季节性冻融期不同潜水位埋深下土壤蒸发规律模拟研究

为了揭示季节性冻融期不同潜水位埋深和土壤质地对土壤蒸发的影响,通过连续2个冻融期的蒸渗计土壤剖面含水率和土壤温度的监测,利用水热耦合运移模型模拟研究了4种不同潜水位埋深(0.5、1.0、1.5、2.0 m)下砂壤土和壤砂土的土壤蒸发规律。结果表明:不稳定冻结阶段和消融解冻阶段地表土壤均出现昼融夜冻的特征,土壤液态水分较多,砂壤土和壤砂土蒸发量分别占整个冻融期的91.7%和81.8%以上。稳定冻结阶段的土壤蒸发量随着潜水位埋深的增加而增大,但小于0.31 mm。潜水位埋深为0.5 m时冻融期土壤蒸发量最大,砂壤土和壤砂土分别为47.28 mm和25.60 mm,随着潜水位埋深的增加,冻融期土壤蒸发量呈指数型减少,土壤颗粒直径相对较大的壤砂土土壤蒸发量随潜水位埋深的增加而衰减的幅度较为明显。该研究可为地下水浅埋区土壤盐渍化的防治和地下水资源量的科学评价提供依据。     

不同覆盖模式对土壤水分蒸发的影响

为了揭示不同覆盖模式抑制土壤水分蒸发的效果,通过模拟试验,对不同覆盖模式抑制土壤水分蒸发的效果进行了分析.试验设置无覆盖(CK)、覆砂(S)、覆砂+覆膜(SM)、覆秸秆+覆膜(JM)和覆秸秆+覆砂(JS)5种模式.结果表明:土壤表层不同覆盖处理的土壤日蒸发量不同,在蒸发初期,土壤水分蒸发量从大到小依次为CK,JS,JM,S,SM,之后基本保持CK,JS,S,SM,JM的变化趋势.当有降雨发生时,土壤水分蒸发量从大到小由CK,JM,SM,JS,S变为CK,JS,S,SM,JM的趋势;土壤表层的不同覆盖处理可有效减少土壤水分的蒸发,CK,JS,JM,S,SM处理的土壤水分累积蒸发量分别为1823.6,712.2,473.3,450.6,375.1 g,与对照相比,CK,JS,JM,S,SM处理的土壤水分累积蒸发量分别减少了60.9%,74.0%,75.3%,79.4%;在整个蒸发过程中,不同覆盖模式下土壤水分累积蒸发量与时间的关系符合W=at^b,综合分析可知,覆砂(S)处理是最符合试验区域的覆盖模式.     

压砂地不同砂土混合比下土壤水分蒸发动态研究

为了研究不同砂土混合比覆盖下对土壤蒸发的影响,通过田间土柱基础实验,采用微型蒸渗仪测定水分蒸发变化。试验采用完全试验,选取降雨量、砂土混合比两个因素,各五水平处理,即设置5个模拟降雨量(6、9、12、15、18mm)和5种砂土混合比例(0%、25%、50%、75%、100%)的土壤蒸发试验。研究结果表明:同一砂土混合比处理的土壤,随着模拟降雨量(试验灌水量)的增加土壤体积含水率略有增加,不同灌水量处理的土壤体积含水率随土层深度的变化趋势基本相同;与裸土相比,土壤覆砂能够大幅度减少土壤水分蒸发,砂土混合比25%、50%、75%、100%(全覆砂)处理的土壤比裸土(砂土混合比0%)的累积蒸发量分别减少5.4%、21.0%、36.2%、45.3%;砂土混合比越大,土壤日蒸发量和累积蒸发量越小,砂土混合比为100%的抑制蒸发效果最好。砂石覆盖可以有效抑制土壤水分蒸发,并且这种抑制作用强弱与砂土混合比密切相关。研究结论可为中国旱区农田砂石覆盖实践提供必要的指导,为提高压砂地水资源高效利用和可持续发展提供数据支撑。     

冻结作用下潜水蒸发的室内试验研究

潜水蒸发是地下水的主要消耗项,冻结期潜水蒸发还会加剧土壤盐渍化,为了揭示土壤粒径和冻结气温对潜水蒸发的影响,在室内通过人为控制冻结气温对潜水位埋深0.5 m的土柱进行单向冻结试验,研究了冻结气温降低过程中3种粒径(0.19、0.35、0.73 mm)土壤中的潜水蒸发规律。结果表明:土壤粒径越小,潜水蒸发速率越快,累积潜水蒸发量越大,冻结气温变化对土壤中潜水蒸发的影响效果也越明显,整个冻结过程中,A、B、C 3种土壤的最大累积潜水蒸发量分别为324、280、232 mm。冻结过程中累积潜水蒸发量与冻结时间较好的符合对数方程的关系,且土壤粒径越小,拟合效果越好。研究成果对于科学评价地下水资源和预防土壤盐渍化具有重要的指导意义。     

季节性冻融期不同地表覆盖对土壤温度时空变化的影响

为了揭示季节性冻融期地表覆盖对土壤温度时空变化的影响,分别设置了裸地(LD)、秸秆覆盖(JG)和地膜覆盖(DM)3种处理,运用数理统计学法和灰色关联度法对冻融过程不同深度的土壤温度随时间的变化进行了统计分析。结果表明:地膜覆盖对土层具有显著的增温效应;秸秆覆盖对土壤温度的影响在不同的冻融阶段有所差异:冻结阶段,秸秆覆盖减少了土壤热量的散失,对土层具有增温作用;融化阶段,秸秆覆盖减弱了地气间的热交换,抑制了土层温度的增加。地膜和秸秆覆盖可以平抑土壤剖面地温的变幅。在整个冻融期,两种覆盖处理均对地温产生影响,0~20 cm对地温的影响较大,20~90 cm地温随土壤深度的加深,土壤温度的波动幅度逐渐减小。研究成果对于季节性冻土区地表覆盖措施的选取提供依据。     

不同粒径砾石覆盖对土壤水分蒸发

2007年在水利部水土保持监测中心采用花盆整体称重法,对5种不同粒径砾石覆盖下的土壤水分蒸发效应进行了研究。结果表明,不同粒径砾石覆盖可以有效减少土壤蒸发,与CK相比,2-4mm粒径的土壤日蒸发量降低最多,降幅可达44%,粒径越大,土壤蒸发越多。蒸发过程中,日均蒸发量2-4mm＜4-6mm＜6-8mm＜8-10mm＜CK,砾石覆盖对土壤累积蒸发量影响显著（p=0.01）。砾石覆盖后土壤蒸发分为两个阶段,第一阶段蒸发速度由覆盖物的特性决定;第二阶段对蒸发速度起主要影响的是土壤含水量,土壤蒸发总体上表现出前期快、后期慢的趋势。不同粒径砾石覆盖可以降低土壤温度的变幅,2-4mm砾石覆盖地表温差降低幅度最大,为对照的66%,砾石覆盖的降温速率整体上低于CK。     

不同粒径砾石覆盖对土壤水分蒸发的影响

2007年在水利部水土保持监测中心采用花盆整体称重法,对5种不同粒径砾石覆盖下的土壤水分蒸发效应进行了研究.结果表明,不同粒径砾石覆盖可以有效减少土壤蒸发,与CK相比,2～4mm粒径的土壤日蒸发量降低最多,降幅可达44%,粒径越大,土壤蒸发越多.蒸发过程中,日均蒸发量2～4 mm<4～6 mm<6～8mm<8～10mm相似文献   

季节性冻融期灌水对土壤温度与冻融特性的影响

通过季节性冻融期裸地、地膜覆膜地和秸秆覆盖地的田间系列灌水试验,研究了冻融期不同阶段灌水对土壤温度及冻融特性的影响.试验表明:不论何种地表条件,入冬后冻结期较早的灌水地块耕作层土壤温度在整个冻融期处于较低值.消融期,灌水对裸地和地膜覆盖地耕作层土壤温度的影响较小,灌水加速了地表冻层的融化;秸秆覆盖地灌水后土壤温度较低且变幅较小,秸秆覆盖不利于土壤的消融解冻.5 cm土壤累积负温快速增加阶段灌水对于降低土壤最大冻结深度影响非常明显.     

基于灰色关联分析-BP神经网络的冻融土壤蒸发预报模型

根据冻融期气象资料和土壤蒸发量实测资料,利用灰色关联分析与BP神经网络相结合的方法,对冻融期大田土壤蒸发量进行了模拟预报。采用灰色关联度方法分析了影响冻融土壤蒸发的9个因子的关联度,确定了降水量、日平均气温、水面蒸发量、地表土壤温度和地表土壤含水率5个主要因子,并将其作为冻融土壤蒸发量预报模型的输入层进行模拟预测。结果表明:模型预测值与实测值的平均相对误差为9.9078%,决定系数为0.93,所建模型合理可行,可较好地用于冻融土壤蒸发预报。     

冬小麦棵间土壤蒸发数值模拟研究

为了探讨作物生长条件下棵间土壤蒸发规律,利用微型蒸渗仪的实测值和土壤潜在蒸发速率对土壤蒸发过程进行了模拟分析,并对Ritchie模型进行了验证。结果表明,返青期土壤蒸发第2阶段的蒸发速率受气象条件的影响较拔节期和灌浆期大。第2阶段土壤累积蒸发量与时间的平方根成正比,其斜率值α不仅仅与土壤的水力特性有关,可能还与气象条件、土壤含水率、作物地表覆盖程度等有关。返青期、拔节期、灌浆期α值分别取为2.5026、2.0477、3.425。Ritchie土壤蒸发模型的模拟值与实测值的均方根误差为0.21 mm/d,平均绝对误差为0.16mm/d,模拟精度较高。     

基于主成分分析和粒子群算法优化支持向量机的冻融土壤蒸发预报模型

在季节性冻融期,影响土壤蒸发的因素颇为复杂,准确估算冻融土壤蒸发量对土壤水资源的高效利用具有重要意义。根据2017-2018年冻融期大田试验数据,选取太阳辐射(x_1),日平均气温(x_2),地表土壤温度(x_3),地表土壤含水率(x_4),风速(x_5),气压(x_6),相对湿度(x_7),降水量(x_8),水面蒸发量(x_9)等9个影响冻融土壤蒸发的因素,采用主成分分析法和粒子群算法优化的支持向量机建立了冻融土壤蒸发量的预报模型。结果表明:所建立的基于主成分分析和粒子群算法优化支持向量机的冻融土壤蒸发预报模型,预测值和实测值的决定系数达0.951 3,平均相对误差为9.870 4%,可较好地用于冻融土壤蒸发量的预报。     

砂石覆盖厚度和粒径对土壤蒸发的影响

在干旱半干旱地区,砂石覆盖作为一项传统的覆盖技术,可以明显减少土壤蒸发,为作物生长提供良好的水分条件。为研究不同粒径和厚度砂石覆盖对土壤蒸发的影响,进行了室内模拟试验,对3种粒径(2.5~10、10~25和25~40 mm)和2种覆盖厚度(8 cm和14 cm)以及不同粒径砂石配比条件下土壤水分蒸发进行了研究。结果表明,砂石覆盖能有效地抑制土壤蒸发,在土壤含水量较高的阶段,这种抑制作用更加明显。砂石覆盖对土壤蒸发的抑制作用与粒径和覆盖厚度密切相关,在2.5~40 mm粒径范围内,随着砂石粒径的增大,砂石覆盖对蒸发的抑制作用降低,对蒸发过程的影响减弱,覆盖厚度越大,蒸发量越小。有效的砂石配比应选择细砂石处理,不宜过粗。     

可降解膜覆盖对一维土柱水分蒸发的影响

为解决残膜污染问题、探讨降解膜覆盖对土壤水分蒸发过程的影响规律,开展室内土柱蒸发试验,研究了在2种辐射方式(连续、间断)下5种覆盖层(CK:无膜;PE:普通地膜厚0.008 mm;BD1:A型降解地膜厚0.010 mm,诱导期45 d;BD2:B型降解地膜厚0.010 mm,诱导期60 d;BD3:C型降解地膜厚0.012 mm,诱导期60 d)对土壤水分蒸发特性的影响.结果表明:地膜覆盖对土壤蒸发影响显著,连续辐射蒸发下,处理CK的累积蒸发量为34.2 mm,与 CK 相比处理PE,BD1,BD2,BD3的抑蒸率分别为31.22%,15.61%,15.94%和15.35%;间断辐射蒸发下,处理CK的累积蒸发量为32.5 mm,与 CK 相比处理PE,BD1,BD2,BD3的抑蒸率分别为25.84%,15.69%,16.74%和12.15%,抑制作用从大到小依次为PE,BD2,BD1,BD3,CK.在相同的辐射方式下,降解膜处理累积蒸发量的Rose模型拟合效果优于其他处理.从2种辐射方式下降解膜的蒸发特性和其拟合效果得出,B型完全生物降解地膜相对于A,C型完全生物降解地膜,能更有效地抑制水分的蒸发散失,其模型拟合效果更好.     

基于PCA-PSO-GRNN模型的冻融期土壤蒸发预报

季节性冻融作用加剧了土壤蒸发的复杂性,准确预测冻融期大田土壤蒸发量对干旱半干旱地区水资源高效利用具有重要意义.基于2017-2018年冻融期大田土壤蒸发实测数据和影响土壤蒸发的气象资料,利用主成分分析法对气象数据进行降维,选取7个主要气象因子作为模型输入变量,采用粒子群算法选取最优光滑因子建立PCA-PSO-GRNN土...     

双层秸秆不同层位覆盖对土壤水分蒸发影响

为揭示不同秸秆覆盖模式抑制土壤水分蒸发的效果,通过室内模拟试验,对双层秸秆不同层位覆盖下土壤水分蒸发过程进行了研究。试验设置秸秆单层覆盖埋深80 mm (CK)、上层埋深0 mm下层埋深300 mm秸秆双层覆盖(C1)、上层埋深80 mm下层埋深220 mm秸秆双层覆盖(C2)、上层埋深80 mm下层埋深300 mm秸秆双层覆盖(C3)、上层埋深80 mm下层埋深380 mm秸秆双层覆盖(C4) 5种模式,结果表明:不同覆盖模式下,蒸发量显著不同,实验数据显示蒸发过程可分为3段,1～10、11～18、19～24 d的规律分别为CKC4C2C1C3、CKC1C4C3C2、C2C1CKC4C3。CK的累积蒸发量为3.154 2 kg,与CK相比C1、C2、C3、C4处理的抑蒸率分别为2%、3.97%、8.6%、2.3%。综合分析来看,双层秸秆覆盖较单层秸秆可有效减小土壤水分蒸发。可得不同层位秸秆埋深对土壤累计蒸发的抑制作用由大到小排列为:C3C2C4C1CK。在整个蒸发过程中,不同秸秆覆盖下土壤水分累积蒸发量与时间的关系符合Y=a x~b。     

粉煤灰和蚯蚓粪施用对土壤蒸发的影响

为揭示粉煤灰和蚯蚓粪两种土壤改良物质对土壤蒸发影响的差异性,探寻适宜的施用方式和施用量.设计模拟试验,控制3个覆盖处理(覆盖厚度分别为1、2.5和4 cm)和4个混施处理(施用量分别为10％、20％、30％和40％),以温室土壤为对照.连续测定16 d土壤蒸发量,结合有机质含量、水分物理性质和物质本身特性分析粉煤灰和蚯蚓粪施用对土壤蒸发的影响是否有差异及产生差异的原因.结果表明:与对照相比,覆盖粉煤灰和蚯蚓粪累积蒸发量分别减小了30％～34％和17％～48％,混施粉煤灰和蚯蚓粪累积蒸发分别减小了0％～6％和4％～14％.覆盖厚度为1 cm粉煤灰对土壤蒸发的抑制效果优于蚯蚓粪,覆盖厚度为4 cm和混施对土壤蒸发的抑制效果均为蚯蚓粪优于粉煤灰.两种物质覆盖和混施均可提高有机质含量,是其抑制土壤蒸发的主要原因.两种物质抑制蒸发效果具有差异,为有机质含量、颜色和颗粒组成等不同导致.另外,两种物质覆盖、蚯蚓粪混施土壤含水量均高于对照,混施蚯蚓粪显著提高孔隙度和持水容量.综合考虑施用粉煤灰和蚯蚓粪抑制土壤蒸发和保持土壤水分的效果可知,薄层覆盖时,粉煤灰优于蚯蚓粪,中厚层覆盖和混施蚯蚓粪优于粉煤灰.     

农膜残留对砂壤土和砂土水分入渗和蒸发的影响

通过室内试验设置5个不同残膜量(0、50、100、200、400 kg/hm~2)处理,研究不同残膜量对砂壤土和砂土水分入渗湿润锋、入渗速率、累积入渗量、土壤累积蒸发量和蒸发速率的影响,并评价了主要土壤入渗、蒸发模型在农膜残留土壤的适用性。结果表明:随着土壤中残膜量增多,砂壤土和砂土入渗速率变慢,土壤湿润锋运移相同距离所需时间均显著增加,其中运移30 cm时,砂壤土残膜量400 kg/hm~2处理(SL5)比无残膜处理(SL1)运移时间增加了27.56%;相同入渗时间内累积入渗量随残膜量增加均显著减小(P0.05),入渗结束后SL5处理比SL1处理累积入渗量减小了52.01 m L(23.12%);残膜量增加导致蒸发速率、累积蒸发量都显著减小(P0.05),蒸发结束后SL5处理比SL1处理累积蒸发量减小了30.63%,且不同残膜量对砂壤土的影响大于砂土。对4个土壤水分入渗及蒸发模型进行拟合,结果显示Kostiakov和Philip入渗模型均能较好模拟残膜条件下土壤水分入渗,其中Philip入渗模型拟合精度高于Kostiakov入渗模型,且对砂土中农膜残留下的土壤水分入渗模拟效果更好;Black蒸发模型随着残膜量增加拟合精度下降,而Rose蒸发模型受残膜量的影响较小,更适合于农膜残留土壤累积蒸发量估算。     

北方高寒区秸秆覆盖对土壤水分运移的影响

为了探究季节性冻融期玉米秸秆最佳覆盖量以及该覆盖量下的水分运移规律,采用小区试验,以裸地(LD)作对照,对3种秸秆覆盖方式(J05、J10、J15覆盖量分别为6 000、12 000、18 000kg/hm2)进行试验研究。结果表明,J10处理保水性优于J05和J15处理;在聚墒区,J05、J10和J15处理的含水率较LD分别高出2.39%、3.04%和1%;J10处理与LD相比,在冻结阶段各剖面由上至下的平均含水率之差分别为:3.7%、4.2%、5.4%、2.1%、0.2%、0.5%,说明秸秆覆盖处理能够明显增加土壤水分,对浅层土壤的保水效应强,对深层土壤影响较弱。     

季节性冻融期耕作层土壤温度及土壤冻融特性的试验研究

对季节性冻融期3种地表条件下耕作层土壤温度的变化规律和土壤冻融特性进行了分析研究。结果表明,季节性冻融期不同地表条件下耕作层土壤温度的变化幅度随着土壤深度的增加而减小;地膜覆盖下土壤温度较裸地高1.6~2.6℃,玉米秸秆覆盖下较裸地高1.0~2.8℃;裸地地温与气温的变化趋势一致,二者关系可用二次多项式回归方程表示。土壤自然冻结条件下地表负积温较大,最大冻结速率达2.8 cm/d;地膜覆盖地块土壤初始冻结滞后裸地约30天,土壤冻结快消融过程短,最大冻结速率4.0 cm/d,土壤完全解冻提前裸地14天;玉米秸秆覆盖地块整个冻融过程缓慢且滞后裸地和覆膜地,土壤完全解冻滞后裸地7天。研究成果对冬春作物播种及预防冻害具有现实意义。     

基于PSO-ELM模型的冻融期土壤蒸发预报

准确预测冻融期土壤蒸发量,对于干旱半干旱地区水资源高效利用有着重要意义.基于传统极限学习机(ELM)输入权值与阈值随机给定导致预测结果精度不高的问题,提出了一种基于粒子群算法(PSO)优化极限学习机的冻融期土壤蒸发预测模型.以2016-2017年冻融期9个影响土壤蒸发的因素作为输入因子,实测土壤蒸发量作为输出因子,分别...