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%。     

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。     

基于热脉冲方法的南方红壤蒸发原位监测

基于热脉冲技术的能量平衡方法是一种原位实时监测土壤蒸发速率技术。热脉冲方法的准确性受地表气象条件、土壤类型等因素影响,目前该技术多应用于质地较砂北方旱地土壤。为进一步验证热脉冲方法在质地较黏的南方红壤上监测蒸发速率的适用性,该研究利用热脉冲传感器与微型蒸渗仪开展了为期30 d的监测试验,对比了热脉冲能量平衡方法与微型蒸渗仪测得日蒸发速率以及累积蒸发量,并通过监测土壤含水率变化和气象因子,评价了红壤区土壤蒸发的主要影响因素。结果表明,热脉冲方法测得的日蒸发速率与微型蒸渗仪监测值变化趋势相同,试验期间两种方法测得日蒸发速率最大相差0.80 mm/d,最小相差0.02 mm/d,决定系数R2=0.52。两种方法测得的累积蒸发量随时间变化值之间具有更强的相关性（R2=0.99）,30 d内微型蒸渗仪监测的总累积蒸发量为19.3 mm,热脉冲方法监测的累积蒸发量为24.4 mm。由于降水影响,微型蒸渗仪漏测了7 d的蒸发速率,剔除该7 d数据后,二者仅相差4.6%。相比于传统的微型蒸渗仪法,热脉冲方法具有自动化的优点,且能够实时监测剖面微尺度（mm尺度）上蒸发动态。研究区红壤的日蒸发速率与各因子的相关程度由大小为土壤含水率、净辐射、风速、气温。研究结果表明热脉冲能量平衡方法能够准确地监测南方红壤区土壤蒸发动态,研究可为红壤区水热循环研究提供技术和理论支撑。     

基于SIMDualKc模型估算西北旱区冬小麦蒸散量及土壤蒸发量

为研究西北旱区冬小麦蒸散和土壤蒸发规律,以及土壤蒸发比例与其影响因子的关系,利用2 a冬小麦小区控水试验实测数据,对SIMDual Kc模型进行了参数校正和验证,对比大型称重式蒸渗仪的实测蒸散量值(或水量平衡法计算值)与模型模拟值。用建立的模型模拟精度评价标准对模拟值和实测值的误差进行评价。用经参数校验的模型模拟冬小麦农田土壤蒸发,并与微型蒸渗仪的实测值进行对比。基于通径分析方法研究气象因子(最低气温、最高气温、平均相对湿度、2 m处风速、太阳辐射量)和作物因子(地面覆盖度)与土壤蒸发比例的关系。结果表明,该研究建立的模型模拟精度评价标准能够较为全面地评价模型精度;SIMDual Kc模型可以较好地模拟西北旱区不同灌溉制度下冬小麦蒸散量和土壤蒸发量的变化过程,且在模拟长时段累积值时具有较高精度;拔节-灌浆期是冬小麦的需水关键期,冬小麦全生育期土壤蒸发比例呈现出生长中期生长后期快速生长后期生长初期的规律;灌水仅在短时间内影响土壤蒸发,地面覆盖度是影响土壤蒸发的最主要因子;在实测数据不充足的情况下,可以将地面覆盖度和蒸散量作为输入变量,用该研究确定的土壤蒸发比例与地面覆盖度的回归模型计算土壤蒸发量,该模型在计算不同水分条件下冬小麦农田土壤蒸发量时表现出较高的计算精度,决定系数在0.721~0.902之间,可以作为计算土壤蒸发量的简便方法。研究可为西北旱区冬小麦农田节水和灌溉决策提供理论依据。     

浑善达克沙地人工植被覆盖下土壤蒸发的模拟研究

应用自制的微型蒸渗仪(Micro-Lysimeter)测定了2005年浑善达克沙地人工牧草区的日棵间土壤蒸发量。对影响土壤蒸发的主要因子进行了回归分析,并比较了以6因子[日平均气温(T)、净辐射(Rn)、相对湿度(RH)、2m处风速(U2)、0~30cm土壤含水率(θ)及叶面积指数(LAI)]和4因子[日平均气温(T)、净辐射(Rn)、0~30cm土壤含水率(θ)及叶面积指数(LAI)]为输入样本,以日棵间土壤蒸发量为输出样本的BP网络模拟预报模型。研究表明,BP网络可以用于日棵间土壤蒸发量的预报,6因子法和4因子法均简便可行,能满足生产的需要。相比之下,6因子法的精度更高。此研究是对传统棵间土壤蒸发量计算的补充。     

宁夏中部干旱带砂土混合覆盖下土壤蒸发估算

为寻求一种能够有效估算宁夏中部干旱带压砂地土壤蒸发量的方法,通过微型蒸渗仪大田试验,研究了 0(S1),20％(S2),40％(S3),60％(S4),80％(S5),100％(S6)6种砂土混合比条件下土水蒸发比与表层土壤含水量的关系,并构建了压砂地土壤蒸发量估算模型.结果表明:土水蒸发比随表层土壤含水量呈分阶段变化...     

玉米/大豆不同间作模式下土面蒸发规律试验研究

为了准确估算间作农田土壤水分动态变化过程,制定合理的灌溉制度,该文采用微型蒸渗仪测定了玉米/大豆不同间作模式下不同位置处的土面蒸发量,分析了相对土面蒸发强度与表层土壤含水率的关系以及相对土面蒸发强度与叶面积指数的关系.结果表明:玉米/大豆间作模式下,不同位置处的土面蒸发量存在差异,2:3间作的累积蒸发量大于1:3间作;相对土面蒸发强度与表层土壤含水率呈指数递增关系,与叶面积指数呈指数递减关系.     

日光温室白菜棵间土壤蒸发变化规律试验研究

土壤蒸发在农田水量平衡和能量平衡计算中占有重要地位。本文采用微型蒸渗仪测定温室白菜的棵间土壤蒸发,对白菜棵间土壤蒸发的变化规律及其与太阳辐射、气温和相对湿度等主要气象因子的关系进行了试验研究和分析。研究结果表明:温室白菜棵间土壤蒸发随着白菜生育期的推移有减小的趋势,棵间土壤蒸发量占全生育期总耗水量的39.57%~42.03%,棵间土壤蒸发与太阳辐射、气温和相对湿度等主要气象因子均呈现良好的指数关系,本研究对合理制定温室白菜的灌溉制度具有重要的参考价值。     

日光温室萝卜棵间土壤蒸发规律试验

土壤蒸发在农田水量平衡和能量平衡计算中占有重要地位。该文采用微型蒸渗仪测定温室萝卜的棵间土壤蒸发,对萝卜棵间土壤蒸发的变化规律及其与太阳辐射、气温和相对湿度等主要气象因子的关系进行了试验研究和分析。研究结果表明：温室萝卜棵间土壤蒸发随着萝卜生育期的推移有减小的趋势,棵间土壤蒸发量占全生育期总耗水量的37.73%～41.71%,棵间土壤蒸发与太阳辐射、气温和相对湿度等主要气象因子均呈现良好的指数关系,该研究对合理制定温室萝卜的灌溉制度具有重要的参考价值。     

间作种植模式下冬小麦棵间蒸发变化规律及估算模型研究

采用微型蒸渗仪(Micro-lysimeter)观测了单作和间作两种不同种植模式下冬小麦棵间土壤蒸发,分析了两种不同种植模式下棵间土壤蒸发的变化规律,探讨了影响麦田棵间土壤蒸发的主要因素,在此基础上对单作和间作麦田采用多元回归分析,建立了两种种植模式下估算棵间土壤蒸发的数学模型,所建模型模拟精度较高,模拟值与实测值吻合较好。     

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。     

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。     

A Comparison of 18Oδ Composition of Water Extracted from Suction Lysimeters, Centrifugation, and Azeotropic Distillation

The representativeness of soil pore water extracted by suction lysimeters in ground-water monitoring studies is a problem that often confounds interpretation of measured data. Current soil water sampling techniques cannot delineate from which soil volume a pore water sample is extracted, neither macroscopic, microscopic, or preferential flowpath. This research was undertaken to compare δ¹⁸O and Br^? values of extracted suction lysimeters samples from intact soil cores with samples obtained by the direct extraction methods of centrifugation and azeotropic distillation. Also, the study was concerned with determining what portion of soil pore water is sampled by each method and explaining differences in concentrations of the extracted water from each method to allow a determination of the accuracy and viability of the three methods of extraction. Intact soil cores (30 cm diameter by 40 cm height) were extracted from two different sites. Site 1 was rapid infiltration basin number 50, near Altamonte Springs in Seminole County, Florida. Site 2 was the Missouri Management System Evaluation Area (MSEA) near Centralia in Boone County, Missouri. Isotopically (¹⁸Oδ) labeled water and bromide concentrations within water samples taken by suction lysimeters was compared with samples obtained by methods of centrifugation and azeotropic distillation. The ¹⁸Oδ water was analyzed by mass spectrometry while bromide concentration, applied in the form of KBr was measured using standard IC procedures. Water collected by centrifugation and azeotropic distillation data were about 0.25‰ more negative than that collected by suction lysimeter values from a sandy soil and about 2–7‰ more negative from a well structured soil. Results indicate that the majority of soil water in well-structured soil is strongly bound to soil grain surfaces and is not easily sampled by suction lysimeters. In cases where a sufficient volume of water has passed through the soil profile and displaced previous pore water, suction lysimeters will collect a representative sample of soil pore water from the sampled depth interval. It is suggested that for stable isotope studies monitoring precipitation and soil water, suction lysimeter be installed at shallow depths (10 cm). Samples should also be coordinated with precipitation events. The data also suggest that each extraction method samples a separate component of soil-pore water. Centrifugation can be used with success, particularly for efficient sampling of large areas. Azeotropic distillation is more appropriate when strict qualitative and quantitative data on sorption desorption, and various types of kinetic studies may be needed.     

Effects of ploughless tillage and straw incorporation on evaporation

The effects of ploughness tillage (stubble cultivation with a disc tiller or a spring tine cultivator, or with both in combination, replacing mouldboard ploughing) on evaporation were investigated using undisturbed soil lysimeters (height = 350 mm, diameter = 300 mm) excavated after spring cultivation in May from field experiments in eastern Sweden. The evaporation process was measured on ploughed and unploughed soil lysimeters, both with or without precipitation and with or without a seedbed. The effects on evaporation of incorporating crop residues with or without precipitation into a ploughed seedbed were also measured. The results from a heavy clay and from a silty clay loam showed that both ploughless tillage and incorporated straw reduced cumulative evaporation. The water-conserving effect was greater in irrigated treatments. The positive effect on water conservation was also greater on the silty clay loam than on the heavy clay. The soil structural changes brought about by ploughless tillage in layers under the seedbed acted to reduce the rate of evaporation from 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。     

生物结皮发育对风沙土盐基离子释放和矿物风化的影响

为探明生物结皮发育对风沙土盐基离子释放和矿物风化的影响,以进一步明确生物结皮的风化成土作用。以典型风沙土上发育的生物结皮为对象,通过模拟淋溶试验比较不同类型生物结皮(藻结皮、藻—藓混生结皮和藓结皮)覆盖土壤的盐基离子释放规律,探究盐基离子释放量随淋溶液pH的变化趋势,以及量化生物结皮覆盖土壤的矿物风化速率。结果表明:矿物风化反应阶段不同种类盐基离子的淋出量均较为平缓,生物结皮覆盖土壤的各盐基离子总淋出量表现为Ca²⁺＞K⁺＞Mg²⁺＞Na⁺,其中藻结皮覆盖土壤的盐基离子总淋出量最高,比无结皮、混生结皮和藓结皮分别增加了112.0%,31.2%,27.1%。淋溶液pH显著影响盐基离子的淋溶释放,且其作用程度因离子种类和结皮类型而异。生物结皮覆盖提升了土壤的易风化矿物含量、风化程度和速率,藻结皮、混生结皮和藓结皮覆盖土壤的风化速率相比无结皮分别提升了61.2%,27.1%,152.6%,并且风化速率随淋溶液pH降低而提升。综上,生物结皮能显著促进风沙土矿物风化,其对风沙土改良和修复具有积极意义。     

南方典型土壤水力特征差异性分析

为探究南方地区典型土壤水力性质的差异,采用压力膜法、定水头渗透法和一维水平土柱吸渗法对粘性潮土、沙性潮土、红壤、水稻土和紫色土5种南方典型土壤的水动力学参数进行室内测定,对比分析了各土壤水力特征的差异及其产生的原因。结果表明:土壤质地和粘粒含量是影响土壤水力特征的主要因素;粘性潮土、沙性潮土属于级配良好土,而红壤、紫色土、水稻土属于级配不良土,粘性潮土、沙性潮土、红壤、紫色土、水稻土饱和导水率依次增大,分别为1.75×10~(-3),3.15×10~(-3),4.77×10~(-3),11.02×10~(-3),11.87×10~(-3) cm/min;相对水稻土和沙性潮土而言,其他3种试验土持水性较高。土壤有效水含量为沙性潮土粘性潮土水稻土紫色土红壤,其有效水孔隙体积分别占其总孔隙体积的48%,29%,27%,18%和17%。非饱和条件下,沙性潮土和红壤中的水分运动速率较快,远高于粘性潮土中的水分运动速率,约为其6.8倍。土壤质地、颗粒级配、粘粒和有机质含量不同是造成土壤水力特性差异的因素,其中土壤质地和颗粒级配为南方典型土壤水力特性差异的主要影响因素。