 produced good agreement between the measured and simulated cumulative evaporation.Microlysimeter method proved to be a simple and accurate approach for the evaluation of soil evaporation.