不同顏色礫石覆蓋對土壤蒸發(fā)的影響

周約 謝鐵娜

摘要[目的]研究寧夏中部干旱區(qū)最適宜的硒砂瓜覆砂顏色。[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)天然礫石為試材，研究不同顏色礫石覆蓋對土壤蒸發(fā)的影響。[結(jié)果]不同顏色礫石覆蓋處理的土壤日蒸發(fā)量由大到小依次為CK、 C3（紫色）、 C1（白色）、C2（青色）。同時(shí)，隨著試驗(yàn)天數(shù)的增加，C1（白色）和C2（青色）處理的累積蒸發(fā)量的差別逐漸減小。不同顏色礫石覆蓋下，累積蒸發(fā)量隨蒸發(fā)時(shí)間呈冪函數(shù)增加的變化趨勢，擬合曲線的相關(guān)系數(shù)均大于0.940 0。[結(jié)論]礫石覆蓋可以有效減少蒸發(fā)，且淺色礫石對土壤水分蒸發(fā)的抑制效果比深色礫石更明顯，其中紫色礫石覆蓋的累積蒸發(fā)量最大，其次是白色礫石，青色礫石最小，而青色和白色礫石覆蓋的土壤日蒸發(fā)量差別較小，累積蒸發(fā)量隨蒸發(fā)時(shí)間呈冪函數(shù)增加。

關(guān)鍵詞 不同顏色；礫石覆蓋；土壤蒸發(fā)

中圖分類號 S152.7+3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）02-0143-03

Abstract[Objective] To study the most suitable colors of gravel covering for selenium sand melon in drought area of middle Ningxia.[Method] Using evaporator overall weighting method， the most suitable colors of gravel covering for selenium sand melon in Nanshantai Region in Zhongwei City were explored.[Result]The daily evaporation capacity order of different colors of gravel covering were as follows： CK> C3（ purple）> C1（ white ）> C2（ cyan ）.Meanwhile ，with the increase of test days under different colors of gravel covering，the difference of cumulative evaporation between C1（ while） and C2（cyan）decreased gradually. Under different colors of gravel covering，cumulative evaporation trend presented power function with evaporation time，the correlation coefficient of fitting curve was greater than 0.940 0.[Conclusion] The gravel covering can effectively reduce the evaporation，inhibition effect of dark gravel on soil water evaporation is more obvious than dark gravel.Cumulative evaporation of purple gravel covering is maximum，the second is white gravel， cyan gravel is minimum.The difference of soil evaporation between cyan and white gravel covering is smaller，and cumulative evaporation increases by power function alony with time.

Key words Different colors； Gravel covering； Evaporation

含礫石土壤在我國分布廣泛，占我國土地資源的18%[1]。礫石覆蓋是西北干旱半干旱地區(qū)的旱作農(nóng)業(yè)耕作方式，能夠改善小生境中土壤水分和熱量條件以滿足作物生長[2]。由于礫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)等方面具有顯著作用，在許多國家和地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[3]。研究表明，礫石覆蓋作為一項(xiàng)傳統(tǒng)的覆蓋技術(shù)，可以明顯減少土壤蒸發(fā)，提高土壤含水量，增加作物產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率[4-6]。國內(nèi)研究者主要進(jìn)行大田試驗(yàn)，室內(nèi)試驗(yàn)很少，且較少關(guān)注礫石覆蓋對蒸發(fā)過程的影響。雖然國內(nèi)外學(xué)者對砂礫石和礫石覆蓋的水分過程研究較多，但分析不同覆蓋厚度和不同覆蓋粒徑下土壤蒸發(fā)過程的較少。不同顏色礫石覆蓋的下墊面對外界熱量的吸收有一定差異，進(jìn)而影響土壤水分的蒸發(fā)過程。筆者通過對不同顏色礫石覆蓋土壤蒸發(fā)過程進(jìn)行測量，比較不同顏色的礫石覆蓋對土壤蒸發(fā)的抑制效果。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)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)南山臺樂臺村，土壤質(zhì)地為砂土，土樣風(fēng)干后粉碎，過2 mm土篩。

1.2 試驗(yàn)方法

為了模擬蒸發(fā)，蒸發(fā)器采用市場購置的PVC管做成的圓桶，桶直徑20 cm，桶高50 cm，礫石覆蓋厚度為8 cm左右，覆蓋礫石顏色：白色（C1）、青色（C2）、紫色（C3），同時(shí)設(shè)置一個(gè)不覆蓋處理（CK），每個(gè)顏色設(shè)置3個(gè)重復(fù)，保證圓桶上表面對齊。底部蓋一層細(xì)沙，然后卡入桶底部蓋子的旋轉(zhuǎn)絲扣中。把裝好土的土柱放于盛水的塑料盆中2 d，通過土壤的毛細(xì)管作用來達(dá)到飽和。另外，靜置48 h，等多余的水分排掉后，將不同處理的礫石覆蓋在土壤表面，開始蒸發(fā)。每個(gè)土柱上方30 cm高度放置一個(gè)200 W的燈泡，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(jì)測定，通過每天的稱重來測定土壤蒸發(fā)量，每天9∶00—17∶00開燈8 h，南北坐向的窗戶在整個(gè)試驗(yàn)期間通風(fēng)。試驗(yàn)用量程為30 kg 感度為1 g的電子秤進(jìn)行稱量。

土壤蒸發(fā)開始后，土柱每次質(zhì)量的變化即為當(dāng)天土壤蒸發(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×1000×100/（102π）

2 結(jié)果與分析

2.1 不同顏色礫石覆蓋對土壤日蒸發(fā)量的影響 對不同顏色礫石覆蓋條件下的土壤日蒸發(fā)量的平均值、最大值、最小值、變異系數(shù)、偏度系數(shù)和峰度系數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見表1。由表1可知，紫色礫石覆蓋處理的土壤日蒸發(fā)量顯著高于白色和青色礫石覆蓋處理，而青色和白色礫石覆蓋處理下的土壤日蒸發(fā)量平均值差別較小，未達(dá)顯著水平。這表明淺色礫石比深色礫石的蒸發(fā)抑制效果好，說明在實(shí)施礫石覆蓋處理時(shí)，應(yīng)選擇淺色礫石進(jìn)行覆蓋，阻止大量水分的損失，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(jī)變量的離散程度，峰度系數(shù)和偏度系數(shù)反映數(shù)據(jù)分布的對稱性和平坦性。不同顏色礫石覆蓋條件和不覆蓋條件下土壤日蒸發(fā)量的CV均大于0.70，表現(xiàn)出中等變異性，不同處理的CV值差別較小。不覆蓋處理的土壤日蒸發(fā)量的峰度系數(shù)和偏度系數(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差，淺色礫石覆蓋處理的土壤日蒸發(fā)量分布的對稱性和平坦性比深色粒徑礫石覆蓋處理好。

不同顏色礫石覆蓋和不覆蓋下土壤日蒸發(fā)量的逐日變化見圖1。由圖1可知，不同顏色礫石覆蓋與無覆蓋處理的土壤日蒸發(fā)量隨時(shí)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不穩(wěn)定的波動變化。當(dāng)蒸發(fā)試驗(yàn)進(jìn)行到30 d后，不同覆蓋處理的日蒸發(fā)量變化很小。礫石覆蓋的土壤蒸發(fā)量變化明顯少于無覆蓋土壤，不同顏色礫石覆蓋的土壤日蒸發(fā)量變化不明顯。

2.2 不同顏色礫石覆蓋對土壤累積蒸發(fā)量的影響 利用最小顯著差數(shù)法（LSD法）對不同顏色礫石覆蓋在不同時(shí)段內(nèi)的土壤累積蒸發(fā)量進(jìn)行差異性分析，CK和不同處理間的土壤累積蒸發(fā)量有顯著差異（P<0.05）。同時(shí)青色礫石的蒸發(fā)量最低，其次是白色礫石，紫色礫石的蒸發(fā)量最高。

41 d蒸發(fā)期內(nèi)不同顏色礫石覆蓋的累積蒸發(fā)量見圖2。由圖2可知，不同顏色礫石覆蓋的累積蒸發(fā)量均明顯少于無覆蓋的累積蒸發(fā)量，即礫石覆蓋能夠有效抑制土壤蒸發(fā)，提高水分利用效率，同時(shí)累積蒸發(fā)量與覆蓋礫石顏色也有密切關(guān)系，紫色礫石覆蓋的累積蒸發(fā)量最大，其次是白色礫石，青色礫石最小。同時(shí)3種顏色的累積蒸發(fā)量的變化趨勢一致且相差不大。這表明礫石的覆蓋可以有效地減少蒸發(fā)，且淺色礫石對土壤水分蒸發(fā)的抑制效果比深色礫石更明顯。

不同顏色礫石覆蓋下，累積蒸發(fā)量隨時(shí)間變化的擬合結(jié)果見表3。由表3可知，線性回歸相關(guān)系數(shù)均大于0.940 0，乘冪回歸的相關(guān)系數(shù)均大于0.950 0，多項(xiàng)式回歸的相關(guān)系數(shù)均大于0.940 0，說明可以用乘冪方程Y=atb（因變量Y為累積蒸發(fā)量，自變量t為蒸發(fā)時(shí)間，a和b均為方程系數(shù)）來模擬累積蒸發(fā)量隨時(shí)間的變化，即累積蒸發(fā)量隨蒸發(fā)時(shí)間呈冪函數(shù)增加。41 d蒸發(fā)結(jié)束時(shí)，不同顏色礫石覆蓋和不覆蓋處理?xiàng)l件下的總蒸發(fā)量見圖3。由圖3可知，土壤總蒸發(fā)量隨礫石顏色的變化呈不同趨勢，青色礫石的總蒸發(fā)量最低，其次是白色礫石，紫色礫石的總蒸發(fā)量最高。

3 結(jié)論

（1）通過不同顏色礫石覆蓋條件下土壤日蒸發(fā)量的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果表明，紫色礫石覆蓋處理的土壤日蒸發(fā)量高于白色和青色礫石覆蓋處理，而青色和白色礫石覆蓋的土壤日蒸發(fā)量差別較小，未達(dá)顯著水平。不同顏色礫石覆蓋條件和不覆蓋條件下的土壤日蒸發(fā)量的CV均大于0.70，表現(xiàn)出中等變異性，不同處理的CV值差別較小。峰度系數(shù)和偏度系數(shù)反映淺色礫石覆蓋處理的土壤日蒸發(fā)量分布的對稱性和平坦性比深色礫石覆蓋處理好。

（2）通過不同顏色礫石覆蓋下土壤累積蒸發(fā)量的比較，發(fā)現(xiàn)累積蒸發(fā)量與覆蓋礫石的顏色有密切關(guān)系，其中，紫色礫石覆蓋的累積蒸發(fā)量最大，其次是白色礫石，青色礫石最小，說明淺色礫石對土壤水分蒸發(fā)的抑制效果比深色礫石明顯。同時(shí)3種顏色的累積蒸發(fā)量的變化趨勢一致且相差不大。

（3）不同顏色礫石覆蓋處理的累積蒸發(fā)量隨蒸發(fā)時(shí)間呈冪函數(shù)增加，相關(guān)系數(shù)大于0.949 0，土壤總蒸發(fā)量隨礫石顏色的變化趨勢可以用多項(xiàng)式方程Y=at2+bt+c來模擬，擬合曲線的決定系數(shù)為0.954 7。

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