乾旱區土壤吸附水的形成機理與補水效果研究

《乾旱區土壤吸附水的形成機理與補水效果研究》是依託中山大學，由張清濤擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：乾旱區土壤吸附水的形成機理與補水效果研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張清濤
• 依託單位：中山大學

中文摘要

土壤吸附水是指氣態水分子在固態土壤粒子表面的吸附過程，是一種重要的非降水資源，對其研究與利用可緩解乾旱區嚴重的缺水狀況。在土壤吸附水的形成過程中，尚不清楚逆溫梯度和濕度梯度哪一項是占主導的決定性氣象因素，土壤吸附水的補水效果與強化措施也有待研究。本項目通過生長室控制條件實驗和野外實地觀測試驗，運用稱重式蒸滲儀和局地小氣候要素觀測相結合的方法，嘗試解明土壤吸附水的形成過程和機理，回答逆溫梯度是否土壤吸附水的決定性氣象因子，評價波文比法和三溫模型＋熱成像技術測算大範圍土壤吸附水的適用性，評估土壤吸附水的補水效果，探索增加土壤吸附水量的有效措施，以便開源性地、策略性地緩解乾旱缺水區的用水緊張狀況。該研究不僅是當前水文科學和地表非降水水分微循環的學科前沿，而且對促進缺水地區水資源的可持續利用具有積極的現實意義。

結題摘要

土壤吸附水是一種重要的非降水性水資源，是指氣態水分子在固態土壤粒子表面的吸附過程，對其深入研究並高效利用可緩解乾旱地區的缺水狀況。本項目通過稱重式蒸滲儀和局地小氣候要素觀測相結合的方法，對比研究了礫石覆蓋處理、植物（馬蓮）、麥糠覆蓋，裸土表面等處理的土壤吸附水量的差異，礫石覆蓋土壤吸附水（或露水）量可達133g，是麥秸覆蓋的12倍。礫石覆蓋與無覆蓋相比一天蒸發損失減少66g。雙層覆蓋“麥秸+礫石覆蓋”（下層為麥秸，上層為礫石）時，一晚可吸附89g的水汽或露水，而礫石覆蓋吸附了227g的水汽或露水，是雙層覆蓋的2.6倍。2018年根據礫石覆蓋和裸土表面的土壤吸附水量對比發現，礫石覆蓋較裸土表面處理低15.9%，主要是由於雨季降水天氣多於往年，氣候波動較小，如空氣相對濕度的波動幅度，空氣溫度日變化減小，導致空氣溫度和表面溫度差減小，不利於吸附水的發生，另外礫石覆蓋所占面積較大，使得大量土壤孔隙被覆蓋，削減了土壤吸附水量。根據夜間吸附量與白天蒸發量的區分可知，礫石覆蓋相比裸土表面處理可減少累積蒸發損失32%，對於保護土壤水有著重要意義。試驗地的空氣溫度與不同處理的表面溫度的差和土壤吸附水有著較好地相關性。空氣相對濕度的日變化越大吸附量越大，二者呈明顯的正相關，氣象條件的日變化波動幅度越大則越有利於吸附水的發生。土壤含水量與土壤吸附量呈現明顯的正相關。印證了雨後臨近幾日內的吸附量為何偏高，主要是由於空氣濕度日變化大和土壤含水量升高影響所致。另外，探明了氣象因素波動大的條件有利於土壤吸附水發生和提高，為乾旱區水資源的開源節流提供了一種思路，緩解水資源不足窘境，可進一步就如何推廣和套用農田土壤改造材料增加吸附水減少蒸發損失做進一步研究。