本文格式為Word版，下載可任意編輯——地下浸潤灌溉條件下土壤蒸發(fā)試驗研究

材料與方法

2.1供試土壤

本試驗在青海大學理工樓水工大廳水文信息采集與處理試驗室舉行。供試用土為青海大學農(nóng)科院專用農(nóng)田栽培表層土，土層深厚質地較為平勻，取回測量土壤初始含水率及容重，經(jīng)自然風干、粉碎，通過2mm篩后利用沉降法對土壤舉行顆粒分析，按照我國土壤顆粒分級標準，可得相關物理性質參數(shù)如表1所示。

2.2試驗材料及設計參數(shù)

本試驗所用到的材料有長方體有機玻璃通明箱（規(guī)格150mm×150mm×160mm），質地平勻PVA海綿，洗瓶（容量600mL），恒溫枯燥箱以及電子天對等。

為較好的模擬地下浸潤澆灌條件下的土壤蒸發(fā)，通明箱底部開有18個直徑為35mm的小孔，孔中鑲嵌PVA海綿柱（圖1），通過擠壓使洗瓶中自來水流進通明箱底部，PVA海綿柱那么急速吸水飽和形成土壤與澆灌用水的中間輸水媒介，土壤微粒從海綿中吸取水分，水分依靠基質勢與重力勢差值形成的水勢梯度完成上滲運動。與此同時，海綿持續(xù)吸收水分來維持自身飽和狀態(tài)，整個輸水動態(tài)過程貫穿緊湊且有條不紊的舉行著，澆灌水上滲的高度、及速度主要取決于土壤孔隙大小等物理性質。

2.3試驗設計

首先將裝有土樣的桶與電子稱一并放入枯燥箱，并觀測電子稱讀數(shù)的變化，直到讀數(shù)根本恒定為止，此時土壤中水分根本蒸發(fā)完全。然后向試驗裝置中海綿灌水至飽和，根據(jù)試驗裝置尺寸、裝土高度及土壤容重確定稱取土壤質量，隨后將土壤分層裝入試驗裝置，層間打毛以保證土壤均質。同理，普遍裝置（底部有若干孔、孔中有濾棉而無海綿）裝土質量及過程與上述一致。與此同時，向若干普遍裝置中灌足量的水，靜置6h測得其田間持水量均值。緊接著向試驗裝置底部灌定量的水，待水完全滲入土壤中時，拆下底板，將海綿柱逐一取出，并將試樣連同電子天平（精度為1.0g）一起放入恒溫枯燥箱（控溫精度為1℃）中同時枯燥失水，在枯燥過程中，試樣的重量變化通過電子天平實時讀取，所讀的數(shù)值用于計算試樣的蒸發(fā)速率以及含水率。

試驗共設5組試樣，每組試樣分別配置3個平行樣以減小不確定因素所引起的誤差，相關試驗參數(shù)如表2所示。

3試驗結果與分析

3.1試驗結果

對各組試樣所得試驗數(shù)據(jù)舉行處理與整合，在土壤初始含水率α不同的條件下，各組試樣平均土壤含水率W及平均蒸發(fā)速率R隨枯燥時間t的變化如圖2所示。由圖2明顯可見，枯燥曲線（R-t和W-t）的整體趨勢是初期蒸發(fā)速率最大，與之對應的平均土壤含水率下降幅度亦最大，隨著枯燥時間的延長，蒸發(fā)速率逐步降低，相對應的平均土壤含水率下降幅度減緩，直至蒸發(fā)速率及平均土壤含水率都接近于0，各組試樣土壤先后蒸發(fā)完全。隨著初始含水率的增大，枯燥初期時的土壤蒸發(fā)速率隨之增大，與之對應的平均含水率下降幅度亦增大，試樣蒸發(fā)完全所需時間有所延長，且相鄰的枯燥曲線間距縮短。

3.2土壤初始含水率及干土層對蒸發(fā)過程的影響及分析

土壤水分蒸發(fā)的過程就是土壤水分通過土壤外觀進入大氣，從而造成土壤水分逐步裁減，土壤表層逐步變干的過程。由前人對初始飽和的土體蒸發(fā)研究可知，在外部環(huán)境條件恒定的處境下，土中水分的蒸發(fā)過程主要由3個階段組成：常速率、減速率和蒸發(fā)消滯階段。

試樣組E的土壤初始含水率α≈30%（圖2b），土壤含水量達成田間持水量，在枯燥時間tE（0，57）min，表層含水率較高，輸水才能強，土壤表層的蒸發(fā)消耗得到充分補給，試樣組E平均土壤含水率W的減小與枯燥時間t幾乎呈直線關系，且平均蒸發(fā)速率R相對穩(wěn)定少變（圖2a），在蒸發(fā)量大于或近于一致氣象條件下的蒸發(fā)量，此時土壤蒸發(fā)只受氣象條件的影響。由于非飽和滲透系數(shù)隨土壤水分裁減而急速減小，蒸發(fā)不斷舉行，平均土壤含水率W減至26.5%時，由下向上的滲透水分不能得志蒸發(fā)力的需要，此階段即告終止，這一階段持續(xù)時間約為57min，平均蒸發(fā)速率R約為3.92g/min。

試樣組D的土壤初始含水率α≈25%，較試樣組E而言，其土壤含水量不高，澆灌水僅少片面上滲至土表，土壤表層含水率較低，在枯燥時間tD（0，120）min，土壤表層的蒸發(fā)消耗不能得到充分補給。同理，在枯燥時間tE（57，179）min，試樣組E土壤蒸發(fā)不斷消耗水分，土壤含水量不斷減小，較粗毛管中懸著水的連續(xù)狀態(tài)展現(xiàn)斷裂，細毛管中仍彌漫水。試樣組E與試樣組D在不同時段內土壤平均蒸發(fā)速率R均隨土壤含水量裁減而呈直線下降（圖2a）。此階段土壤因素逐步成為影響蒸發(fā)力的主要因素，氣象因素逐步退居次要因素。當土壤表層干化時，此階段終止。這一階段試樣組E持續(xù)時間約為122min，平均蒸發(fā)速率R約為2.09g/min，平均土壤含水率W降至18.8%。試樣組D持續(xù)時間約為115min，平均蒸發(fā)速率R約為2.50g/min，平均土壤含水率W降至16.1%。

試樣組（A、B、C）的土壤初始含水率W≤20%，土壤含水率較低，在水的重力勢能與土壤基質勢的綜合作用下，澆灌水未能上滲至土表，土表形成確定厚度的干土層，在枯燥時間tA-B-C（0，1076）min，蒸發(fā)根本上不在土壤外觀舉行。同理，隨著枯燥時間的進一步延長，土體中可供蒸發(fā)的水分越來越少，孔隙水連通性降低，毛細水作用逐步削減，試樣組E和試樣組D分別在枯燥時間tE（180，1440）min及tD（120，1200）min，土壤中的液態(tài)水已經(jīng)不能輸送至土壤外觀，土體外觀均形成干土層，蒸發(fā)面移置表層土以下。試樣組（A、B、C、D、E）的平均蒸發(fā)速率R及平均土壤含水率W在不同時間段內均隨枯燥時間的延長而緩慢減小，直至平均蒸發(fā)速率R以及平均土壤含水率W接近于0（圖2a和圖2b）。較土壤蒸發(fā)前兩個階段而言，因干土層的形成，使蒸發(fā)面水汽向大氣散失的路徑加長，蒸發(fā)強度減小。另一方面，由于干土層形成后，土表的吸力梯度不再增加；同時，因含水率已達成較低值，土壤水力傳導度隨上壤含水率變化較小，蒸發(fā)強度減小，速率變緩，此時土壤蒸發(fā)主要受干土層厚度的影響。這一階段為土壤蒸發(fā)的主要階段，蒸發(fā)耗時最長且較為穩(wěn)定。

4結語

通過對不同初始含水率的粉砂土開展室內枯燥試驗，測試了土中水分蒸發(fā)速率隨枯燥時間的變化，探究其土壤蒸發(fā)過程及蒸發(fā)強度的主要影響因素，得到了如下結論。

（1）在地下浸潤澆灌條件下，土壤初始含水率對其蒸發(fā)過程有著較為顯著的影響，對于含水量達成田間持水量的土壤，其蒸發(fā)過程與初始飽和的土體蒸發(fā)過程一致。隨著土壤初始含水率呈確定梯度的遞減，上滲至土表的澆灌水裁減，使得土表層含水率降低，其蒸發(fā)過程先后歷經(jīng)速率遞減階段及蒸發(fā)消滯階段。當土壤初始含水率降低到某一值時，澆灌水