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地下浸润灌溉条件下土壤蒸发试验研究 　　摘要：为了探究地下浸润灌溉条件下的土壤蒸发过程，采用控制变量法对该种灌水方式下的土壤进行了蒸发试验。以初始未饱和粉砂土为研究对象，在控制环境温度60 ℃和试样初始厚度15 cm条件下，按一定量的灌水梯度逐步增大试样中含水率，得到不同初始含水率的土壤试样，从而开展了一系列室内干燥试验。通过检测试样在干燥过程中失水量的变化，获得了试样的蒸发曲线。经对蒸发曲线进行了分析，结果表明：当土壤初始含水率α≈30%时，其蒸发过程与初始饱和土体蒸发过程一致；当土壤初始含水率α≈25%时，其蒸发过程先后经过速率递减阶段与消滞阶段；当土壤初始含水率α≤20时，其蒸发过程属于消滞阶段。说明地下浸润灌溉蒸发过程主要取决于土壤初始含水率的多少；土壤初始含水率较小时，土体干土层厚度是影响蒸发强度的主要因素。 　　关键词：土壤蒸发；地下灌溉；土壤含水率；蒸发强度 　　中图分类号：S152 　　文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）05-0045-03 　　1 引言 　　我国地下节水灌溉已经随着经济的发展和城市化的推进，进入了一个较为发达的时期。在参考现有相似灌溉技术的条件下，笔者提出一种新型的地下灌溉方式即地下浸润灌溉。它是一种具有较高节水潜力的、适合于设施农业栽培系统的节水灌溉技术，是利用地下水浸润灌溉的方式，通过土壤的毛细管作用，使水进入作物根系层进行主动浸润灌溉的一种灌水技术。较地面灌溉而言，它总是湿润土体的下部且灌水前后表层土壤总处于相对干燥状态。因此，其土壤蒸发过程势必与饱和土壤蒸发过程存在一定的差异，加之前人对土壤蒸发的研究大都局限于地面灌溉，而对于地下灌溉的土壤蒸发过程及影响因素研究却少之又少。为此，笔者以室内试验模拟地下浸润灌溉条件下的土壤蒸发，通过对不同初始含水率的粉砂土开展室内干燥试验，测试了土中水分蒸发速率及平均土壤含水率随干燥时间的变化，探究其土壤蒸发过程及蒸发强度的主要影响因素。 　　2 材料与方法 　　2.1 供试土壤 　　本试验在青海大学理工楼水工大厅水文信息采集与处理试验室进行。供试用土为青海大学农科院专用农田栽培表层土，土层深厚质地较为均匀，取回测量土壤初始含水率及容重，经自然风干、粉碎，通过2 mm筛后利用沉降法对土壤进行颗粒分析，按照我国土壤颗粒分级标准，可得相关物理性质参数如表1所示。 　　2.2 试验材料及设计参数 　　本试验所用到的材料有长方体有机玻璃透明箱（规格150 mm×150 mm×160 mm），质地均匀PVA海绵，洗瓶（容量600 mL），恒温干燥箱以及电子天平等。 　　为较好的模拟地下浸润灌溉条件下的土壤蒸发，透明箱底部开有18个直径为35 mm的小孔，孔中镶嵌PVA海绵柱（图1），通过挤压使洗瓶中自来水流进透明箱底部，PVA海绵柱则迅速吸水饱和形成土壤与灌溉用水的中间输水媒介，土壤微粒从海绵中吸取水分，水分依靠基质势与重力势差值形成的水势梯度完成上渗运动。与此同时，海绵继续吸收水分来维持自身饱和状态，整个输水动态过程衔接紧凑且有条不紊的进行着，灌溉水上渗的高度、及速度主要取决于土壤孔隙大小等物理性质。 　　2.3 试验设计 　　首先将装有土样的桶与电子称一并放入干燥箱，并观测电子称读数的变化，直到读数基本恒定为止，此时土壤中水分基本蒸发完全。然后向试验装置中海绵灌水至饱和，根据试验装置尺寸、装土高度及土壤容重确定称取土壤质量，随后将土壤分层装入试验装置，层间打毛以保证土壤均质。同理，普通装置（底部有若干孔、孔中有滤棉而无海绵）装土质量及过程与上述一致。与此同时，向若干普通装置中灌足量的水，静置6 h测得其田间持水量均值。紧接着向试验装置底部灌定量的水，待水完全渗入土壤中时，拆下底板，将海绵柱逐一取出，并将试样连同电子天平（精度为1.0 g）一起放入恒温干燥箱（控温精度为1 ℃）中同时干燥失水，在干燥过程中，试样的重量变化通过电子天平实时读取，所读的数值用于计算试样的蒸发速率以及含水率。 　　试验共设5组试样，每组试样分别配置3个平行样以减小不确定因素所引起的误差，相关试验参数如表2所示。 　　3 试验结果与分析 　　3.1 试验结果 　　对各组试样所得试验数据进行处理与整合，在土壤初始含水率α不同的条件下，各组试样平均土壤含水率W及平均蒸发速率R随干燥时间 t 的变化如图 2所示。由图2明显可见，干燥曲线（R-t和W-t）的整体趋势是初期蒸发速率最大，与之对应的平均土壤含水率下降幅度亦最大，随着干燥时间的延长，蒸发速率逐渐降低，相对应的平均土壤含水率下降幅度减缓，直至蒸发速率及平均土壤含水率都接近于0，各组试样土壤先后蒸发完全。随着初始含水率的增大，干燥初期时的土壤蒸发速率随之增大，与之对应的平均