宁夏中部干旱带土壤蒸发规律及阈值研究

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宁夏中部干旱地区年降雨量较少,年内年际分布不均,强烈的蒸发是制约当地农业生态发展的主要因素。为解决长期缺水导致农业发展滞后不前的问题,当地人民采用土壤表层覆砂的耕作模式以减少蒸发,保存土壤水量。与此同时,明确该地区土壤蒸发规律,摸清土壤水库年收入状态以及如何对该地区土壤蒸发量进行定量计算等问题,显得尤为重要。文章结合研究区生产实际,在对土壤蒸发进行研究时,对比分析了相同条件下压砂地和裸地的差异,并通过室外试验,取得了以下几个方面的进展:(1)文章采用室外模拟降雨试验,通过设置不同的降雨量,分析了二者在蒸发过程中不同土层温度和含水率的变化规律。结果表明压砂地土壤蒸发过程与裸地存在较大的差异。在土壤蒸发过程中,压砂地累积蒸发量随时间呈现线性变化规律,裸地呈对数关系;同时通过对比试验发现,自然无降雨条件压砂地各土层温度均高于裸地,模拟降雨条件下,压砂地除部分土层温度低于裸地外,其余土层温度依然高于裸地。其中,模拟10mm降雨条件下,仅5cm处土壤温度低于裸地:模拟15mm降雨条件下,仅10cm处温度低于裸地;模拟20mm降雨条件下,仅10-15cm处土壤温度低于裸地。通过对试验过程中各土层含水率变化过程分析后可知,表层土壤对蒸发的响应程度较大,深层土壤响应程度较小,随着土层深度的增加,各土层含水率的变异性也随之减小。(2)针对研究区土壤蒸发定量计算相对复杂的问题,文章通过室外土柱实验,寻求研究区土壤蒸发量与水面蒸发量和土壤含水率之间的关系,最终建立了以水面蒸发量和土壤含水率为自变量的计算研究区土壤蒸发量的经验公式。经验证,该经验公式能较好的计算研究区土壤蒸发量,从而为研究区土壤蒸发量定量计算提供了相应的参考依据。与此同时,依据土壤蒸发量与水面蒸发量之比随时间和土壤含水率的变化规律可以将裸地土壤蒸发划分为三个阶段,本文给出三个阶段的两个含水率临界值分别为20.96%<θb1<21.48%和11.40%<θb2<11.54%。同理,可将压砂地土壤蒸发划分为两个阶段,其含水率临界值为20.81%<θ8<21.47%。(3)通过设置不同的模拟降雨量水平,探明不同降雨量条件下土壤水库的年收入情况,并在此基础上寻求土壤水库水分收入阈值。当降雨量设置为模拟枯水年降雨条件下时(实际降雨量为147.44mm),裸地土壤年蒸发量为160.88mm,土壤水库年收入为-13.44mm;模拟平水年降雨条件下时(实际降雨量为179.06mm),裸地土壤年蒸发量为171.44mm,其年收入为7.62mm,故可得知裸地土壤水库水分收入阈值应介于147.44mm和179.06mm之间。而在本次试验设置的降雨量条件下,压砂地土壤水库水分均为正收入,故按此次试验设置的最小降雨量条件分析,压砂地土壤水库水分收入阈值应小于147.44mm。以上研究内容对宁夏中部干旱带压砂地种植地区的土壤蒸发研究、农田水分管理和水资源调配等问题具有一定的参考价值,同时也为研究区农业发展、生态治理等提供了一定的理论依据。
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