《覆膜條件下土壤蒸發(fā)問題探究》14000字

覆膜條件下土壤蒸發(fā)問題研究目錄TOC\o"1-3"\h\u目錄 4第一章緒論 61.1研究背景及意義 61.2國內外研究現(xiàn)狀 71.2.1土壤蒸發(fā)研究現(xiàn)狀 71.2.2土壤蒸發(fā)影響因素研究 91.3主要研究內容 121.4技術路線 13第二章材料與方法 142.1供試材料 142.2實驗設計 142.3測定項目與方法 14第三章結果與分析 153.1不同土壤容重對土壤蒸發(fā)特性的影響 153.1.1逐日蒸發(fā)量 153.1.2累積蒸發(fā)量 163.1.3含水率 173.1.4相互關系 193.2不同土壤含水率對土壤蒸發(fā)特性的影響 203.2.1逐日蒸發(fā)量 203.2.2累積蒸發(fā)量 213.2.3含水率 223.2.4相互關系 243.3不同溫度對土壤蒸發(fā)特性影響 253.3.1逐日蒸發(fā)量 253.3.2累積蒸發(fā)量 263.3.3含水率 273.3.4相互關系 293.4不同沸石粉含量對土壤蒸發(fā)特性的影響 303.4.1逐日蒸發(fā)量 303.4.2累積蒸發(fā)量 313.4.3含水率 323.4.4相互關系 34第四章總結 35參考文獻 36

第一章緒論1.1研究背景和意義在農業(yè)生產過程中，土壤蒸發(fā)扮演了舉足輕重的角色。土壤水分蒸發(fā)是土壤與大氣進行物質和能量交換主要的過程之一，影響著植物生長、土壤形成與性狀。它是全球水循環(huán)中的重要過程，是作物蒸發(fā)蒸騰的必要成分，也是地表能量平衡的重要部分，影響因素較多，過程復雜[1]。然而土壤蒸發(fā)的水分作為一種農業(yè)無效耗水，是造成土壤水分損失、導致干旱的一個重要因素。因此研究土壤蒸發(fā)規(guī)律，進而采取科學合理的抑制措施，降低無效耗水，這將對于農業(yè)高效用水起至關重要作用[2]。抑制土壤水分蒸發(fā)的途徑中，地膜覆蓋就是一種很好的一種。地膜覆蓋最顯著的特點是增溫保墑[3]。這一特點非常適合于低溫、少雨、干旱貧瘠、無霜期短的干旱半干旱地區(qū)的自然條件。地膜的特性為不透水、不透氣。土地覆蓋后，土壤與大氣之間的氣、水流動被切斷，熱交換減弱。起壟覆膜的情況下，光滑的膜面能更好地收集溝渠內的雨水，增加入滲，更好地協(xié)調土壤水分分布，提高降水利用率。地膜覆蓋主要有提高淺層土壤溫度，改變土壤溫差梯度，可使深層土壤水分上升，具有提高水分的作用。同時地膜覆蓋還能促進作物根系生長，提高光能利用率，促進土壤微生物活性，提高肥料利用率，改善土壤物理性質等。目前，覆蓋種植技術已廣泛應用于我國北方干旱地區(qū)和高原寒冷地區(qū)的農業(yè)開發(fā)過程中。但是僅靠地膜的幫助，并不能完全做到高效抑制土壤蒸發(fā)與降低無效用水。含水率、溫度等土壤性質對土壤的蒸發(fā)也有著重要影響，在覆膜條件下改變土壤性質，其蒸發(fā)特性也會隨之變化。因此，本文通過進行室內土柱蒸發(fā)實驗進行研究，探究覆膜條件下土壤性質對其蒸發(fā)特性的影響，以更加高效的抑制土壤蒸發(fā)，這將對于農業(yè)水分高效利用以及農業(yè)生產的科學管理有重要意義。1.2國內外研究現(xiàn)狀1.2.1土壤蒸發(fā)過程研究現(xiàn)狀土壤蒸發(fā)是指土壤水分從土壤表面通過上升和汽化進入大氣的過程，它影響土壤的含水量變化，是水平衡和水循環(huán)的重要組成部分。土壤蒸發(fā)持續(xù)進行的條件是：熱量經常到達土壤表面，提供水蒸發(fā)所需的汽化熱;土壤表面的水汽壓高于大氣的水汽壓；土壤表面可以連續(xù)獲得土壤水分。關于蒸發(fā)的最早研究是從EdmundHally[4]于1678年發(fā)表的文章開始的。此后，有關蒸發(fā)的研究進入了快速發(fā)展的階段，特別是對土壤蒸發(fā)的研究，更是有了日新月異的發(fā)展。蘇聯(lián)土壤學家柯索維奇就與1904年首次提出可以依據(jù)土壤水分的物理性質將土壤蒸發(fā)過程分為三個階段[5]，第一階段是土壤含水率較高時，土壤蒸發(fā)主要受到當?shù)貧庀髼l件的控制，屬于蒸發(fā)的穩(wěn)定階段，土壤蒸發(fā)能力是大氣蒸發(fā)力；第二階段是土壤含水率快速下降，土壤蒸發(fā)能力改為由土壤含水率來決定，但同時也會受氣象條件的控制；第三階段是水汽擴散控制階段，土壤蒸發(fā)受土壤水分擴散的影響，土壤蒸發(fā)量已經變得很小[6]。在之后幾十年，各國土壤學家經過對蒸發(fā)的持續(xù)研究，階段性理論也有了進一步發(fā)展。最終土壤蒸發(fā)的三個階段被完善定義[7]，一般包含以下三個階段[8]：1.表層土壤蒸發(fā)強度穩(wěn)定階段在蒸發(fā)起始階段,盡管含水率有所變化，當當?shù)乇淼暮矢哂谀骋粋€臨界值θk時,地表處的水汽壓仍維持或接近于飽和水汽壓。這樣，在外部氣象條件不變的情況下，水汽壓梯度基本不變。因此,含水率的降低并不會影響水汽擴散通量。另一方面,表層土壤含水率的降低會使表層土壤的導水能力有所下降，但這只是由土壤向上吸力梯度的增大所補償?shù)模彝寥涝诔跏茧A段是完全飽和的，所以土壤仍然可以充分地向地表提供水分。此時表土蒸發(fā)強度不隨土壤含水量的降低而變化，稱為穩(wěn)定階段。當土壤表面蒸發(fā)消耗得到充分補充時，蒸發(fā)強度相對穩(wěn)定，蒸發(fā)量大于或接近相同氣象條件下的蒸發(fā)力。此時，土壤蒸發(fā)僅受氣象條件的影響。由于非飽和滲透系數(shù)隨土壤水分減少而迅速降低,蒸發(fā)持續(xù),當土壤表層含水量降低到一定臨界值時，從下到上的入滲水分不能滿足蒸發(fā)力的需要，這一階段就結束了。土壤含水量的臨界值不是恒定的，它隨土壤類型、氣象條件等的變化而變化，但一般與田間持水量有關。這一階段持續(xù)時間最短，蒸發(fā)率最高。2.蒸發(fā)速率下降階段當土壤表面含水率低于臨界含水率θk以下時,不僅隨土壤含水率的降低或土壤水吸力的增高，土壤導水率會而不斷減少,而且吸力梯度的上升運動導致土壤水分不同于前一個階段并顯示一個下降的趨勢。由于土壤蒸發(fā)不斷消耗水分,土壤的含水量不斷下降；同時,隨著土壤表面含水率的降低,地表的水汽壓也也隨之降低，蒸發(fā)強度也相應減弱。在這一階段，土壤因素逐漸成為影響蒸發(fā)量的主要因素，氣象因素逐漸成為次要因素。當表層土壤變干時，這個階段就結束了。這一階段持續(xù)時間較長，蒸發(fā)速率較高。水汽擴散階段或蒸發(fā)滯緩階段當土壤表面含水率很低,例如低于凋萎系數(shù)時,土壤輸水能力很弱,無法補充因土壤表面蒸發(fā)而損失的水分,土壤的表面會形成干土層。當土壤表面變得十分干燥,土壤中的液態(tài)水已經不能運輸至土壤表面,蒸發(fā)基本上不在發(fā)生在土壤表面。此時土壤熱通量將發(fā)生作用,土壤中的水分蒸發(fā)，通過分子擴散從干燥的地表逸出大氣。蒸發(fā)速度主要取決于下墊層土壤含水量和土壤中水汽壓梯度，通常非常緩慢。當干燥作用逐漸向下發(fā)展,在土壤上部形成厚硬土層時,由于水汽將向外擴展并通過越來越深的干土層,蒸發(fā)作用更加衰弱,土壤蒸發(fā)則主要受到土壤因素的影響。當潛水埋深達到一定深度時,土壤的蒸發(fā)值固定為常數(shù)。此時土壤表層含水量值約為土壤凋萎含水量。這一階段為土壤蒸發(fā)的主要階段,持續(xù)時間最長,但卻蒸發(fā)率最小并且穩(wěn)定。研究的三個階段顯示了宏觀條件下土壤水分蒸發(fā)的過程。然而，為了更準確地研究蒸發(fā)過程[9]的動態(tài)發(fā)展機理，對蒸發(fā)過程的研究從宏觀尺度進一步發(fā)展到孔隙尺度。世界上許多學者和專家為他們的研究做出了突出的貢獻。如Yiotis等[10]建立了土壤等溫蒸發(fā)下的二維孔隙網絡模型，分析了土壤蒸發(fā)過程的分形特征。Shahraeeni等[11]在孔隙尺度上分析了非飽和多孔介質蒸發(fā)過程中水汽輸運的機理，確定了“液體橋”、局部溫度梯度和毛細管壓力梯度對水汽輸運的定量影響關系[12-13]。Aminzadeh等人[14]建立了定量確定土壤蒸發(fā)的孔尺度擴散模型，該模型與地表能的各個組分有關。該模型不僅可以預測土壤蒸發(fā)面非線性蒸發(fā)速率，還可以預測蒸發(fā)面能量分布，模擬結果與實測結果誤差較小。Yiotis等[15]在文獻中對多孔介質中大孔蒸發(fā)過程的研究基礎上，考慮了多孔介質孔徑在整個蒸發(fā)過程中的不同機理，孔徑分布不均勻的影響，膜水粘性流動，以及大氣邊界層的質量與多孔介質之間的交換等。蒸發(fā)過程的影響機理。Vorhauer[16]等利用孔隙網絡模型進行試驗和模擬研究，從微觀尺度二維多孔介質中具有特殊形狀的樣品蒸發(fā)過程中，提出了在液態(tài)水蒸發(fā)過程中出現(xiàn)的分離毛細管循環(huán)，考慮液態(tài)水循環(huán)的毛細管孔隙網絡模型的重要性在于進一步研究多孔介質蒸發(fā)過程基礎的復雜形狀。Moghaddam等[17]利用孔隙網絡模型模擬分析了非親水多孔介質蒸發(fā)過程中表面局部濕潤區(qū)和局部干燥區(qū)的形成及其對蒸發(fā)速率的影響。1.2.2土壤蒸發(fā)影響因素研究影響土壤蒸發(fā)的主要因素有兩個:一是氣象因素;二是土壤條件，包括土壤含水量、土壤溫度、土壤顏色、土壤含鹽量等。以往對土壤蒸發(fā)影響因素的研究已經從不同的角度、方面和尺度[18]進行了綜合研究。影響土壤蒸發(fā)的氣象因子通?？煞譃槿?熱因子、動力因子和水分因子[19]。第一類主要是輻射和大氣溫度，它們通過對蒸發(fā)土壤內能的影響來影響蒸發(fā)。因為土壤水分子跳出來的土壤表面蒸發(fā)需要消耗一定的能量在空氣中,太陽輻射是一種能源,沒有可持續(xù)能源供應的土壤蒸發(fā),土壤表面會慢慢冷卻,追逐土壤表面蒸汽壓會降低,沒有水汽壓差的存在，土壤蒸發(fā)會逐漸減少甚至停止[20]。在通氣區(qū)，土壤溫度會影響土壤水分的遷移轉化。土壤溫度梯度會引起水汽壓差，加速水汽擴散速率，形成向上或向下的熱流。當局部地表溫度低于土壤溫度時，熱流會驅動水分向上蒸發(fā)。溫度梯度影響下的水分移動量與土壤初始含水量有關[21-22]。當含水率過高或過低時，水的移動量較小;只有當含水率為中等時，水的運動量才更高，相當于三分之一的持水能力[23]，也就是說相當于毛細管連接破裂時的含水量。第二類主要是風速和空氣湍流運動。風速以連續(xù)的方式擾動土壤表面附近的空氣，帶走接近飽和的空氣，代之以干燥的空氣，從而加速蒸發(fā)過程。當風速較低或無風速時，土壤表面水分子運動緩慢，土壤蒸發(fā)受限[24]。當風速較大時，會在土壤表面帶來大量的水分子，增加土壤表面水蒸氣的壓差，蒸發(fā)量隨之增加[25]。風速越大，蒸發(fā)作用越強。第三類主要是相對濕度和降水。相對濕度會影響土壤表面水汽壓梯度。相對濕度越小，水汽壓梯度越大，土壤蒸發(fā)增加。相反，在空氣濕度較高或陰雨密布的夜晚土壤蒸發(fā)很小，但在雨天有蒸發(fā)，但蒸發(fā)量很小。降水與蒸發(fā)量的關系越密切，降水越多，蒸發(fā)量越大。降水強度越大，蒸發(fā)量越小，反之亦然。事實上，在一場暴雨之后，水開始蒸發(fā)滲入。一個典型的水剖面是高含水層覆蓋在更干旱的土層上。在這種情況下，在剖面的不同部位同時發(fā)生兩個過程:一是水面蒸發(fā)引起的向上運動;另一種是水滲透或重力排水,那么深的水的一部分水和重力梯度矩陣吸入梯度,形成中間的一段水通量等于零平面(表面)或分水嶺,這被認為是零通量面,這個表面逐漸的降低部分運動。一方面，蒸發(fā)減少了滲透，因為它消耗了可用于滲透的水。另一方面，入滲減少了蒸發(fā)，因為它減少了表層容易被蒸發(fā)消耗的土壤水分。土壤條件對土壤蒸發(fā)的影響主要包括土壤含水量、土壤結構、土壤顏色、土壤溫度等。隨著表層土壤含水量的降低，土壤蒸發(fā)迅速減少。當?shù)乇硗寥篮枯^大甚至接近飽和時，土壤表面的不規(guī)則性構成了更大的表面積、更高的土壤顏色和更高的地表溫度，導致了更大的土壤蒸發(fā)和水面蒸發(fā)[26]。土壤結構對土壤蒸發(fā)的影響較小，團聚體越多的土壤保持土壤水分的能力越強，如黏土，其土壤蒸發(fā)量較小。土壤顏色越深，它能吸收的能量越多，土壤蒸發(fā)越大。土壤蒸發(fā)受土壤溫度[27]的影響很大，土壤溫度[27]會增強水分子的活性，影響水分子的遷移。土壤水分分為氣態(tài)水和液態(tài)水兩部分，氣態(tài)水向上遷移，液態(tài)水向下遷移[28]。因此，在溫度的影響下，土壤中的水分總是從地表向深層土壤輸送，而輸送的量取決于土壤的初始含水量。土壤蒸發(fā)水分含量的影響更強,一般情況下,土壤含水量越高,土壤蒸發(fā),達到近飽和土壤含水量越大,土壤在土壤表面蒸發(fā),土壤水分含量很小,土壤中水分的水蒸氣擴散運動,所以當土壤含水量過大時，小時內，真的會有較少的土壤水分遷移，只有當含水率接近毛細裂隙時，它們才會聚集在蒸發(fā)面以下。凍土凍結時，凍土底部區(qū)域的含水量較高，而凍土以下區(qū)域的含水量很低，出現(xiàn)凍土時，土壤蒸發(fā)較小。研究土壤蒸發(fā)對農業(yè)用水效率和作物耗水量的影響因素具有重要意義。許多學者探索了土壤蒸發(fā)過程中影響因素與變量之間的關系，提出了各種土壤蒸發(fā)的計算方法和模型，改進了土壤蒸發(fā)的測量方法，已應用于農業(yè)、生態(tài)、水文等領域[29-38]。有助于抑制土壤蒸發(fā)。國外Kidron[39]研究了土壤接近飽和時溫度對土壤蒸發(fā)的影響，得出土壤溫度每升高1℃，土壤蒸發(fā)率會增加7-8%。Kai-Uwe等[40]人通過原位實驗監(jiān)測了剖面上的土壤含水量和土壤溫度，指出地表1-3cm內的土壤水分在溫度的影響下以水蒸氣分子的形式逸出，干燥的在地表以下形成一層有一定厚度的干燥土壤的在中國，黃惠平等[41]通過主成分分析得出了主導影響因素及其分布。平均最高溫度、平均氣溫、平均最低溫度、緯度、平均水汽壓等影響因子均為第一主成分。第二主成分為相對濕度、輻射持續(xù)時間、降水，稱為水分因子;第三個主成分是經度和風速，分別是地理因子和動力因子。李文麗[42]通過室內實驗研究了土壤溫度和水分輸運的變化特征，指出當?shù)厮w深度小于50cm時，土壤不會形成干燥的表層。當?shù)叵滤裆畲笥?0cm時，地表以下15cm內的土壤含水量在4h內下降至殘余含水量。趙貴章等[43-45]在鄂爾多斯盆地進行了原位實驗，發(fā)現(xiàn)當氣溫高于25℃時，非飽和帶土壤溫度受到顯著影響，土壤含水量迅速下降，土壤累積蒸發(fā)隨之下降。劉赫曼[46]發(fā)現(xiàn)，當溫度低于10℃時，土壤蒸發(fā)很小;當溫度高于10℃時，土壤蒸發(fā)與溫度呈正相關。干土層的形成會改變土與水的水力關系，以地表為上邊界時，蒸發(fā)模擬過程可能會有偏差。氣溫和濕度的變化會引起土壤蒸發(fā)的變化，溫度效應會使土壤水分的相變過程復雜化。有學者提出[47-48]，在土壤中添加石腦油皂類化合物、FeCl等表面活性劑可以改變土壤的水分性質，減少土壤蒸發(fā)。此外，在土壤中添加十六烷醇也能有效減少某些土壤的蒸發(fā)[49-50]。

1.3主要研究內容土壤水分蒸發(fā)是農田水分損失的重要途徑，而在覆膜條件下其蒸發(fā)速度將會明顯下降;在不同的土壤性質條件下，水分蒸發(fā)速度又會發(fā)生變化。改變土壤性質從而更高效的降低土壤水分蒸發(fā)，將對農業(yè)高效用水等方面做出巨大貢獻。因此，本試驗從土壤性質出發(fā)，結合數(shù)據(jù)資料，通過改變初始含水量、環(huán)境溫度、容重以及改良劑添加量等變量，分別測定土壤蒸發(fā)量以及土壤含水率的動態(tài)變化數(shù)據(jù)，探究其對土壤蒸發(fā)特性的影響。采用動力學模型對覆膜條件下土壤性質對其蒸發(fā)特性影響進行模擬研究，主要研究內容包括:1、不同容重對土壤蒸發(fā)特性影響。2、不同環(huán)境溫度對土壤蒸發(fā)特性影響。3、不同初始含水量對土壤蒸發(fā)特性影響。4、不同改良劑添加量對土壤蒸發(fā)特性影響。

1.4技術路線

第二章材料與方法2.1供試材料本試驗選用土壤來源于山西省農業(yè)科學院試驗基地溫室大棚。取土深度為60cm,將取回土壤祛除雜物后，風干后混合均勻，篩土備用。試驗區(qū)土壤多為黃土質淡褐土，質地比較單一，60cm深度土壤剖面平均容重1.43g/cm2，田間持水率為0.31em/cm2。風干土初始含水率按0%計算。本文采用環(huán)保型地膜且為學校實驗室自制，主要成分為聚乙烯醇，并外配其他環(huán)保型有機與無機輔料。2.2試驗設計進行此次室內土柱蒸發(fā)試驗時間為2021年3月至5月，試驗地點位于太原理工大學迎西校區(qū)水利學院一層實驗室中。本試驗主要研究覆膜條件下不同土壤性質對其蒸發(fā)特性的影響。試驗分別設置了三種不同土壤容重（1.35g/cm3、1.4g/cm3、1.5g/cm3）、三種不同土壤含水率（60%、80%、100%）、三種不同溫度（15℃、25℃、35℃）和三種不同沸石粉含量（5%、10%、15%）的相同新型環(huán)保地膜覆蓋下的蒸發(fā)土柱。供試土壤經過0.75mm篩網篩選后，除1、2組實驗（土壤容重分別為1.35g/cm3、1.5g/cm3）外，其余皆按照1.4kg/cm3的土壤容重進行稱量，分層加入土柱并進行壓實。然后按照土壤平均含水率為80%田間持水量的設計水平進行模擬灌溉，待水分充分入滲分布后，將各組不同處理的土柱放入恒溫箱中，進行模擬蒸發(fā)試驗。試驗開始后采用精度為0.01g的電子秤，通過稱重法逐日對其土壤蒸發(fā)量進行測定。2.3數(shù)據(jù)處理（1）利用Excel表格可整理計算并分別得出土壤逐日蒸發(fā)量、累積蒸發(fā)量和含水率的數(shù)值，然后進行記錄分析并建立三種數(shù)值隨時間變化的曲線圖。（2）本文擬采用對數(shù)模型（式2-1）對土壤的累積蒸發(fā)過程進行定量描述。其中Y代表累積蒸發(fā)量，t代表蒸發(fā)天數(shù)。模型公式如下:Y=a+blnt(2-1)第三章結果與分析3.1不同土壤容重對土壤蒸發(fā)特性的影響3.1.1逐日蒸發(fā)量圖3-1-1不同容重條件下土壤逐日蒸發(fā)過程圖3-1為不同容重條件下土壤逐日蒸發(fā)過程。由圖3-1可知，不同容重條件下土壤蒸發(fā)量隨時間呈先穩(wěn)定、然后逐漸遞減、最終趨于穩(wěn)定的變化趨勢。在蒸發(fā)初期階段（0~5d），不同容重條件下的土壤日蒸發(fā)量介于1.5~2g之間，蒸發(fā)強度整體相對比較穩(wěn)定。在5-25d之間，不同容重條件下土壤蒸發(fā)量隨時間呈遞減趨勢，相較該衰減階段初（5d），該階段末25d時的蒸發(fā)強度降低了約80%左右。在25-32d左右，土壤日蒸發(fā)量基本處于0.25g左右浮動，蒸發(fā)強度比較微弱且穩(wěn)定。經計算，對于整個蒸發(fā)過程，容重1.35、1.4和1.5三種條件下的土壤蒸發(fā)量平均值分別為0.84g、0.87g和0.88g，它們的均值差異小于4.8%，由此說明不同容重條件下的土壤蒸發(fā)量均值大小順序為：1.35＜1.4＜1.5，增加容重能夠一定程度程度抑制土壤蒸發(fā)，但差異并不明顯。3.1.2累積蒸發(fā)量圖3-1-2-1不同容重條件下土壤累積蒸發(fā)過程圖3-1-2-1為不同容重條件下土壤逐日蒸發(fā)過程。由圖3-1-2-1可知，不同容重條件下土壤水分蒸發(fā)過程均隨時間呈現(xiàn)先線性增加，然后逐漸趨于平緩穩(wěn)定的變化趨勢。在試驗第32d時，容重1.35、1.4和1.5條件下土壤水分揮發(fā)總量分別達到26.89g、27.83g和28.22g，即容重因素對土壤累積蒸發(fā)量影響大小為：容重1.35＜容重1.4＜容重1.5，說明增加土壤容重可導致土壤累積蒸發(fā)總量增加。在1~32d整個試驗過程中，容重1.35、1.4和1.5條件下土壤累積蒸發(fā)總量平均值分別達到19.14g、19.88g和19.69g，即容重因素對土壤累積蒸發(fā)量平均值影響大小為：容重1.35＜容重1.5＜容重1.4，說明土壤累積蒸發(fā)量均值隨容重增加呈先減少后增加的變化趨勢。圖3-1-2-2為不同容重條件下土壤累積蒸發(fā)過程數(shù)據(jù)樣本量化擬合結果。由圖3-1-2-2可知，數(shù)據(jù)樣本實測值均勻分布在對數(shù)模型擬合線兩側，并且具有一致的變化趨勢。從模型精度來看，容重1.35、1.4和1.5條件下土壤累積蒸發(fā)對數(shù)模型的決定系數(shù)分別為0.9682、0.9708、0.9657。從以上兩點說明，采用對數(shù)模型對土壤累積蒸發(fā)過程進行量化描述是合理的。在對數(shù)模型中，參數(shù)a代表時間的相對變化引起的土壤累積蒸發(fā)量的絕對變化。隨容重的增大，參數(shù)a的值相應增大，說明容重越大，相應的蒸發(fā)強度越大。圖3-1-2-2不同容重條件下土壤累積蒸發(fā)模型3.1.3含水率圖3-1-3-1不同容重條件下土壤含水率變化過程圖3-1-3-1為不同容重條件下土壤含水率過程。由圖3-1-3-1可知，不同容重條件對土壤含水量的影響差異并不顯著，但具有隨土壤容重增加，保水效果增強的微弱趨勢。在試驗第32d時，容重1.35、1.4和1.5條件下土壤含水率分別達到0.009、0.010和0.013，持水保墑能力整體表現(xiàn)為容重1.35＜容重1.4＜容重1.5，但差距很小。圖3-1-3-2為不同容重條件下土壤含水率變化過程數(shù)據(jù)樣本量化擬合結果。由圖3-1-3-2可知，數(shù)據(jù)樣本實測值均勻分布在指數(shù)模型擬合線兩側，并且具有一致的變化趨勢。從模型精度來看，容重1.35、1.4和1.5條件下土壤累積蒸發(fā)指數(shù)模型的決定系數(shù)分別為0.9992、0.9996、0.9992。從以上兩點說明，采用指數(shù)模型對土壤含水率變化過程進行量化描述是合理的。圖3-1-3-2不同容重條件下土壤含水率變化模型3.1.4相互關系圖3-1-4為不同容重條件下土壤蒸發(fā)量與含水率關系。由圖3-1-4可知，不同容重條件下土壤水分蒸發(fā)量均隨含水率增長呈現(xiàn)先線性增加，然后逐漸趨于平緩穩(wěn)定的變化趨勢。數(shù)據(jù)樣本實測值均勻分布在對數(shù)模型擬合線兩側，并且具有一致的變化趨勢。從模型精度來看，容重1.35、1.4和1.5條件下土壤累積蒸發(fā)對數(shù)模型的決定系數(shù)分別為0.9442、0.9378、0.9482。從以上兩點說明，采用對數(shù)模型對土壤蒸發(fā)量與含水率的相互關系進行量化描述是合理的。在對數(shù)模型中，參數(shù)a代表含水率的相對變化引起的土壤蒸發(fā)量的絕對變化。隨容重的增大，參數(shù)a的值相應增大，說明容重越大，土壤蒸發(fā)量隨含水率的變化越大。圖3-1-4不同容重條件下土壤蒸發(fā)量與含水率關系3.2不同土壤含水率對土壤蒸發(fā)特性的影響3.2.1逐日蒸發(fā)量圖3-2-1不同含水率條件下土壤逐日蒸發(fā)過程圖3-2-1為不同含水率條件下土壤逐日蒸發(fā)過程。由圖3-2-1可知，不同含水率條件下土壤蒸發(fā)量隨時間呈逐漸遞減、最終趨于穩(wěn)定的變化趨勢。在蒸發(fā)初期階段（0~5d），不同含水率條件下的土壤日蒸發(fā)量介于1.5~2g之間，蒸發(fā)強度整體相對比較穩(wěn)定。在5-25d之間，不同含水率條件下土壤蒸發(fā)量隨時間呈遞減趨勢，相較該衰減階段初（5d），該階段末25d時的蒸發(fā)強度降低。在25-32d左右，土壤日蒸發(fā)量基本處于0.25g左右浮動，蒸發(fā)強度比較微弱且穩(wěn)定。經計算，對于整個蒸發(fā)過程，含水率60%、80%和100%三種條件下的土壤蒸發(fā)量平均值分別為0.62g、0.86g和1.07g，由此說明不同含水率條件下的土壤蒸發(fā)量均值大小順序為：含水率60%＜含水率80%＜含水率100%，減少土壤含水率能夠一定程度程度抑制土壤蒸發(fā)。3.2.2累積蒸發(fā)量圖3-2-1-1不同含水率條件下土壤累積蒸發(fā)過程圖3-2-1-1為不同含水率條件下土壤逐日蒸發(fā)過程。由圖3-2-1-1可知，不同含水率條件下土壤水分蒸發(fā)過程均隨時間呈現(xiàn)先線性增加，然后逐漸趨于平緩穩(wěn)定的變化趨勢。在試驗第32d時，含水率60%、80%和100%條件下土壤水分揮發(fā)總量分別達到19.87g、27.83g和34.21g，即含水率因素對土壤累積蒸發(fā)量影響大小為：含水率60%＜含水率80%＜含水率100%，說明增加土壤含水率可導致土壤累積蒸發(fā)總量增加。在1~32d整個試驗過程中，含水率60%、80%和100%條件下土壤累積蒸發(fā)總量平均分別達到15.09g、19.88g和22.00g，即含水率因素對土壤累積蒸發(fā)量平均值影響大小為：含水率60%＜含水率80%＜含水率100%，說明土壤累積蒸發(fā)量均值隨含水率增加呈增加趨勢。圖3-2-1-2為不同含水率條件下土壤累積蒸發(fā)過程數(shù)據(jù)樣本量化擬合結果。由圖3-2-1-2可知，數(shù)據(jù)樣本實測值均勻分布在對數(shù)模型擬合線兩側，并且具有一致的變化趨勢。從模型精度來看，含水率60%、80%和100%條件下土壤累積蒸發(fā)對數(shù)模型的決定系數(shù)分別為0.9919、0.9708、0.9277。從以上兩點說明，采用對數(shù)模型對土壤累積蒸發(fā)過程進行量化描述是合理的。在對數(shù)模型中，參數(shù)a代表時間的相對變化引起的土壤累積蒸發(fā)量的絕對變化。隨初始含水率的增大，參數(shù)a的值相應增大，說明初始含水率越大，相應的蒸發(fā)強度越大。圖3-2-1-2不同含水率條件下土壤累積蒸發(fā)模型3.2.3含水率圖3-2-3-1不同初始含水率條件下土壤含水率變化過程圖3-2-3-1為不同初始含水率條件下土壤含水率過程。由圖3-2-3-1可知，不同初始含水率條件對土壤含水量的影響差異顯著，具有隨土壤初始含水率增加，保水效果增強的趨勢。在1~32d整個試驗過程中，含水率60%、80%和100%條件下土壤含水率平均值分別達到0.042、0.058和0.087，即初始含水率因素對土壤含水率平均值影響大小為：含水率60%＜含水率80%＜含水率100%，說明土壤含水率均值隨初始含水率增加呈增加趨勢。圖3-2-3-2為不同初始含水率條件下土壤含水率變化過程數(shù)據(jù)樣本量化擬合結果。由圖3-2-3-2可知，數(shù)據(jù)樣本實測值均勻分布在指數(shù)模型擬合線兩側，并且具有一致的變化趨勢。從模型精度來看，含水率60%、80%和100%條件下土壤累積蒸發(fā)指數(shù)模型的決定系數(shù)分別為0.9853、0.9996、0.99。從以上兩點說明，采用指數(shù)模型對土壤含水率變化過程進行量化描述是合理的。圖3-2-3-2不同初始含水率條件下土壤含水率變化模型3.2.4相互關系圖3-2-4為不同初始含水率條件下土壤蒸發(fā)量與含水率關系。由圖3-2-4可知，不同初始含水率條件下土壤水分蒸發(fā)量均隨含水率增長呈現(xiàn)先線性增加，然后逐漸趨于平緩穩(wěn)定的變化趨勢。數(shù)據(jù)樣本實測值均勻分布在對數(shù)模型擬合線兩側，并且具有一致的變化趨勢。從模型精度來看，含水率60%、80%和100%條件下土壤累積蒸發(fā)對數(shù)模型的決定系數(shù)分別為0.7755、0.9377、0.9539。從以上兩點說明，采用對數(shù)模型對土壤蒸發(fā)量與含水率的相互關系進行量化描述是合理的。在對數(shù)模型中，參數(shù)a代表含水率的相對變化引起的土壤蒸發(fā)量的絕對變化。隨初始含水率的增大，參數(shù)a的值先增大后減小，說明隨初始含水率的增大，土壤蒸發(fā)量隨含水率的變化呈先增加后減小趨勢。圖3-2-4不同初始含水率條件下土壤蒸發(fā)量與含水率關系3.3不同溫度對土壤蒸發(fā)特性的影響3.3.1逐日蒸發(fā)量圖3-3-1不同溫度條件下土壤逐日蒸發(fā)過程圖3-3-1為不同溫度條件下土壤逐日蒸發(fā)過程。由圖3-3-1可知，除15℃處理下的土壤日蒸發(fā)量較穩(wěn)定，其余兩種溫度條件下的土壤蒸發(fā)量均隨時間呈遞減變化趨勢。其中35℃處理下的土壤蒸發(fā)量減小速率最大。經計算，對于整個蒸發(fā)過程，不同溫度條件下的土壤蒸發(fā)量均值大小順序為：15℃<25℃<35℃。由此判斷主要原因是，在一定溫度范圍內，土壤蒸發(fā)量與溫度呈正相關關系，溫度越高，土壤蒸發(fā)量越大。減小溫度對于抑制土壤蒸發(fā)有促進作用。3.3.2累積蒸發(fā)量圖3-3-2-1不同溫度條件下土壤累積蒸發(fā)過程圖3-3-2-1為不同溫度條件下土壤逐日蒸發(fā)過程。由圖3-3-2-1可知，不同溫度條件下土壤水分蒸發(fā)過程均隨時間呈現(xiàn)逐漸增加的變化趨勢。在試驗第30d時，15℃、25℃和35℃條件下土壤水分揮發(fā)總量分別達到20.26g、27.55g和28.17g，即溫度因素對土壤累積蒸發(fā)量影響大小為：15℃<25℃<35℃，說明提高土壤溫度可導致土壤累積蒸發(fā)總量增加。在1~30d整個試驗過程中，15℃、25℃和35℃條件下土壤累積蒸發(fā)總量平均值分別達到11.28g、19.35g和20.72g，即溫度因素對土壤累積蒸發(fā)量平均值影響大小為：15℃<25℃<35℃，說明土壤累積蒸發(fā)量均值隨溫度增加呈增長趨勢。圖3-3-2-2為不同溫度條件下土壤累積蒸發(fā)過程數(shù)據(jù)樣本量化擬合結果。由圖3-3-2-2可知，數(shù)據(jù)樣本實測值均勻分布在對數(shù)模型擬合線兩側，并且具有一致的變化趨勢。從模型精度來看，15℃、25℃和35℃條件下土壤累積蒸發(fā)對數(shù)模型的決定系數(shù)分別為0.8754、0.9687、0.9801。從以上兩點說明，采用對數(shù)模型對土壤累積蒸發(fā)過程進行量化描述是合理的。在對數(shù)模型中，參數(shù)a代表時間的相對變化引起的土壤累積蒸發(fā)量的絕對變化。隨溫度的增大，參數(shù)a的值呈先增大后減小趨勢，說明隨溫度增大，相應的蒸發(fā)強度呈先增大后減小趨勢。圖3-3-2-2不同溫度條件下土壤累積蒸發(fā)模型3.3.3含水率圖3-3-3-1不同溫度條件下含水率變化過程圖3-3-3-1為不同溫度條件下土壤含水率過程。由圖3-3-3-1可知，不同溫度條件對土壤含水量的影響差異顯著，具有隨溫度增加，保水效果呈減弱的趨勢。在1~30d整個試驗過程中，15℃、25℃和35℃條件下土壤含水率平均值分別達到0.11、0.061和0.052，即溫度因素對土壤含水率平均值影響大小為：15℃<25℃<35℃，說明土壤含水率均值隨初溫度增加呈明顯減小趨勢。圖3-3-3-2為不同溫度條件下土壤含水率變化過程數(shù)據(jù)樣本量化擬合結果。由圖3-3-3-2可知，數(shù)據(jù)樣本實測值均勻分布在指數(shù)模型擬合線兩側，并且具有一致的變化趨勢。從模型精度來看，15℃、25℃和35℃條件下土壤累積蒸發(fā)指數(shù)模型的決定系數(shù)分別為0.9914、0.9995、0.9997。從以上兩點說明，采用指數(shù)模型對土壤含水率變化過程進行量化描述是合理的。圖3-3-3-2不同溫度條件下土壤含水率變化模型3.3.4相互關系圖3-3-4為不同溫度條件下土壤蒸發(fā)量與含水率關系。由圖3-3-4可知，不同溫度條件下土壤水分蒸發(fā)量均隨含水率增長呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。數(shù)據(jù)樣本實測值均勻分布在對數(shù)模型擬合線兩側，并且具有一致的變化趨勢。從模型精度來看，15℃、25℃和35℃條件下土壤累積蒸發(fā)對數(shù)模型的決定系數(shù)分別為0.7755、0.9448、0.9153。從以上兩點說明，采用對數(shù)模型對土壤蒸發(fā)量與含水率的相互關系進行量化描述是合理的。在對數(shù)模型中，參數(shù)a代表含水率的相對變化引起的土壤蒸發(fā)量的絕對變化。隨溫度的增大，參數(shù)a的值不斷增大但是增長幅度變小，說明隨溫度的增加，土壤蒸發(fā)量隨含水率的變化呈先增加后趨于穩(wěn)定趨勢。圖3-3-4不同溫度條件下土壤蒸發(fā)量與含水率關系3.4不同沸石粉含量對土壤蒸發(fā)特性的影響3.4.1逐日蒸發(fā)量圖圖3-4-1不同沸石粉含量下土壤逐日蒸發(fā)過程圖3-4-1為不同沸石粉含量下土壤逐日蒸發(fā)過程。由圖3-4-1可知，不同沸石粉下土壤蒸發(fā)量隨時間呈先逐漸遞減、最終趨于穩(wěn)定的變化趨勢。在0-13d之間，不同沸石粉含量條件下土壤蒸發(fā)量隨時間呈遞減趨勢，相較該衰減階段初8d，該階段末5d時的蒸發(fā)強度降低了約70%左右。在13-30d左右，土壤日蒸發(fā)量趨于穩(wěn)定并最終降到0.5g以下。經計算，對于整個蒸發(fā)過程，沸石粉含量5%、10%和15%三種條件下的土壤蒸發(fā)量平均值分別為0.83g、0.78g和0.73g，由此說明不同沸石粉含量條件下的土壤蒸發(fā)量均值大小順序為：15%＜10%＜5%，減少沸石粉含量能夠一定程度程度抑制土壤蒸發(fā)，但差異并不明顯。3.4.2累積蒸發(fā)量圖3-4-2-1不同沸石粉含量下土壤累積蒸發(fā)過程圖3-4-2-1為不同沸石粉含量條件下土壤逐日蒸發(fā)過程。由圖3-4-2-1可知，不同沸石粉含量條件下土壤水分蒸發(fā)過程均隨時間呈現(xiàn)穩(wěn)定增加趨勢。在試驗第30d時，沸石粉含量5%、10%和15%條件下土壤水分揮發(fā)總量分別達到24.95g、23.39g和22g，即沸石粉含量對土壤累積蒸發(fā)量影響大小為：15%＜10%＜5%，說明增加土壤沸石粉含量可導致土壤累積蒸發(fā)總量減少。在1~30d整個試驗過程中，沸石粉含量5%、10%和15%條件下土壤累積蒸發(fā)總量平均值分別達到17.04g、16.705g和15.78g，即沸石粉含量對土壤累積蒸發(fā)量平均值影響大小為：15%＜10%＜5%，說明土壤累積蒸發(fā)量均值隨沸石粉含量增加呈減小趨勢。圖3-4-2-2為不同沸石粉含量條件下土壤累積蒸發(fā)過程數(shù)據(jù)樣本量化擬合結果。由圖3-4-2-2可知，數(shù)據(jù)樣本實測值均勻分布在對數(shù)模型擬合線兩側，并且具有一致的變化趨勢。從模型精度來看，沸石粉含量5%、10%和15%條件下土壤累積蒸發(fā)對數(shù)模型的決定系數(shù)分別為0.9682、0.9708、0.9657。從以上兩點說明，采用對數(shù)模型對土壤累積蒸發(fā)過程進行量化描述是合理的。在對數(shù)模型中，參數(shù)a代表時間的相對變化引起的土壤累積蒸發(fā)量的絕對變化。隨沸石粉含量的增大，參數(shù)a的值相應減小，說明沸石粉含量越大，相應的蒸發(fā)強度越小。圖3-4-3-2不同沸石粉含量下土壤累積蒸發(fā)模型3.4.3含水率圖3-4-3-1不同沸石粉含量下土壤含水率變化過程圖3-4-3-1為不同沸石粉含量條件下土壤含水率過程。由圖3-4-3-1可知，不同沸石粉含量條件對土壤含水量的影響差異并不明顯，具隨沸石粉含量增加，保水效果具有增強的趨勢。在1~30d整個試驗過程中，沸石粉含量5%、10%和15%條件下土壤含水率平均值分別達到0.073、0.075和0.08，即沸石粉含量因素對土壤含水率平均值影響大小為：15%>10%>5%，說明土壤含水率均值隨沸石粉含量增加呈增加趨勢。圖3-4-3-2為不同沸石粉含量條件下土壤含水率變化過程數(shù)據(jù)樣本量化擬合結果。由圖3-4-3-2可知，數(shù)據(jù)樣本實測值均勻分布在指數(shù)模型擬合線兩側，并且具有一致的變化趨勢。從模型精度來看，沸石粉含量5%、10%和15%條件下土壤累積蒸發(fā)指數(shù)模型的決定系數(shù)分別為0.9978、0.9885、0.9749。從以上兩點說明，采用指數(shù)模型對土壤含水率變化過程進行量化描述是合理的。圖3-4-3-2不同溫度條件下土壤含水率變化模型3.4.4相互關系圖3-4-4為不同沸石粉含量條件下土壤蒸發(fā)量與含水率關系。由圖3-4-4可知，不同沸石粉含量條件下土壤水分蒸發(fā)量均隨含水率增加呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢。數(shù)據(jù)樣本實測值均勻分布在指數(shù)模型擬合線兩側，并且具有一致的變化趨勢。從模型精度來看，沸石粉含量5%、10%和15%條件下土壤累積蒸發(fā)指數(shù)模型的決定系數(shù)分別為0.9379、0.9541、0.9075。從以上兩點說明，采用指數(shù)模型對土壤蒸發(fā)量與含水率的相互關系進行量化描述是合理的。在對數(shù)模型中，參數(shù)a代表含水率的相對變化引起的土壤蒸發(fā)量的絕對變化。隨沸石粉含量的增大，參數(shù)a的值先增大后減小，單幅度很小。說明隨沸石粉含量的增大，土壤蒸發(fā)量隨含水率的變化呈先增加后減小的微弱趨勢。圖3-4-4不同沸石粉含量條件下土壤蒸發(fā)量與含水率關系

總結（1）不同容重條件下土壤蒸發(fā)量隨時間呈先穩(wěn)定、然后逐漸遞減、最終趨于穩(wěn)定的變化趨勢，增加容重能夠一定程度程度抑制土壤蒸發(fā)，但效果并不明顯。試驗證明采用對數(shù)模型對土壤累積蒸發(fā)過程進行量化描述是合理的。容重越大，相應的蒸發(fā)強度越大。（2）不同含水率條件下土壤水分蒸發(fā)過程均隨時間呈現(xiàn)先線性增加，然后逐漸趨于平緩穩(wěn)定的變化趨勢，減少土壤初始含水率可以抑制土壤蒸發(fā)。試驗證明采用對數(shù)模型對土壤累積蒸發(fā)過程進行量化描述是合理的。初始含水率越大，相應的蒸發(fā)強度越大。（3）改變溫度是農業(yè)生產中抑制土壤蒸發(fā)的常用方法。不同溫度條件下土壤水分蒸發(fā)過程均隨時間呈現(xiàn)逐漸增加的變化趨勢，降低溫度對抑制土壤蒸發(fā)有較好的效果。試驗證明采用對數(shù)模型對土壤累積蒸發(fā)過程進行量化描述是合理的。隨溫度增大，相應的蒸發(fā)強度呈先增大后減小趨勢。（4）沸石粉在農業(yè)中作為改良劑對農業(yè)生產有很大的作用，但是對于土壤蒸發(fā)有不利影響。不同沸石粉含量條件下土壤水分蒸發(fā)過程均隨時間呈現(xiàn)穩(wěn)定增加趨勢，加入沸石粉不利于抑制土壤蒸發(fā)，且減少沸石粉含量能夠一定程度程度抑制土壤蒸發(fā)，但效果并不明顯，試驗證明采用對數(shù)模型對土壤累積蒸發(fā)過程進行量化描述是合理的。沸石粉含量越大，相應的蒸發(fā)強度越小。（5）在進行改變沸石粉含量探究土壤蒸發(fā)情況的實驗中，選用的對數(shù)模型不能完美的探究蒸發(fā)量趨勢，應選用更好的數(shù)學模型。（6）綜合分析，我國農業(yè)缺水干旱、環(huán)境污染、耕地不足的情況嚴重，不利于經濟的持續(xù)發(fā)展，面對以上現(xiàn)狀，一方面要開發(fā)研究新型環(huán)保地膜，另一方面要更好的利用土壤性質來抑制土壤蒸發(fā)，降低無效耗水，這將對于農業(yè)高效用水以及未來農業(yè)的發(fā)展起到至關重要作用。

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