壓砂地不同砂土混合比下土壤水分蒸發(fā)動(dòng)態(tài)研究

王 興，李王成,2,3，董亞萍，李 晨，趙 硏，王雙濤

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，銀川 750021;2.寧夏節(jié)水灌溉與水資源調(diào)控工程技術(shù)研究中心，銀川 750021;3.旱區(qū)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)水資源高效利用教育部工程研究中心，銀川 750021)

0 引 言

土壤蒸發(fā)是指土壤中的水分以水汽狀態(tài)從土壤表面進(jìn)入大氣的過程，是農(nóng)田水分循環(huán)的主要環(huán)節(jié)，也是造成農(nóng)田水量損失、導(dǎo)致干旱、農(nóng)作物品質(zhì)和產(chǎn)量下降的主要因素[1]。土壤蒸發(fā)在農(nóng)田水量平衡和能量平衡中占有重要地位，不僅主導(dǎo)著農(nóng)田的水量平衡，同時(shí)也是農(nóng)田熱能量平衡的主導(dǎo)因素。此外，干濕評(píng)定、水文計(jì)算、水利建設(shè)、農(nóng)田灌溉管理、作物產(chǎn)量估測(cè)以及土壤水分預(yù)報(bào)等有關(guān)農(nóng)業(yè)和水資源問題的研究和解決都離不開土壤蒸發(fā)的研究[2]。國(guó)內(nèi)外一些相關(guān)學(xué)者對(duì)秸稈覆蓋、地膜覆蓋和砂石覆蓋等地表覆蓋模式方面做了大量研究[3-16]，他們研究發(fā)現(xiàn)這些地表覆蓋模式能夠降低土壤水分蒸發(fā)，提高土壤含水量，增加土壤溫度，增加降雨入滲，淋溶土壤表層鹽分降低土壤表層鹽分含量，從而為作物根系營(yíng)造適宜生長(zhǎng)的小環(huán)境，提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)。國(guó)外對(duì)于砂石覆蓋的研究中，Hanks等[17]研究了礫石和秸稈覆蓋對(duì)土壤蒸發(fā)的影響，研究結(jié)果證明礫石和秸稈覆蓋都能抑制土壤蒸發(fā)。Unger[18]于1967年在美國(guó)農(nóng)業(yè)部西南大平原研究中心通過土柱模擬試驗(yàn)，研究了礫石層在土壤不同深度對(duì)于蒸發(fā)的影響。研究結(jié)果證明：在相同深度覆蓋礫石層的土壤比無覆蓋的土壤蒸發(fā)??；礫石層覆蓋土壤表面或5厘米深度處土壤蒸發(fā)速度最慢。Kemper等[19]于1966年至1967年在科羅拉多州立大學(xué)東南約8 km處的農(nóng)科所農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行土柱模擬試驗(yàn)，研究不同礫石覆蓋方式對(duì)土壤水分蒸發(fā)的影響。研究發(fā)現(xiàn)：礫石覆蓋會(huì)抑制土壤的蒸發(fā)；砂石覆蓋厚度、顏色、粒徑均會(huì)不同程度的減少土壤水分蒸發(fā)。但大量的砂石覆蓋研究主要集中在實(shí)驗(yàn)室條件下人工擾動(dòng)土柱或原狀土柱的試驗(yàn),在野外條件下進(jìn)行土壤水分蒸發(fā)的連續(xù)定位觀測(cè)研究還很少。

前人對(duì)砂石覆蓋的抑蒸保墑進(jìn)行了大量試驗(yàn)研究，研究結(jié)果較為一致：砂石覆蓋能夠有效抑制土壤水分蒸發(fā)，壓砂措施具有良好的壓鹽作用。目前很多研究多側(cè)重于以砂石覆蓋厚度和砂石粒徑為因子，而對(duì)砂土混合比下土壤蒸發(fā)規(guī)律尚不明確。抑蒸保墑技術(shù)正處于蓬勃發(fā)展階段，需要進(jìn)一步的豐富和發(fā)展，因此有必要加強(qiáng)這方面的研究。本研究通過大田土柱基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，采用微型蒸滲儀測(cè)定土壤水分蒸發(fā)變化，旨在探究不同降雨量和砂土混合比對(duì)土壤蒸發(fā)過程的影響，確定不同砂土混合比對(duì)土壤的抑蒸蓄水作用，從而給出土壤表層不同砂石混合比覆蓋條件下水分蒸發(fā)的定量關(guān)系。研究結(jié)果可為大田砂石覆蓋的蒸發(fā)過程模擬提供重要參數(shù)，為灌區(qū)的水鹽管理提供科學(xué)依據(jù)，為提高壓砂地水資源高效利用和可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于寧夏中衛(wèi)市香山鄉(xiāng)尹東村(東經(jīng)105° 10′ E，北緯37° 01′ N)，海拔為1 760～1 772 m，該區(qū)位于寧夏中部干旱帶，屬典型的大陸性季風(fēng)氣候，光照時(shí)間長(zhǎng)，年平均日照時(shí)數(shù)約在2 800～3 000 h，年均太陽總輻射量約在567.09 kJ/cm2，晝夜溫差大，平均氣溫日較差為13.2 ℃；有效積溫高，≥10 ℃有效積溫，無霜期為149～170 d。該地區(qū)降水時(shí)空分布不均，主要集中在7-9月。降水稀少，年平均降水量為247.4 mm，而蒸發(fā)強(qiáng)烈，年均蒸發(fā)量2 100 mm以上，是年均降水量的近10倍，是全國(guó)最干旱的地方之一。該地區(qū)干旱少雨，并且缺乏充足的灌溉，造成土壤質(zhì)地疏松，水分易滲漏,因此風(fēng)沙、沙塵暴等自然災(zāi)害頻繁，土地荒漠化嚴(yán)重。

1.2 樣品的采集及預(yù)處理

供試土壤取自寧夏中衛(wèi)環(huán)香山地區(qū)農(nóng)田的砂壤土，采用“S”型取樣法，分別選取10個(gè)樣點(diǎn)的土樣并混合均勻，再采用四分法選取土樣，取樣深度為0～50 cm(0～10，10～20，20～30，30～40，40～50的混合樣)，然后將土樣經(jīng)自然風(fēng)干、碾壓、去除雜物后過1 mm孔徑不銹鋼篩。研究區(qū)砂石選自荒山石壓砂，和當(dāng)?shù)厣疤锼佋O(shè)的砂石一樣，從尹東村山洪溝口拉運(yùn)出來的砂和碩巖，然后過1 cm和3 cm不銹鋼篩，作為土壤覆蓋材料，過篩的砂石在使用前用自來水清洗、晾干備用。供試土壤的基本物理性質(zhì)和試驗(yàn)區(qū)各土層初始含水率及干容重見表1、表2。

表1 土壤的基本物理性質(zhì) %

表2 土壤各層初始含水量及干容重Tab.2 Initial water content and dry bulk density of each layer of soil

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院中衛(wèi)香山試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行。試驗(yàn)系統(tǒng)由TRIME-PICO-T3 TDR剖面土壤水分測(cè)量系統(tǒng)、微型蒸滲儀和電子臺(tái)秤組成。

TRIME-PICO-T3 TDR剖面土壤水分測(cè)量系統(tǒng)包括剖面土壤水分傳感器、TDR測(cè)量管、數(shù)據(jù)管理器、采集軟件、藍(lán)牙通訊模塊等。土壤水分測(cè)量范圍0～100%，電導(dǎo)率范圍0～6 dS/m，操作溫度范圍-15～+50 ℃?；赥DR原理可測(cè)量土壤或其他介質(zhì)深達(dá)3米的剖面含水量，標(biāo)定后可以同時(shí)測(cè)量土壤剖面的含鹽量。

微型蒸滲儀分內(nèi)桶和外套桶，蒸發(fā)桶規(guī)格為1.5 mm厚的鐵皮，內(nèi)桶內(nèi)徑φ=25 cm，桶高為60 cm；外套桶內(nèi)徑φ=26 cm略大于內(nèi)桶，桶高同樣為60 cm。蒸滲儀廣泛用于土壤蒸發(fā)量、滲漏量等的測(cè)量，蒸滲儀包括大型蒸滲儀和微型蒸滲儀兩種。利用微型蒸滲儀測(cè)定土壤蒸發(fā)是一種簡(jiǎn)單、有效的方法，在我國(guó)西北干旱半干旱地區(qū)具有很大的利用價(jià)值[20]。

電子臺(tái)秤為益橫TCS系列，量程為100 kg，精準(zhǔn)度為5 g，工作溫度0～40 ℃，尺寸為40 cm×50 cm×80 cm，計(jì)數(shù)分辨率30萬分之一，用于稱量蒸發(fā)桶的重量。

在試驗(yàn)點(diǎn)選擇地形平整、土壤空間差異性小、土壤蒸發(fā)和鹽分運(yùn)移具有代表性的農(nóng)田用于試驗(yàn)蒸發(fā)桶的布置，試驗(yàn)區(qū)面積7.0 m×6.5 m，將試驗(yàn)地分為75個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)域面積0.5 m×0.5 m，小區(qū)之間布設(shè)隔離帶，防止水分側(cè)漏。蒸發(fā)外桶預(yù)先埋設(shè)在挖好的試驗(yàn)坑中，外桶緣高出土壤表面4 cm，防止雨水倒灌。首先，將風(fēng)干土壤按照各層設(shè)定容重分層裝入蒸發(fā)內(nèi)桶，分別裝到56、52、48、44、40 cm標(biāo)記處，裝土過程中將層間打毛，裝土后自然沉降24 h使土柱達(dá)到平衡；然后將處理好的砂石對(duì)土體進(jìn)行覆蓋；最后，將不同處理的內(nèi)桶放入對(duì)應(yīng)的外桶中。用定制的降雨模擬器噴灑進(jìn)行降雨模擬實(shí)驗(yàn)，試驗(yàn)所使用的微咸水取自當(dāng)?shù)剞r(nóng)田灌溉的機(jī)井水，微咸水的礦化度為2 g/L。試驗(yàn)采用完全試驗(yàn)方法，選取降雨量和砂土混合比兩個(gè)因素，每因素設(shè)5個(gè)水平，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，設(shè)計(jì)方案如表3。

表3 土壤蒸發(fā)完全試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案Tab.3 complete test design of soil evaporation

表3中，人工模擬降雨量按照中衛(wèi)市環(huán)香山地區(qū)48年枯、平水平年降雨資料(11.2、22.8 mm)設(shè)置為6、9、12、15、18 mm五個(gè)水平。模擬試驗(yàn)中的灌水量根據(jù)(1)式進(jìn)行計(jì)算：

W=π×r2×h

(1)

式中：r為蒸發(fā)內(nèi)桶半徑，cm；h為模擬降雨量，mm。

1.4 試驗(yàn)過程

在每個(gè)土柱中間埋設(shè)TDR探管,用于觀測(cè)土壤各層含水率和電導(dǎo)率變化規(guī)律，測(cè)試深度分別為:0～10、10～20、20～30、30～40、40～50 cm，每次灌水之前均記錄土壤的體積含水率值和電導(dǎo)率值。灌水之前先對(duì)微型蒸滲儀的內(nèi)桶進(jìn)行稱重作為初始重量m0，使用容量為500和10 mL的量筒稱取不同體積的灌水量，用定制的降雨模擬器對(duì)內(nèi)桶進(jìn)行噴灑，并再次稱重，最后將內(nèi)桶放置外桶中。試驗(yàn)于 2018年7月初開始，每天8:00進(jìn)行內(nèi)桶稱重，觀測(cè)記錄土壤的蒸發(fā)量，每天8∶00觀測(cè)土壤各層含水率和電導(dǎo)率變化規(guī)律。為減小自然降雨對(duì)試驗(yàn)觀測(cè)的影響，試驗(yàn)區(qū)設(shè)有可移動(dòng)式遮雨棚。試驗(yàn)布置如圖1所示。

圖1 土壤蒸發(fā)試驗(yàn)圖Fig.1 The chart of soil evaporation test

2 結(jié)果與分析

2.1 砂土混合比對(duì)土壤水分日蒸發(fā)量的影響

圖2顯示了模擬降雨量I=6、9、12、15、18 mm下不同砂土混合比覆蓋的土壤日蒸發(fā)量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，圖例表示的是不同砂土混合比。

通過圖2可以發(fā)現(xiàn)，在不同模擬降雨量條件下，土壤日蒸發(fā)量隨時(shí)間變化趨勢(shì)大體一致，即基本都呈現(xiàn)出遞減變化，但灌水量大的日蒸發(fā)量數(shù)值較高與灌水量小的，這是由于土體蓄水量不同造成的，灌水量大的土壤存蓄的水分更多。在蒸發(fā)開始階段，各處理第1 d日蒸發(fā)量最大，前2天出現(xiàn)直線下降趨勢(shì)，這是因?yàn)樵囼?yàn)?zāi)M降雨使土壤含水量突然增大，土壤蓄水量達(dá)到最大，且天氣晴朗，各處理蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤水分損失較快，含水量迅速減少，當(dāng)土壤含水量低于土壤田間持水量時(shí)，某些毛細(xì)管中水分連續(xù)狀態(tài)受到破壞而中斷，毛管水供給表層蒸發(fā)的水分逐漸減少，蒸發(fā)速率隨表層土壤含水量變小而變小。根據(jù)土壤蒸發(fā)階段三階段理論可得，此階段主要處于土壤蒸發(fā)的第二階段，即土壤導(dǎo)水率控制階段。從第3天開始，隨著含水量不斷減少，土壤蒸發(fā)強(qiáng)度呈不斷減小趨勢(shì)，因?yàn)殡S著蒸發(fā)的繼續(xù)進(jìn)行，土壤中毛細(xì)管全部斷裂，毛管水不再上升，蒸發(fā)僅發(fā)生在深層土壤中，水汽通過土壤孔隙，再擴(kuò)散到大氣中去，該階段土壤蒸發(fā)主要由水汽擴(kuò)散控制。另外，從整個(gè)蒸發(fā)過程可以發(fā)現(xiàn)，第2天到第4天和第6天到第7天，土壤日蒸發(fā)量呈波動(dòng)變化現(xiàn)象，這時(shí)由于在第2天和第6天遇到自然降雨所導(dǎo)致的，自然降雨影響蒸發(fā)過程。從圖中亦可發(fā)現(xiàn)，砂土混合比0%(裸土)、25%、50%、75%、100%(全覆砂)覆蓋處理的土壤日蒸發(fā)量-時(shí)間曲線整體都降低，表現(xiàn)出砂土混和比與日蒸發(fā)量之間有規(guī)律遞減變化，并且這一變化特征適用于a、b、c、d、e五種模擬降水量處理的土柱試驗(yàn)。在蒸發(fā)前2天各處理日蒸發(fā)量均隨砂土混合比增大而逐漸減小，特別在第1天，由于土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈日蒸發(fā)量和砂土混合比之間關(guān)系較明顯，比如在模擬降雨量I=15 mm水平下，砂土混合比0%、25%、50%、75%、100%覆蓋處理的土壤日蒸發(fā)量對(duì)應(yīng)為7.74、6.64、4.42、4.42、3.32 mm。但第2天之后進(jìn)入土壤蒸發(fā)的水汽擴(kuò)散階段，土壤含水量的較低低，各砂土混合比處理的日蒸發(fā)量變化不明顯。總之，砂土混合比100%(全覆砂)處理的土壤在蒸發(fā)全過程中日蒸發(fā)量要小于其他各水平處理；且砂土混合比0%(裸土)處理的土壤日蒸發(fā)量最大。在試驗(yàn)過程中可觀察到各砂土混合比處理的土壤表面出現(xiàn)干層現(xiàn)象，且砂土混合比越小干層越明顯，表明蒸發(fā)后期土壤水逐漸以水汽擴(kuò)散的方式進(jìn)行蒸發(fā)。

2.2 砂土混合比對(duì)土壤累積蒸發(fā)量的影響

根據(jù)日蒸發(fā)量可計(jì)算出累積蒸發(fā)量。圖3為不同砂土混合比下累積蒸發(fā)量隨與時(shí)間的變化規(guī)律，其中I為模擬降雨量(試驗(yàn)灌水量)，圖例表示砂土混合比。

圖2 不同砂土混合比處理對(duì)土壤日蒸發(fā)量的影響Fig.2 Effect of different sand mixture ratio on soil daily evaporation

圖3 不同砂土混合比處理土壤累計(jì)蒸發(fā)量變化規(guī)律Fig.3 Variation rule of cumulative evaporation under different sand mixture ratios

由圖3可知：在相同灌水量條件下，土壤累計(jì)蒸發(fā)量均隨時(shí)間增加而增加；無論覆砂與否，抑或覆蓋的砂土混合比是多少，土壤累計(jì)蒸發(fā)量均隨模擬降雨量(試驗(yàn)灌水量)的增加而增加，高灌水量對(duì)應(yīng)更大的累計(jì)蒸發(fā)量。對(duì)于同一灌水量下，隨砂土混合比的增加，累計(jì)蒸發(fā)量逐漸減小。譬如，模擬降雨量(試驗(yàn)灌水量)I=15mm條件下，蒸發(fā)到第5天時(shí)，砂土混合比0%(裸土)、25%、50%、75%、100%(全覆砂)處理的土壤累計(jì)蒸發(fā)量分別為14.56、13.71、11.50、9.29、7.97 mm，很好地解釋了砂土混合比對(duì)土壤蒸發(fā)的影響。從圖3中也可看出，砂土混合比25%、50%、75%、100%(全覆砂)處理的土壤累計(jì)蒸發(fā)量要明顯小于砂土混合比0%(裸土)處理的，且砂土混合比0%(裸土)處理的土壤蒸發(fā)過程較早結(jié)束，表明砂土混合比越大，對(duì)減少累計(jì)蒸發(fā)的效果越明顯，反映了砂石覆蓋對(duì)土壤蒸發(fā)的抑制作用。

2.3 砂石覆蓋對(duì)土壤水分運(yùn)動(dòng)的影響

砂石覆蓋可以顯著抑制土壤上層水分的蒸發(fā)散失，從而增加了土壤下層含水量，達(dá)到抑蒸保蓄的效果。在覆砂條件下隨著蒸發(fā)的進(jìn)行，土壤水分隨著時(shí)間的變化規(guī)律是怎樣的，砂石覆蓋對(duì)土壤水分運(yùn)移有何影響，下面選擇裸土和砂土混合比100%處理的土壤進(jìn)行對(duì)比分析。

從圖4可以看出：土壤蒸發(fā)全程中，土壤體積含水率因覆砂與否存在很大不同，在相同模擬降雨量(灌水量)條件下，砂土混合比100%(全覆砂)處理的土壤體積含水率明顯高于砂土混合比100%(裸土)處理的，以土壤深度10 cm的體積含水率為例，覆砂處理的土壤體積含水率分別為9.332%、8.912%、8.224%、7.236%、6.894%，不覆砂處理的分別為8.843%、6.703%、5.612%、5.423%、5.194%，即，覆砂的比不覆砂的分別提高了5.24%、24.79%、31.76%、25.06%、24.66%。說明，土壤覆砂處理可以很好的存蓄水分，抑制土壤蒸發(fā)，有效的促進(jìn)更多水分向下層運(yùn)移。另外從圖中還可以發(fā)現(xiàn)，不管覆砂與否，土壤蒸發(fā)水分再分布過程中，土壤體積含水率存在著明顯的分界點(diǎn)，分界點(diǎn)以上土壤體積含水率隨著蒸發(fā)時(shí)間增加不斷減少，分界點(diǎn)以下土壤體積含水率略有增加，變化不明顯。有無覆砂處理影響著分界點(diǎn)的位置，砂土混合比0%(裸土)處理的分界點(diǎn)在土表以下 20 cm左右處，而砂土混合比100%(全覆砂)處理的分界點(diǎn)在土表以下30 cm左右。研究表明，覆砂可以顯著抑制土壤上層水分的蒸發(fā)散失，從而增加了土壤下層含水量，達(dá)到抑蒸保蓄的效果，對(duì)于干旱半干旱地區(qū)的大田砂石覆蓋的旱作耕作種植模式具有很好的指導(dǎo)意義。

圖4 裸土和不同覆砂處理土壤水分動(dòng)態(tài)分布Fig.4 Dynamic distribution of soil moisture under different sand mixing ratios

圖5為不同砂土混合比處理土壤的體積含水率分布狀態(tài)，其中I為模擬降雨量(灌水量)，圖例表示砂土混合比。通過比較5種灌水量條件下不同砂土混合比的體積含水率來進(jìn)一步揭示不同砂土覆蓋對(duì)于蒸發(fā)過程中的土壤水分動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，說明不同砂土混合比對(duì)于土壤水分蒸發(fā)的影響。

通過比較5種灌水量條件下不同砂土混合比的體積含水率可以發(fā)現(xiàn)：同一砂土混合比覆蓋處理的土壤，隨著灌水量的增加土壤體積含水率略有增加。不同灌水量處理的土壤體積含水率隨土層深度的變化趨勢(shì)基本相同。當(dāng)模擬降雨量較低時(shí)，不同砂土混合比處理的土壤在0～20 cm體積含水率差異較大，相差大約1.3%。而在高模擬降雨量下這種差異性更明顯，在20 cm土壤深度，不同砂土混合比處理的土壤體積含水率差值在2%左右。說明，在蒸發(fā)狀態(tài)下，隨著砂土混合比的增加上層土壤水分的蒸發(fā)得到了更好的抑制從而保蓄了更多的水分。此外，五種灌水量處理的土壤體積含水率的變化規(guī)律相一致，即在深度上任一砂土混合比處理的表層土壤體積含水率均隨深度的增加而增加，但20 cm以下土壤體積含水率隨土壤深度增加呈遞減變化，在土壤深度到達(dá)40 cm之后，土壤體積含水率因砂土混合比不同差異較小。從土壤水分動(dòng)態(tài)變化來看，在整個(gè)蒸發(fā)過程中，砂土混合比越大的土壤體積含水率越大。如模擬灌水量I=18 mm，在20 cm土壤深度處，砂土混合比0%(裸土)、25%、50%、75%、100%處理的土壤體積含水率分別為9.471%、9.590%、9.724%、9.835%、10.201%，體積含水率分別提高了1.3%、1.4%、1.2%、3.7%，而覆砂處理的體積含水率比裸土提高了7.7%，進(jìn)一步說明了覆砂可以明顯減少土壤水分的蒸發(fā)散失，保蓄更多的土壤水分。

3 討 論

砂石覆蓋能夠有效抑制土壤水分蒸發(fā)，增加水分入滲，促進(jìn)作物的生長(zhǎng)發(fā)育，這和許多學(xué)者的研究結(jié)果相一致。劉謙和等[21]通過田間土柱模擬試驗(yàn)研究表明：砂石覆蓋能夠抑制土壤水分蒸發(fā)；且砂石覆蓋厚度4 cm效果最好。冀宏等[22]對(duì)于土壤不同覆蓋方式進(jìn)行了對(duì)比研究，試驗(yàn)證明:覆蓋物可以減少土壤水分蒸發(fā)；覆蓋物越厚,土壤蒸發(fā)量越小。原翠萍等[23]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)砂石覆蓋抑制土壤水分蒸發(fā)的效果與砂石粒徑有關(guān)，并且粒徑越小的砂石抑制土壤蒸發(fā)的能力越強(qiáng)。陳止輝等[24]研究證明砂石覆蓋可以有效減少土壤蒸發(fā)，2～5 mm砂石粒徑覆蓋的土壤水分蒸發(fā)量最小。蔡永坤、李毅等[25]通過土柱蒸發(fā)模擬試驗(yàn)證明：砂石覆蓋可以促進(jìn)水分入滲減少土壤蒸發(fā)，覆蓋度和粒徑越小，對(duì)于土壤蒸發(fā)的抑制效果越好。崔向新、蒙仲舉等[26]的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)礫石覆蓋能夠有效減少土壤累積蒸發(fā)量；2～4 mm粒徑的礫石是最優(yōu)的選擇，這和陳止輝學(xué)者的研究結(jié)果相一致。

圖5 不同砂土混合比對(duì)土壤體積含水率的影響Fig.5 Effect of sand mixture ratio on soil volumetric water content

砂石覆蓋技術(shù)是我國(guó)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)耕作技術(shù)，尤其在旱區(qū)得到廣泛的應(yīng)用，許多學(xué)者只是研究了覆砂與否、覆蓋厚度、砂石粒徑處理對(duì)土壤蒸發(fā)的影響，但對(duì)于砂石覆蓋的系統(tǒng)研究還相對(duì)缺乏。譚軍利等[27]研究發(fā)現(xiàn)不覆砂和覆砂處理的土壤含水量在蒸發(fā)全過程中分別減少34%、16.9%，覆砂處理增加了土壤下層含水量；覆砂處理抑制表層土壤鹽分累積幅度達(dá)到92.4%～95.2%，明顯抑制了表層土壤鹽分累積。在整個(gè)大田土柱模擬試驗(yàn)觀測(cè)期內(nèi)，土壤蒸發(fā)過程主要有土壤導(dǎo)水率控制階段和擴(kuò)散控制階段兩個(gè)階段。此結(jié)論與王艷偉[28]和Li[29]的研究結(jié)果基本一致。王艷偉研究發(fā)現(xiàn)土壤含水率隨時(shí)間的變化程度隨著砂土覆蓋厚度、降雨量和砂土混合比例的增大均呈減小趨勢(shì)，且100%砂土混合比處理(純砂石覆蓋處理)對(duì)抑制土壤蒸發(fā)的效果最顯著。Li的研究證明砂石混合覆蓋比純砂覆蓋處理的土壤蒸發(fā)量減小了2.5倍左右。因此本研究選用的是砂土混合覆蓋，而非純砂石覆蓋，本研究設(shè)置了不同砂土混合比，除了對(duì)比裸土(砂土混合比0%)和全覆蓋(砂土混合比100%)處理之外，還設(shè)置了砂土混合比為25%、50%和75%的處理，這樣可以系統(tǒng)研究在不同砂土混合比下土壤蒸發(fā)的差異性。本研究對(duì)比分析了不同砂土混合比對(duì)土壤蒸發(fā)的影響，砂土混合比越大對(duì)土壤水分蒸發(fā)的抑制效果越好，從而說明砂土混合比增加是有一定實(shí)際意義的，尤其對(duì)中國(guó)旱區(qū)大面積推廣應(yīng)用砂石覆蓋地區(qū)。

4 結(jié) 論

(1)與裸土相比，土壤覆砂能夠大幅度減少土壤水分蒸發(fā)，砂土混合比25%、50%、75%、100%(全覆砂)處理的土壤比裸土(砂土混合比0%)的日蒸發(fā)量分別減少14.2%、42.9%、42.9%、57.1%，和累積蒸發(fā)量分別減少5.4%、21.0%、36.2%、45.3%，說明，砂石覆蓋可以有效減少土壤水分蒸發(fā)，并且這種抑制作用與砂土混合比密切相關(guān)，即，砂土混合比越大，土壤日蒸發(fā)量和累積蒸發(fā)量越小，砂土混合比為100%的抑制蒸發(fā)效果最好。

(2)砂石覆蓋還可以有效保持土壤水分，砂土混合比越大，土壤剖面體積含水率越大，不同砂土混合比處理的土壤體積含水率變化規(guī)律在不同灌水量條件下大體相同?？傊?，砂石覆蓋可以有效減少土壤水分蒸發(fā)，提高土壤含水量，是有效的抑蒸保蓄旱區(qū)耕作技術(shù)。本研究所得出的結(jié)論可以為中國(guó)旱區(qū)農(nóng)田砂石覆蓋實(shí)踐提供必要的指導(dǎo)，為提高壓砂地水資源高效利用和可持續(xù)發(fā)展提供數(shù)據(jù)支撐。

由于本試驗(yàn)在大田中進(jìn)行，土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈，持續(xù)時(shí)間短，并且是在無作物和植被的裸土區(qū)域進(jìn)行，沒有考慮作物植被對(duì)水分的影響，因此就大田實(shí)際情況而言，觀察在持續(xù)長(zhǎng)時(shí)間蒸發(fā)及作物植被蒸騰條件下不同砂土混合比對(duì)土壤水分蒸發(fā)的影響，需要進(jìn)一步研究。

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