不同厚度礫石覆蓋對土壤蒸發(fā)的影響

周 約 謝鐵娜

摘要[目的] 為了探求寧夏中部干旱地區(qū)最適宜的硒砂瓜覆砂厚度。

[方法] 采用蒸發(fā)器整體稱重法，以寧夏中衛(wèi)南山臺地區(qū)天然砂石為試材，研究了不同厚度礫石覆蓋對土壤蒸發(fā)的影響。

[結(jié)果] 礫石覆蓋處理的土壤日蒸發(fā)量的大小順序為CK>H1（5 cm）> H2（8 cm）> H3（10 cm）> H4（15 cm）。同時，隨著試驗天數(shù)的增加，H3（10 cm）和H4（15 cm）處理的累積蒸發(fā)量的差別逐漸減小。土壤總蒸發(fā)量隨碎石覆蓋厚度的增加呈現(xiàn)冪函數(shù)減少的變化趨勢，擬合曲線的決定系數(shù)達(dá)到0.925 5。[結(jié)論] 隨著砂石覆蓋厚度的增加，土壤日蒸發(fā)量逐漸減少，土壤含水量逐漸增加。覆蓋可以有效減小蒸發(fā)，且覆蓋厚度越厚，對蒸發(fā)的抑制效果越明顯。在實施礫石覆蓋處理時，應(yīng)該適量增加覆蓋厚度，阻止大量水分因蒸發(fā)而造成的水分損失。當(dāng)?shù)[石覆蓋厚度達(dá)10 cm以上時，礫石抑制蒸發(fā)的效果差別不大，因此10 cm的礫石覆蓋厚度最適宜當(dāng)?shù)貐^(qū)域的自然條件。冪函數(shù)方程Y=atb可以用來模擬土壤總蒸發(fā)量隨碎石覆蓋厚度的變化。

關(guān)鍵詞厚度；礫石覆蓋；土壤蒸發(fā)

中圖分類號S15文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號0517-6611（2015）21-101-03

土壤蒸發(fā)就是土壤中的水分通過上升和汽化從土壤表面進(jìn)入大氣的過程，是土壤水分運動過程中的一個特殊階段。在干旱地區(qū)降雨比較少，蒸發(fā)導(dǎo)致大量水分損失，從而限制旱作農(nóng)業(yè)作物產(chǎn)量的提高。由于砂石覆蓋在改善土壤環(huán)境、增加糧食產(chǎn)量、提高作物品質(zhì)等方面有顯著作用，該技術(shù)在許多國家和地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。大量研究表明，砂石覆蓋作為一項傳統(tǒng)的覆蓋技術(shù)，可以明顯減少土壤蒸發(fā)。該試驗?zāi)康氖茄芯慨?dāng)?shù)靥烊簧笆诓煌穸雀采w條件下對土壤蒸發(fā)的影響，比較不同厚度礫石覆蓋條件下土壤水分蒸發(fā)的變化過程，同時對不同厚度礫石覆蓋條件下土壤累積蒸發(fā)量進(jìn)行對比分析。

1材料與方法

1.1供試材料

供試土壤采自寧夏回族自治區(qū)中衛(wèi)市沙坡頭區(qū)永康鎮(zhèn)樂臺村南山臺揚黃二泵站處。土壤質(zhì)地為沙土，土樣風(fēng)干后粉碎，過2 mm土篩。碎石粒徑為2.5 cm左右，覆蓋礫石厚度分別為5、8、10、15 cm，分別以H1～H4表示。

1.2試驗方法

為了模擬蒸發(fā)，蒸發(fā)器用市場購置的PVC管子做成的圓桶，桶直徑20 cm，桶高50 cm，礫石粒徑統(tǒng)一為2.5 cm左右，覆蓋砂石厚度分別為5 cm（H1）、8 cm（H2）、10 cm（H3）、15 cm（H4），同時設(shè)置一個空白試驗（CK）。每個厚度設(shè)3次重復(fù)。試驗中，應(yīng)確保圓桶上表面對齊。底部蓋一層細(xì)紗，然后卡入桶底部蓋子的旋轉(zhuǎn)絲扣中。把裝好土的土柱放在盛水的塑料盆里2 d，通過土壤的毛細(xì)管作用達(dá)到飽和。另外，靜置48 h，等多余的水被排掉后把不同處理的砂石覆蓋在土壤表面，開始蒸發(fā)。在每個土柱上方30 cm高度，放置一個200 W燈泡，用來提供蒸發(fā)所需熱量。室內(nèi)溫度和相對濕度用干濕溫度計測定。通過每天稱重來測定土壤蒸發(fā)量。每天開燈8 h（早上9：00～17：00）。在整個試驗期間，注意通風(fēng)。試驗用量程為30 kg、感度為1 g的電子秤進(jìn)行稱量。

在土壤蒸發(fā)開始后，每次土柱質(zhì)量的變化即為當(dāng)天的土壤蒸發(fā)質(zhì)量E土（kg）。將E土轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)的土壤蒸發(fā)量E（mm）。

E=E土×1 000×10/（102π）

2結(jié)果與分析

由表1可知，覆蓋礫石的土壤日蒸發(fā)量的平均值明顯低于不覆蓋處理，說明覆蓋礫石能夠有效改善土壤下墊面的物理性質(zhì)。礫石對土壤表面提供額外保護(hù)，減少徑流的產(chǎn)生，保持土壤水分，防止土壤蒸發(fā)，保證植被生長所需的水分條件。在干旱半干旱地區(qū)，實施礫石覆蓋處理具有改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境、調(diào)節(jié)小氣候和提高水土資源利用率的作用。礫石覆蓋處理的土壤日蒸發(fā)量的大小順序為H1處理> H2處理> H3處理> H4處理，表明隨著砂石覆蓋厚度的增加，土壤日蒸發(fā)量逐漸減少，土壤含水量逐漸增加。由此可知，在實施礫石覆蓋處理時，應(yīng)該適量增加覆蓋厚度，阻止大量水分因蒸發(fā)而造成的水分損失，促進(jìn)旱作農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

變異系數(shù)（CV）的大小反映隨機變量（土壤水分蒸發(fā)量）的離散程度。當(dāng)CV > 1時，說明變量為強變異；當(dāng)0.1

偏度系數(shù)說明變量圍繞平均值的對稱性程度；峰度系數(shù)說明變量分布的陡性和平坦性程度。不覆蓋處理的土壤日蒸發(fā)量的峰度系數(shù)、偏度系數(shù)均高于礫石覆蓋處理，說明不覆蓋處理的土壤日蒸發(fā)量分布的對稱性和平坦性比礫石覆蓋處理的要差，即不覆蓋處理條件受到土壤蒸發(fā)量極端值的影響較大。

由表2可知，CK和不同處理土壤累積蒸發(fā)量間有顯著差異（P<0.05）。同時，隨著礫石覆蓋厚度的增加，土壤水分蒸發(fā)量也顯著減少。

由圖1可知，不同碎石覆蓋厚度與無覆蓋處理的土壤日蒸發(fā)量隨時間的逐日變化規(guī)律基本一致，主要受溫度、濕度、風(fēng)速等氣象因素的影響而呈現(xiàn)連續(xù)波動變化。礫石覆蓋的土壤蒸發(fā)量變化的程度明顯小于無覆蓋土壤，充分體現(xiàn)出礫石覆蓋層保持土壤水分、防止土壤蒸發(fā)的效果。

由圖2可知，不同覆蓋厚度的累積蒸發(fā)量均明顯小于裸土的累積蒸發(fā)量，即礫石覆蓋能夠有效抑制土壤蒸發(fā)，提高水分的利用效率，同時累積蒸發(fā)量隨碎石覆蓋厚度的增大而減小，5 cm時累積蒸發(fā)量最大，15 cm時最小。這與Kemper等對砂礫覆蓋土壤蒸發(fā)的試驗結(jié)果相類似。結(jié)果表明，碎石的覆蓋可以有效減小蒸發(fā)，且覆蓋厚度越厚，對蒸發(fā)的抑制效果越明顯。同時，隨著試驗天數(shù)的增加，H3和H4處理的累積蒸發(fā)量差別逐漸減小，說明當(dāng)?shù)[石覆蓋厚度達(dá)10 cm以上時，礫石抑制蒸發(fā)的效果差別不大。因此，10 cm的礫石覆蓋厚度最適宜當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件。