不同类型砾石覆盖对土壤水分蒸发的影响

 周 约，谢铁娜

（1.宁夏大学教学实验农场，宁夏 银川 750100；2.宁夏大学农学院，宁夏 银川750021）



不同类型砾石覆盖对土壤水分蒸发的影响

周 约1，谢铁娜2

（1.宁夏大学教学实验农场，宁夏 银川 750100；2.宁夏大学农学院，宁夏 银川750021）

摘 要：为了探求宁夏中部干旱区最适宜的硒砂瓜覆砂粒径，以宁夏中卫南山台地区天然砂石为试材，采用蒸发器整体称重法，研究了不同类型砾石覆盖对土壤水分蒸发的影响。结果表明：不规则砾石覆盖处理的土壤日蒸发量显著高于卵石和片石，而卵石和片石覆盖处理下的土壤日蒸发量平均值差别较小，未达到显著水平。这表明规则砾石对土壤水分蒸发的抑制效果比不规则砾石的要好。相关性分析结果表明：不同类型砾石覆盖处理的累积蒸发量可以用多项式方程Y=at2+bt+c来模拟，相关系数大于0.95。

关键词：砾石类型；覆盖；土壤水分蒸发

在干旱和半干旱地区，土壤蒸发导致的水分消耗占到很大比例。研究表明，砾石覆盖可以很好的抑制土壤水分蒸发，提高水分的利用效率。其原理是：砾石覆盖改变了土壤的辐射特性和地表温度，同时砾石层切断了毛管力作用，中断了水分的向上运动，因此削弱土壤水分的蒸发[1-2]。虽然国内外学者对砂砾石和砾石覆盖的水分散失过程有许多研究，但分析不同覆盖厚度和不同覆盖粒径下土壤蒸发过程的较多[3]，对砾石类型的研究较少，不同类型砾石的形状、颜色、孔隙度等物理特性存在差异，从而对土壤水分的蒸发过程也有影响。试验对不同类型砂砾覆盖下土壤水分的蒸发过程进行监测，比较不同类型的砾石覆盖对土壤水分蒸发的抑制效果。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤采自宁夏回族自治区中卫市永康镇南山台乐台村，土壤质地为沙土，土样风干后粉碎，过2 mm的土筛。供试砾石类型为不规则紫石、紫卵石、紫片石，采自宁夏中卫南山台地区。蒸发器采用市场购置的PVC管做成圆桶，桶直径20 cm，桶高50 cm。

1.2 试验方法

1.2.1 预处理 圆桶底部盖一层细纱，然后卡入桶底部盖子的旋转丝扣中。把装好土的土柱放在盛水的塑料盆里吸水2 d，通过土壤的毛细管作用使土壤水分达饱和状态。土柱取出静置48 h，排掉多余水分，备用。

1.2.2 试验设计 将不同类型的砾石覆盖在土壤表面，砾石厚度为8 cm左右，砾石表面与圆桶上表面齐平。设计4个处理：S1，不规则紫石覆盖；S2，紫卵石覆盖；S3，紫片石覆盖；CK，无砾石覆盖。每个处理重复3次。每个土柱上方30 cm高度放置一个200 W的灯泡，用来提供蒸发所需热量，每天开灯8 h，从9:00到17:00，南北坐向的窗户在整个试验期间保持通风。

1.2.3 指标测定及计算 室内温度和相对湿度用干湿温度计测定；采用量程为30 kg、感度为1 g的电子秤测定土壤蒸发量。土壤蒸发开始后，土柱每次质量的变化即当天土壤蒸发质量E±（kg），将E±转化为标准的土壤蒸发量E（mm）：

2 结果与分析

2.1 不同类型砾石覆盖对土壤水分日蒸发量的影响

从表1中可以看出，砾石覆盖处理的日蒸发量显著低于无砾石覆盖处理，S1～S3处理的日蒸发量比CK处理低50%～62%；其中，以紫卵石和紫片石覆盖处理对土壤水分蒸发的抑制效果较好，S2（紫卵石覆盖）和S3（紫片石覆盖）处理的土壤水分日蒸发量比S1（不规则紫石覆盖）处理的低0.10～0.11 mm，且差异显著。这说明规则砾石对土壤水分蒸发的抑制效果比不规则砾石的要好。在实施砾石覆盖处理时，应该选择规则砾石进行覆盖，以防止水分大量损失，从而促进旱作农业的可持续发展。

表1　不同类型砾石覆盖下土壤水分日蒸发量的比较

变异系数（CV）反映随机变量的离散程度，峰度系数和偏度系数反映数据分布的对称性和平坦性。从表1中还可以看出，砾石覆盖和无砾石覆盖条件下，土壤日蒸发量的CV值均大于0.7，表现出中等变异性，各处理之间的CV值区别较小。不规则紫石和紫卵石覆盖处理土壤日蒸发量的峰度系数和偏度系数均高于片石覆盖处理，说明不规则石和卵石土壤日蒸发量分布的对称性和平坦性比片石覆盖处理的要差。导致这一结果的原因可能是砾石之间的孔隙结构使土壤水分蒸发过程存在差异，总体上片石和卵石对土壤蒸发的抑制效果明显优于不规则石。

2.2 不同类型砾石覆盖对土壤水分日蒸发量变化的影响

由图1可知，不同类型砾石覆盖与无覆盖处理的土壤日蒸发量随时间的变化规律基本一致，主要受温度、湿度、风速等气象因素的影响而呈现不稳定的波动变化，当蒸发试验进行到30 d时，除不覆盖处理外，不同类型砾石覆盖处理的日蒸发量变化很小且差异不明显。

图1　不同类型砾石覆盖下土壤水分日蒸发量随时间的变化

2.3 不同类型砾石覆盖对土壤水分累积蒸发量的影响

由表2和图2可知，试验进行5 d时，CK处理的土壤水分累积蒸发量显著低于S1～S2处理，但随着时间的延续，S1～S2处理的土壤水分蒸发量累积速度显著慢于CK处理，到试验进行41 d时，S1～S2处理的土壤水分累积蒸发量比CK处理低49.8%～61.6%。而不同类型砾石之间，不规则紫砾石覆盖处理的土壤水分累积蒸发量分别比紫卵石和紫片石覆盖处理的高4.46和4.14 mm，且差异显著。这也说明砾石覆盖可有效降低水分蒸发量，且规则砾石对土壤水分蒸发的抑制效果比不规则砾石更明显。

表2　不同类型砾石覆盖在不同时段土壤水分累积蒸发量的差异性分析　（mm）

图2　不同处理土壤水分累积蒸发量随时间的变化

2.4 覆盖砾石类型与土壤水分蒸发量的相关性分析

为了明确累积蒸发量随时间的变化特征，以及预测砾石覆盖条件下累积蒸发量，对不同类型砾石覆盖下，累积蒸发量随时间变化进行拟合，结果如表3所示。由表3可知，各处理线性回归的相关系数均大于0.94，乘幂回归的相关系数均大于0.93，多项式回归的相关系数均大于0.95，说明可以用多项式方程Y=at2+bt+c（因变量Y为累积蒸发量，自变量t为蒸发时间，a、b和c均为方程系数）来模拟累积蒸发量随时间的变化，即累积蒸发量随蒸发时间呈多项式函数增加。

表3　不同类型砾石覆盖对累积蒸发量随时间变化拟合结果

图3为41 d的蒸发试验结束时，不同类型砾石覆盖和无砾石覆盖处理土壤水分的总蒸发量。从图3中可以看出，各处理土壤水分总蒸发量由高到低排列依次为：无砾石覆盖＞不规则砾石覆盖＞片石覆盖＞卵石覆盖，且不同类型砾石覆盖的累积蒸发量变化趋势也可以用多项式来表示，Y=4.617 8x2-15.701x+26.115，R2=0.983 9。

图3　不同类型砾石覆盖对累积蒸发量的影响

3 小 结

研究利用称重法分析了不同类型砾石覆盖条件下土壤水分蒸发量随时间的变化情况，得出以下结论。

（1）不规则砾石覆盖处理的土壤日蒸发量高于卵石和片石，而卵石和片石覆盖处理下的土壤日蒸发量平均值差别较小。不同类型砾石覆盖条件和无砾石覆盖条件下的土壤日蒸发量的CV值均大于0.7，表现出中等变异性，不同类型砾石覆盖处理间的CV值差别较小。不规则石和卵石的土壤日蒸发量的峰度系数和偏度系数均高于片石覆盖处理，说明不规则石和卵石土壤日蒸发量分布的对称性和平坦性比片石覆盖处理的要差。

（2）通过不同类型砾石覆盖下土壤累积蒸发量的比较，发现累积蒸发量与覆盖砾石的类型密切相关，其中不规则砾石覆盖的累积蒸发量最大，卵石和片石的累积蒸发量相差较小，说明规则砾石对土壤水分蒸发的抑制效果比不规则砾石更明显。

（3）不同类型砾石覆盖处理的累积蒸发量可以用多项式方程Y=at2+bt+c（因变量Y为累积蒸发量，自变量t为蒸发时间，a、b和c均为方程系数）来模拟，相关系数大于0.95。

（4）不同类型砾石覆盖所导致的土壤水分蒸发差异跟砾石表面的形状和粗糙度有很大的相关性。因为不同形状和粗糙度的砾石堆积形成的覆盖层内孔隙大小不一，对土壤中水分的运动以及水汽在砾石覆盖层中的迁移过程产生了影响，其具体作用机制还需要进一步研究。

参考文献：

[1] Poesen J，Lavee H. Rock fragments in top soils：significance and processes[J]. Catena，1994，23：1-28.

[2] 邵明安，马东豪，朱无骏. 黄土高原土石混合介质土壤水分研究[M].北京：科学出版社，2010.

[3] 周 约. 不同粒径砾石覆盖对宁夏干旱区土壤水分蒸发的影响[J].湖南农业科学，2015，（12）：72-74.

（责任编辑：成 平）

Effects of Different Kinds of Gravel Covering on Soil Evaporation

ZHOU Yue1，XIE Tie-na2（1. The experimental Farm of Ningxia University, Yingchuan 750100, PRC; 2. School of Agriculture , Ningxia University, Yingchuan 750021, PRC）

Abstract：In order to explore the most suitable type of gravel covering for selenium sand melon in dry areas of middle Ningxia, this research used the natural gravels from Nanshantai region in Zhongwei city, Ningxia, as test materials, and utilized evaporator overall weighing method to study the effects of different kinds of gravel covering on soil water evaporation. The results showed that the daily evaporation capacity of the soil covered by irregular gravels was significantly higher than those of the soils covered by pebble and flaky, while the daily evaporation capacities of pebble and flaky cover treatments were almost the same without significant difference, which indicated that the evaporation suppression effect of regular gravels was better than those of irregular ones. Correlation analysis results showed that cumulative evaporation capacity of different kinds of gravel covering could be simulated with the polynomial equation Y=at2+bt+c and the correlation coefficient was larger than 0.95.

Key words：gravel type; covering; soil water evaporation

作者简介：周 约（1972-），男，宁夏中卫市人，讲师，主要从事草地生态资源与环境教学研究工作。

基金项目：宁夏大学自然科学研究基金资助项目（ZR1208）；宁夏高等学校科学技术研究资助项目（NGY2014065）

收稿日期：2015-10-10

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.01.013

中图分类号：S156.92

文献标识码：A

文章编号：1006-060X（2016）01-0040-03