冻融作用对封闭系统土壤蒸发影响的实验研究

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蒸发是干旱半干旱区生态系统中最重要的水均衡项,冻融期干旱少雨,土壤蒸发强烈,加剧了水资源短缺情况。冻融期土壤蒸发规律和影响因素较为复杂,探索冻融作用下土壤蒸发规律及其影响因素,对于缓解干旱半干旱区水资源短缺具有现实意义。
  本文通过室内封闭系统下-22℃和-15℃恒定冻结气温的48h冻结和33h的自然消融实验,研究了砂土、壤砂土、砂壤土和粉砂壤土在5种不同的土壤含水率条件下的土壤温度和土壤蒸发规律。主要研究结论如下:
  (1)土壤含水率影响土壤温度的变化,土壤含水率越高,土壤冻结和融化速度越慢,土壤温度变化幅度越小。土壤质地影响了土壤的导热性,含砂粒多的土壤易于冻结和消融。不同恒定冻结气温影响了土壤内部与外界环境的温度梯度,-22℃恒定冻结气温方案下的土壤温度明显小于-15℃恒定冻结气温方案的土壤温度。
  (2)冻融过程中土壤含水率对土壤蒸发有显著影响,降温阶段和冻结阶段的土壤蒸发量和蒸发速率均随土壤含水率的增大而增大,消融阶段的土壤蒸发量和蒸发速率均随土壤含水率的增大而减小。
  (3)冻融过程中土壤质地对土壤蒸发的影响。-22℃恒定气温冻结方案下,试验期砂土的累积蒸发量为1.29mm,分别比壤砂土,砂壤土和粉砂壤土增加0.151mm,0.402mm,0.523mm。-15℃恒定气温冻结方案下,砂土的累积蒸发量为1.47mm,分别比壤砂土,砂壤土和粉砂壤土增加0.125mm,0.239mm和0.360mm。不同冻融阶段中砂土的蒸发速率均最大,粉砂壤土的蒸发速率均最小。
  (4)不同恒定气温冻结方案对土壤蒸发的影响。-22℃恒定气温冻结方案下,砂土、壤砂土、砂壤土和粉砂壤土的累积蒸发量为1.29mm,1.14mm,0.89mm和0.77mm,较-15℃恒定气温冻结方案分别减少了12.24%,15.32%,27.86%和30.90%。在不同冻融阶段中,-22℃恒定气温冻结方案下的土壤蒸发速率均小于-15℃恒定气温冻结方案。
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