西北干旱區(qū)農(nóng)田土壤蒸發(fā)量及影響因子分析

吳友杰，杜太生

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，長沙 410128；2. 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)中國農(nóng)業(yè)水問題研究中心，北京 100083）

0 引 言

土壤蒸發(fā)作為水分循環(huán)系統(tǒng)中的關(guān)鍵要素，是水量平衡與熱量平衡的重要組成因素，在水文氣象中扮演著十分重要的角色，對土壤-植物-大氣連續(xù)體（Soil-Plant-Atmosphere Continuum，SPAC）水分循環(huán)和水資源評價與管理等具有重要的研究意義[1-2]。土壤蒸發(fā)長期以來受到人們的關(guān)注。在干旱半干旱地區(qū)，水分不斷散失會影響種子的發(fā)芽和出苗，往往是作物產(chǎn)量的重要限制因子。為減少土壤蒸發(fā)損失，保證種子的發(fā)芽和出苗率以及提高作物水分利用率和產(chǎn)量，干旱半干旱地區(qū)農(nóng)田廣泛利用了覆膜技術(shù)。目前，農(nóng)田覆膜已成為廣泛采用的農(nóng)藝措施[3-4]。作為一種特殊的覆蓋方式，塑料薄膜覆蓋直接影響土壤溫度、土壤水分和土表微氣候環(huán)境，通過保溫保墑促進作物播種出苗和生長發(fā)育[5-6]。

相對于大型蒸滲儀和水量平衡法等方法，微型蒸滲儀（micro-lysimeter）操作簡單、耗時短且經(jīng)濟有效，是一種簡單有效的方法，已被廣泛應(yīng)用于直接測量土壤蒸發(fā)量[7-9]。然而，目前微型蒸滲儀在制作和使用過程中仍存在一些爭議，如微型蒸滲儀適用的尺寸大?。趶胶透叨龋﹩栴}[10-11]，底部處理問題（封底與不封底等）[10,12]，底部所用材料（鐵皮和紗網(wǎng)等）問題等。此外，在覆膜條件下，土壤蒸發(fā)過程復(fù)雜，包括蒸發(fā)水汽粘附于膜下形成凝結(jié)水，凝結(jié)水經(jīng)二次蒸發(fā)后水汽從膜孔和膜縫擴散到大氣中，使用微型蒸滲儀測定膜下土壤蒸發(fā)的問題更有待深入探討[3]。雖然在覆膜條件下土壤蒸發(fā)遠遠小于蒸騰所占比例，但它是不可忽略的，尤其是相對于一個長時期的累積來說，膜下蒸發(fā)更應(yīng)該引起重視。針對農(nóng)田土壤蒸發(fā)的估算和其運動過程分析已有一些研究，傳統(tǒng)的研究方法有蒸滲儀法[8-9,13-15]，微氣象法[16]，遙感法[17]以及水文模型估算法[6,18]。每種方法都有其局限性，如時空尺度局限性、耗時費力以及設(shè)備的誤差和不確定性等。另外，覆膜條件下的土壤蒸發(fā)過程復(fù)雜，包括了蒸發(fā)水汽粘附于膜下形成凝結(jié)水，凝結(jié)水經(jīng)二次蒸發(fā)后水汽從膜孔和膜縫擴散到大氣中，其水分傳輸和轉(zhuǎn)化機制難以用傳統(tǒng)的方法定量研究[3]。因此，定量化研究農(nóng)田裸土、覆膜條件下土壤蒸發(fā)具有重要的意義。

本研究嘗試應(yīng)用多種微型蒸滲儀方法對裸土和覆膜條件下的土壤蒸發(fā)進行測定和比較，明晰其適用性，并采用水量平衡原理結(jié)合莖流計的方法測算蒸發(fā)量對微型蒸滲儀法進行校對和驗證。此外，采用偏最小二乘法研究土壤、氣象等屬性指標(biāo)對土壤蒸發(fā)量的影響進行綜合評估。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2014年4月至2015年10月在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)石羊河農(nóng)業(yè)與生態(tài)節(jié)水試驗站進行（37°52'N，102°51'E）。試驗區(qū)常年干旱，蒸發(fā)量大，水面蒸發(fā)量大于2 000 mm，日照時間長，年均日照時數(shù)在3 000 h以上，多年平均降雨量僅164.4 mm。試驗區(qū)土壤主要為壤土和砂壤土，表層壤土的干容重和田間持水量均值分別為 1.51 g/cm3和0.28 cm3/cm3[19]。

1.2 試驗方法

試驗小區(qū)分布于試驗站玉米農(nóng)田內(nèi)，為增加地溫，減少棵間蒸發(fā)，保證出苗率，試驗區(qū)農(nóng)田采用白色聚乙烯塑料薄膜覆蓋，膜寬140 cm、厚0.005 mm。玉米于4月中旬播種，9月下旬收獲，其生長期可大致劃分為前期（播種至6月下旬），中期（6月下旬至8月上旬）和后期（8月上旬至收獲）。

1.2.1 微型蒸滲儀方法

土壤蒸發(fā)采用微型蒸滲儀測定。微型蒸滲儀由 PVC管材料制成，由內(nèi)筒和外筒組成，內(nèi)筒直徑和高度為 10和20 cm，外筒直徑和高度為11和20 cm。外筒被固定在裸土中，表面與土壤齊平，內(nèi)筒取原狀土。

布置田間覆膜試驗前，選擇一塊裸地對微型蒸滲儀展開裸土試驗，采用4種處理方式：1）用濾紙和紗網(wǎng)處理蒸滲儀底部，確保水分和熱量均可以自由傳輸，記為“不封底微型蒸滲儀”；2）采用鐵片和塑料薄膜封底，阻止桶內(nèi)和桶外土壤水分的相互交換，同時可以確保熱量的傳遞，記為“封底微型蒸滲儀”；3）選取一部分蒸滲儀進行5 d一次的更換新土，記為“換土微型蒸滲儀”；4）另外選取一部分蒸滲儀不換土，記為“不換土微型蒸滲儀”，但在每次降雨和灌溉后對所有微型蒸滲儀進行換土，如表1所示。各種處理的微型蒸滲儀設(shè)3個重復(fù)，隨機分布于玉米農(nóng)田內(nèi)，每天19:00用精度0.1 g的天平秤量一次以計算每日蒸發(fā)量。對蒸發(fā)日變化進行測定，日間每小時對微型土壤蒸滲儀稱量一次。灌溉和降雨時段內(nèi)無測量數(shù)據(jù)。每日（或小時）土壤蒸發(fā)量根據(jù)下式計算

式中E為土壤每日（或小時）蒸發(fā)量，mm/d或mm/h；S為微型蒸滲儀蒸發(fā)面積，cm2；ΔMi為蒸滲儀每日（或小時）質(zhì)量變化量，g；N為微型蒸滲儀總個數(shù)。

裸土試驗結(jié)束后，選取最優(yōu)的微型蒸滲儀對農(nóng)田覆膜條件下的土壤蒸發(fā)測定展開試驗，嘗試使用 3種處理微型蒸滲儀的方法對進行測定。第一種為蒸滲儀表面不覆膜（E（LB）），即表面為裸土；第二種為蒸滲儀表面覆膜（E（LM））并開小孔，其開孔率（Hole Rate，HR）亦即塑料薄膜的破損率，其值為裸露土體的表面積與總面積的比值，與試驗田的覆膜破損率保持一致；第三種為蒸滲儀表面不覆膜但將其測量結(jié)果乘以開孔率（E（LB×HR））。試驗初期，玉米農(nóng)田放苗孔的開孔率較為穩(wěn)定，因為播種時所采用的播種機口徑為 3.0 cm，株距和行距分別為18和50 cm，HR約為0.5%。試驗過程中，由于人為活動和其他一些因素（如風(fēng)和雜草等）的影響，試驗區(qū)覆膜會受到不同程度的破損，因此本研究每隔約兩周時間對覆膜的破損率進行一次估算，用相機采集照片后應(yīng)用Photoshop軟件對照片進行處理并估算。此外，為驗證Photoshop計算的準(zhǔn)確性，采用網(wǎng)格法進行局部采樣校正。田間試驗的具體方法描述見表1。

表1 試驗設(shè)計和方法描述Table 1 Experimental design and method description

1.2.2 莖流計結(jié)合水量平衡方法E（F-B）

大量研究表明采用常規(guī)的水量平衡法計算蒸發(fā)蒸騰量（ET）結(jié)合莖流計測定植物蒸騰量（T）的方法估算土壤蒸發(fā)量（E=ET-T）是相對準(zhǔn)確可行的[19-22]。本研究采用莖流計結(jié)合水量平衡方法E（F-B）對微型蒸滲儀法進行對比驗證分析（E=ET-T），需采用Flow32-1K包裹式莖流系統(tǒng)（Dynamax，Houston，TX，USA）對玉米莖液流進行監(jiān)測，其原理是利用熱量平衡法，通過測量莖內(nèi)水分運輸過程中產(chǎn)生的熱量變化，確定植物莖液流和植物的水分消耗[23]。每套Flow32-1K系統(tǒng)有8個包裹式傳感器，隨玉米莖粗的增大選用的傳 感器型號也隨之改變，一般選用SGB16、SGB19和SGB25這3種規(guī)格。安裝包裹式莖流系統(tǒng)均在玉米拔節(jié)后期或抽穗前期進行，在試驗區(qū)隨機選取 8株玉米進行測定（根據(jù)實際情況可適當(dāng)?shù)馗鼡Q植株）。莖流數(shù)據(jù)采集間隔為1 min，每15 min計算一次平均值并存儲。為防止連續(xù)加熱對植株造成傷害，每隔10 d左右將傳感器卸下，并進行相應(yīng)維護。

采用水量平衡法計算玉米作物蒸發(fā)蒸騰量（ET，mm），方程如下[8,20]：

式中P為計算周期內(nèi)的總降水量；I為總的灌水量；Q為地下水補給量；R為地表徑流量；D為滲漏量；Wt0和Wt1分別代表在t0和t1時刻0～100 cm的土壤水存儲量，由水分監(jiān)測系統(tǒng)ECH2O（Decagon Devices，Inc.，Pullman，WA，USA）測定計算獲得。以上各分量的單位均為mm。

由于試驗區(qū)降雨強度一般很小，試驗期間最大次降雨量為23.2 mm，最大的灌水量為56 mm。試驗區(qū)地勢平坦，下雨和灌溉會有積水但不會存在徑流；經(jīng)分析土壤水分動態(tài)變化情況，灌水后水分入滲最大深度 75～80 cm，灌水前后埋設(shè)于90 cm深度的水分傳感器未見明顯變化，因此，在計算深度100 cm（根系活動層內(nèi)）內(nèi)不存在滲漏。此外，地下水埋藏深度較深（約30 m），前人通過長期監(jiān)測土壤水分動態(tài)變化規(guī)律發(fā)現(xiàn)該地地下水補給量約為 0，可忽略[22-23]。因此，水量平衡方程可以簡化為：

1.2.3 影響因子分析

為深入分析影響土壤蒸發(fā)的主要影響因子，試驗測定了土壤表層土壤含水量（Soil Water Content，SWC）、土壤溫度（Temperature，Temp）、玉米葉面積指數(shù)（Leaf Area Index，LAI）、太陽輻射（Solar Radiation, SR）、空氣相對濕度（Relative Humidity, RH）等。其中SWC和Temp采用ECH2O土壤水分測定系統(tǒng)（Decagon Devices，Inc.，Pullman，WA，USA）進行測定；采用卷尺測量玉米葉面積，測量每片葉完全展開的長和寬，單葉葉面積=長×寬×0.74[22]，葉面積指數(shù)=單株葉面積/該植株所占地表面積；采用自動氣象站（Hobo，Onset Computer Crop，USA）連續(xù)監(jiān)測SR、RH等相關(guān)氣象因子。

利用 XLSTAT 軟件（version 2010.3.06，Addinsoft2010，New York，USA）進行偏最小二乘法建模，記為Full_PLS模型。在Full_PLS模型中，根據(jù)各個自變量的變量投影重要性（Variable Importance in the Projection，VIP）值[24]，對VIP值小于0.80的自變量進行篩選移除,再進行回歸，直至回歸模型中自變量的 VIP值均為0.8以上，得到基于VIP值逐步篩選自變量PLS模型（based on VIP for stepwise selection of independent variable PLS model，BSVIP_PLS）。模型的具體數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程及介紹詳見文獻[25]。采用該模型綜合評估以上土壤屬性和氣象指標(biāo)對土壤蒸發(fā)量的影響。

根據(jù)不同自變量 VIP值計算各個自變量對土壤蒸發(fā)的影響貢獻率，由以下公式計算[26]：

ET ( )

PIWW

t t

1 0

式中Ci為自變量i對土壤蒸發(fā)的影響貢獻率，%；VIPi為BSVIP_PLS模型中的自變量i對土壤蒸發(fā)影響的VIP值；n為BSVIP_PLS模型中自變量的個數(shù)；r為模型的復(fù)相關(guān)系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同微型蒸滲儀測量的裸土蒸發(fā)

大量研究表明，采用微型蒸滲儀直接測量土壤蒸發(fā)量是相對精確有效的[7-9]，但微型蒸滲儀的底部處理問題仍存在一定的爭議。本研究發(fā)現(xiàn)，封底和不封底微型蒸滲儀的測量結(jié)果相近（圖 1），兩者擬合的線性關(guān)系為E(不封底)=1.008E(封底)（R2=0.876）。在第 3 天和第 20 天后 2種方法測定的蒸發(fā)存在一定的差異，主要原因可能是灌溉和降雨的影響，使封底蒸滲儀底部存在積水。在不受降雨和灌溉影響的情況下，微型蒸滲儀內(nèi)外土壤水分交換較少，對測量的土壤蒸發(fā)影響較小；同時亦可說明微型蒸滲儀高度 20 cm是合理的設(shè)計高度，在表層土壤20 cm以下的土壤水分向上傳輸較少。前人對微型蒸滲儀研究中，通過對比分析10、15、20和25 cm高度的蒸滲儀測量結(jié)果后，推薦使用高度為20 cm的微型蒸滲儀[12,15]，與本研究結(jié)論相似。

圖1 封底和不封底微型蒸滲儀測定的土壤蒸發(fā)量比較Fig.1 Comparison of soil evaporation determined by micro-lysimeters with and without back cover

相關(guān)研究表明[9,27-28]，在一般情況下，微型蒸滲儀需要3～5 d換一次土以確保測量精度。然而，試驗區(qū)覆膜條件下，若常換土則會帶來膜的大量破壞，為減少試驗區(qū)覆膜的破壞，本研究對微型蒸滲儀進行一定的改進并盡量減少換土次數(shù)。由圖 2可知，換土和不換土微型蒸滲儀測量的結(jié)果相似，兩者測定的蒸發(fā)量在第4天和第5天的結(jié)果差異較大，可能的原因是在換土后的土壤空間差異較大，蒸滲儀內(nèi)土壤水分含量與不換土相比存在較大差異。兩者所擬合的線性關(guān)系的R2為0.890（圖2b）。不換土的微型蒸滲儀測量裸土的土壤蒸發(fā)是可行的，表明本次裸土試驗改進的“不封底不換土”的微型蒸滲儀測量裸土蒸發(fā)量是可行的。可見，在西北干旱地區(qū)，降雨量小而蒸發(fā)量大的條件下測量裸土的土壤蒸發(fā)，采用不封底（底部紗網(wǎng)）且不換土微型蒸滲儀測量結(jié)果誤差較小，基于其制作簡單、經(jīng)濟且壞破性小，因此建議采用。

圖2 換土和不換土微型蒸滲儀測定的土壤蒸發(fā)量比較Fig.2 Comparison of soil evaporation determined by micro-lysimeters with and without soil replacement

2.2 覆膜條件下農(nóng)田的土壤蒸發(fā)量測定

為驗證 Photoshop計算農(nóng)田覆膜開孔率（HR）的準(zhǔn)確性，采用網(wǎng)格法進行局部采樣校正，該方法采用的均一材質(zhì)紗網(wǎng)其面積和質(zhì)量具非常良好的線性關(guān)系，如圖3a所示，通過在試驗區(qū)隨機采樣后剪取網(wǎng)格，用分析天平（精度為0.0001g）進行稱重，通過質(zhì)量-面積關(guān)系進行換算，即可求得膜的破損度（開孔率）。計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)格法和Photoshop方法所估算的覆膜開孔率基本一致，如圖3b所示，兩者的線性方程為y=1.008x（R2=0.9405）。表明，采集照片并用 Photoshop處理分析的方法是可行的。最后結(jié)果顯示，生長過程中，膜的開孔率變化范圍為0.5%～5.0%。

圖3 網(wǎng)格法和Photoshop方法估算覆膜開孔率的比較Fig.3 Comparison of mesh method and Photoshop method in estimating the hole rate

農(nóng)田覆膜條件下采用3種微型蒸滲儀方法（見表1）測定的土壤蒸發(fā)量如圖 4所示。方法 E（LB×HR）估算的膜下蒸發(fā)量均值為0.06 mm/d，顯著低于由覆膜的微型蒸滲儀E（LM）直接測量的土壤蒸發(fā)量0.96 mm/d，此外，盡管E（LM）方法中覆膜比例為95.0%～99.5%（相應(yīng)的開孔率僅為0.5%～5.0%），但覆膜的微型蒸滲儀直接測量的土壤蒸發(fā)量仍然較大，未見明顯小于由裸土微型蒸滲儀E（LB）直接測量的土壤蒸發(fā)量1.24 mm/d。因此說明，覆膜條件下盡管膜的覆蓋率很大，但膜下土壤蒸發(fā)水汽經(jīng)膜孔擴散到外界的量仍然較大。而傳統(tǒng)的研究方法采用裸土蒸發(fā)量乘以農(nóng)田覆膜開孔率（HR）的方法 E（LB×HR）估算的膜下蒸發(fā)量嚴(yán)重偏低。

Li等[8]的研究表明利用覆膜微型蒸滲儀的方法（本研究的E（LB×HR）方法）測定膜下的土壤蒸發(fā)是可行的，與模型估算和能量平衡方法估算的結(jié)果相似。該研究中，膜的覆蓋比例約為 71%，膜寬 1.1 m，膜與膜之間是0.45 cm寬的裸土，考慮放苗孔在內(nèi)，農(nóng)田的裸土比例約為 30%，所以用微型蒸滲儀測量的蒸發(fā)量乘以裸土比例即為農(nóng)田土壤蒸發(fā)量，結(jié)果約為0.2～0.8 mm/d，小于本研究E（LM）方法所估算的結(jié)果0.6～1.3 mm/d，而大于E（LB×HR）方法所估算的結(jié)果0.05～0.08 mm/d。造成這些差異的原因可能主要來源于薄膜的覆蓋方式不同，本研究采用地表全覆蓋模式，而 Li等[8]采用間隔性覆蓋模式，此外，按覆膜比例的折算方法（E（LB×HR）估算膜孔蒸發(fā)量可能很大程度低于真實值。

對于蒸發(fā)日變化（圖4a），在早上和晚上E（LM）方法估算的蒸發(fā)量比 E（LB）大。很可能是因為在覆膜情況下膜下凝結(jié)水補給到表層土壤，使早晨表層土壤保持較高的含水量，午后，膜下的土壤表層溫度大于裸土溫度，蒸發(fā)強度較大。此結(jié)果與Zhao等[9]采用微型蒸滲儀測定葡萄園裸土蒸發(fā)日變化分布趨勢相似。對于蒸發(fā)的生長期變化（圖4b），由E（LM）和E（LB）方法估算的蒸發(fā)量可知，生長前期，日均蒸發(fā)量為 1.33～1.45 mm/d，是因為玉米生長前期葉面積指數(shù)小，太陽直射地表導(dǎo)致蒸發(fā)較大；到生長中期，隨葉面積指數(shù)增大，蒸發(fā)減小，平均值為0.69～1.12 mm/d，E（LM）與E（LB）方法估算的蒸發(fā)量出現(xiàn)了較大差異，可能的原因是葉面積指數(shù)增大使蒸滲儀接收到的太陽輻射減少，表面覆膜開孔的微型蒸滲儀中，由蒸發(fā)拉力作用而提升到膜下形成凝結(jié)水減少，進而從膜孔擴散到外界的水分減少，導(dǎo)致與 E（LB）的蒸發(fā)量差異變大。到生長后期，蒸發(fā)量略大，平均值為0.85～1.13 mm/d。應(yīng)用E（LM）與E（LB）方法估算玉米生長前期的覆膜和裸土蒸發(fā)量差距不大，可能原因是盡管E（LM）方法所用的微型蒸滲儀表面覆膜開孔，但玉米生長期內(nèi)較多的膜下凝結(jié)水返回到土壤表層，使其土壤含水量較裸土含水量大，從而蒸發(fā)量大。

圖4 3種微型蒸滲儀測定土壤蒸發(fā)日變化和生長期變化Fig.4 Daily and growth period variations of soil evaporation determined by three micro-lysimeter methods

圖5為覆膜條件下3種微型蒸滲儀和基于莖流計-水量平衡方法測定的覆膜條件下的土壤蒸發(fā)量變化情況，總體上 E（LB）方法測定的土壤蒸發(fā)較高，生長期平均值為1.24 mm/d；而E（LB×HR）估算的膜下土壤蒸發(fā)量最小，每日蒸發(fā)趨近于0，不能反映實際情況，也說明以往認(rèn)為農(nóng)田覆膜條件下蒸發(fā)量可忽略的觀點是錯誤的。如圖5中基于莖流計-水量平衡方法E（F-B）所測量的蒸發(fā)量，可知覆膜條件下蒸發(fā)量依然較大，均值為1.02 mm/d。介于E（LB）和E（LM）方法所測定的蒸發(fā)之間，E（LM）所測定的蒸發(fā)均值為0.96 mm/d。說明了雖然農(nóng)田覆膜，但土壤蒸量依然較大，不可忽略，而采用各種微型蒸滲儀直接測定的蒸發(fā)量存在一定偏差。Wu等[19]2017年采用穩(wěn)定同位素方法結(jié)合瑞利（Rayleigh）分餾原理估算農(nóng)田覆膜條件下的土壤蒸發(fā)，量化分析了膜下土壤水分發(fā)生蒸發(fā)并形成水汽過程，發(fā)現(xiàn)72.6%蒸發(fā)水汽在膜下冷凝形成凝結(jié)水，其中70.0%發(fā)生二次蒸發(fā)再次形成水汽擴散到外界，平均蒸發(fā)量約為0.80 mm/d，蒸發(fā)比例約為21.2%。覆膜條件下，裸土面積占的比例雖然很小，但土壤蒸發(fā)比例依然較大。

從蒸發(fā)變化情況可以看出，各方法測量的土壤蒸發(fā)隨時間變化不十分明顯，在6月下旬至7月中旬期間蒸發(fā)較小，主要原因是該時期玉米葉面積指數(shù)較大，使地表接收到的太陽輻射減少；7月下旬至8月下旬蒸發(fā)量較高，可能主要原因是該時期溫度較高，同時由于該時段農(nóng)田灌溉水量較大使土壤表層水分含量較大，導(dǎo)致蒸發(fā)量大。

圖5 不同方法測定的土壤蒸發(fā)量隨時間變化Fig.5 Variations of soil evaporation determined by different micro-lysimeters with time

綜上可知，應(yīng)用微型蒸滲儀測定裸土土壤蒸發(fā)是可行的，但在覆膜條件下其測量結(jié)果存在一定偏差，尤其是采用E（LB×HR）方法，測量結(jié)果偏差較大，E（LM）方法測量結(jié)果可近似的（略偏低）反映實際情況。農(nóng)田覆膜后，膜下土壤蒸發(fā)水汽傳輸和轉(zhuǎn)化是一個相對復(fù)雜的過程，其水汽凝結(jié)于膜下后經(jīng)二次蒸發(fā)擴散到外界的過程難以用傳統(tǒng)的方法測定，此外覆膜開孔下從膜孔蒸發(fā)的水汽也難以量化[29]。

2.3 土壤蒸發(fā)的影響因子分析

偏最小二乘法（Partial Least Squares，PLS）被應(yīng)用于許多學(xué)科領(lǐng)域，是解決自變量共線性的有效方法。

本研究采用偏最小二乘法探討了對E（F-B）法所測定蒸發(fā)數(shù)據(jù)進行分析，如圖6所示?？梢姡鶕?jù)PLS全模型的 VIP值大小進行各自變量逐步篩選，發(fā)現(xiàn)空氣相對濕度RH的VIP值小于0.8，表明RH對土壤蒸發(fā)的影響最??；PLS模型的VIP值大于0.8的變量中，其值大小依次為：土壤含水率（SWC）、太陽輻射（SR）、葉面積指數(shù)（LAI）、覆膜開孔率（HR）、溫度（Temp）。不同影響因素對土壤蒸發(fā)的影響貢獻率分別為：SWC 23.9%、SR 18.3%、LAI 17.0%、HR 14.5%和Temp 13.9%。

前人通過試驗研究冬小麥農(nóng)田土壤蒸發(fā)及其主要影響因素，發(fā)現(xiàn)的小麥越冬期，影響土壤蒸發(fā)的主要因素是氣象因子；返青期，土壤蒸發(fā)的表層土壤含水量的關(guān)系最為密切；此外小麥的葉面積指數(shù)是影響土壤蒸發(fā)的重要因素[15]。一些研究表明，影響土壤蒸發(fā)的主要因素可分為內(nèi)因和外因兩種，內(nèi)因即土壤特征結(jié)構(gòu)本身，如土壤類型、土壤水分含量等，外因即氣象因素如輻射氣溫等，其中內(nèi)因影響最大的為表層土壤水分含量，外因為輻射[30-34]。其研究結(jié)果與本研究結(jié)果相似，本研究通過采用偏最小二乘法量化分析得到了不同影響因素對土壤蒸發(fā)的影響貢獻率，更能有效地明晰影響土壤蒸發(fā)的主要因素，見表2。

圖6 影響因子對土壤蒸發(fā)的重要性值Fig.6 VIP values of influence factors to soil evaporation

表2 影響因子對土壤蒸發(fā)的貢獻率Table 2 Contribution rates of influence factors tosoil evaporation

3 結(jié) 論

本研究采用微型蒸滲儀方法測定裸土和覆膜條件下玉米農(nóng)田土壤蒸發(fā)量，應(yīng)用莖流計-水量平衡法（E（F-B））對計算結(jié)果進行對比分析，并采用偏最小二乘法探討了影響土壤蒸發(fā)的主要因子。具體結(jié)論如下：

1）在西北干旱地區(qū)，降雨量小而蒸發(fā)量大的條件下微型蒸滲儀測定裸土蒸發(fā)是可行和準(zhǔn)確的，在裸土條件，“封底”微型蒸滲儀和“不封底”微型蒸滲儀以及“換土”蒸滲儀和“不換土”微型蒸滲儀所測定的土壤蒸發(fā)結(jié)果具有良好的一致性。從制作簡單、經(jīng)濟且破壞性小角度考慮，建議采用不封底（底部紗網(wǎng)）且不換土微型蒸滲儀。

2）覆膜條件下，采用傳統(tǒng)的“裸土微型蒸滲儀乘以膜孔率”的方法（E（LB×HR））測量蒸發(fā)顯著偏低，采用“覆膜開孔”的微型蒸滲儀法（E（LM））和裸土微型蒸滲儀法 E（LB）測定的蒸發(fā)量未見顯著差異，但與（E（LB×HR））測定結(jié)果均存在顯著差異。通過應(yīng)用莖流計-水量平衡法（E（F-B））對計算結(jié)果進行對比分析發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的微型蒸滲儀方法測定覆膜條件下的土壤蒸發(fā)存在一定偏差，E（LM）方法測量結(jié)果可近似的（略偏低）反應(yīng)實際情況，蒸發(fā)量約為0.96 mm/d。農(nóng)田覆膜條件下，盡管裸土面積占的比例很小（0.5%～5%），但土壤蒸發(fā)量依然較大，均值為1.02 mm/d。

3）影響農(nóng)田土壤蒸發(fā)的因素主要有土壤含水率、太陽輻射、葉面積指數(shù)和覆膜開孔率，而影響最大的為土壤含水率和太陽輻射，相對貢獻率分別為23.9%和18.3%。