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土壤蒸发

土壤中的水分通过上升和汽化从土壤表面进入大气的过程。土壤蒸发影响土壤含水量的变化,是水文循环的一个重要环节。

物理过程

土壤蒸发持续进行的条件是:经常有热量到达土面,提供水分汽化所需的汽化热;土面水汽压高于大气水汽压;土面能持续得到土内水分。根据各种形态水分的运动情况,土壤蒸发过程分三个阶段:

(1)毛细管运行阶段,当土壤湿润时,水充满土壤孔隙,水分通过毛细管作用,不断快速地向地表运行,水分在地表汽化、扩散,土壤水分蒸发强烈。

(2)薄膜运行阶段,当蒸发耗水使土壤含水量降低,小于毛细管水断裂含水量(见土壤水)时,毛细管水断开,毛细管传导作用停止,土壤水分则以薄膜水形式,由水膜厚的地方向水膜薄的地方运动。由于这种运动缓慢,土壤蒸发明显减弱。此时,蒸发不仅在地表进行,土壤内部水分也可汽化,并经土壤孔隙向大气扩散。

(3)扩散运行阶段,当土壤含水量降低,接近凋萎系数时,土壤水分由底层向土面的薄膜运动已基本停止,地表土壤内只有气态水进行扩散,蒸发率甚小。此时地表干土层很厚,水分不能满足作物需要。此外,也有根据土壤蒸发率变化情况,把土壤蒸发过程分为:

(1)大气蒸发力控制阶段(即蒸发率不变);

(2)土壤导水率控制阶段(即蒸发率降低);

(3)扩散控制阶段(即干土层的蒸发由水汽扩散控制)。

影响因素

除影响水面蒸发的相同因素外,尚有土壤含水量、地下水埋深、土壤结构、土壤色泽、土壤表面特征及地形等。

(1)当土壤含水量接近饱和时,由于不规则的土壤颗粒构成了较大的总的蒸发面,蒸发机会比水平面积相同的自由水面的蒸发机会多。土壤表层3~5厘米范围内含水量对蒸发起决定性作用,往下影响较小。

(2)如果地下水埋深小,潜水位经常保持在毛细管作用范围内,则土壤含水量能持久地得到补充,蒸发均匀;反之,如果地下水埋深大,则蒸发率减小的变化幅度大。

(3)团粒结构的土壤,蒸发量小;非团粒结构的土壤,蒸发量大。

(4)土壤色泽改变土壤表面反射率,从而影响蒸发,土壤颜色愈深,蒸发量愈大。棕色土壤的蒸发量比白色的大19%,黑色土壤的蒸发量比白色的大32%。

(5)土壤表面特征影响风的紊动作用,粗糙地面的蒸发量比平滑地面的大;地形高处风速大,高地蒸发量比盆地的大;地表坡向不同,影响吸收辐射,蒸发量也有所不同。

测定方法

单位时间的土壤蒸发量称土壤蒸发率,(以毫米/日计),测定方法有:

(1)实测法(器测法),常用土壤蒸发器根据水量平衡原理确定土壤蒸发。这种方法适用于点上,而在大面积上因植被和土壤类型复杂,难于分清土壤蒸发与植物散发,所以器测法极少应用。

(2)数学模型法,模型可由热量平衡原理建立。平衡方程由净辐射通量、土壤吸收热通量、感热通量和蒸发热通量组成。通过计算可得土壤蒸发率。此外,也有根据土壤水运动理论,考虑等温或非等温条件推出的数学模型、经验公式或图解曲线法等推求土壤蒸发量。

土壤蒸发的抑制

方法有:

(1)松土掩护,保进表层土壤快干,形成干土掩护层,同时切断下层土壤与地表的毛细管联系,减少下层水分向上补给量,减小蒸发强度;

(2)有机物掩护,用麦秆、树叶、稻草、厩肥等覆盖地表,防止日光直接照射和风吹。

(3)化学措施,把聚合电解质溶液加入土壤,改变土壤水分特性,以减少蒸发。

参考书目
    黎庆淮主编:《土壤与农作》,水利电力出版社,北京,1979。Ven Te Chow,Handbook of Applied Hydrology,McGraw-Hill,New York,1964.