遼寧中部平原區(qū)作物生育期對(duì)潛水蒸發(fā)影響的探討

蘇浩

（遼寧省水文水資源勘測局鞍山分局，遼寧 鞍山 114002）

地下水是水資源的重要組成部分，潛水蒸發(fā)是地下水向土壤水和大氣水轉(zhuǎn)化的主要形式之一，是四水轉(zhuǎn)化中的重要一環(huán)，是地下水排泄的主要途徑，是水量平衡的重要因素之一，是水資源評(píng)價(jià)和地區(qū)水利規(guī)劃的基礎(chǔ)資料。潛水蒸發(fā)指潛水向包氣帶輸送水分，并通過土壤蒸發(fā)或（和）植物散發(fā)進(jìn)入大氣的過程，是地表蒸發(fā)和作物蒸騰所消耗的土壤水分中來自地下水的那部分水量，是自然界水循環(huán)的組成部分，因此探討作物生育期對(duì)潛水蒸發(fā)的影響具有十分重要的意義和作用。

1 實(shí)驗(yàn)區(qū)概況

實(shí)驗(yàn)區(qū)域在遼寧省鞍山市臺(tái)安縣，位于遼寧省的中部，遼河下游三角洲的腹部，鞍山市的北端。臺(tái)安縣境內(nèi)地勢平坦，屬遼河沖積平原，平均海拔6～7m，處在南溫帶亞濕潤區(qū)內(nèi)，屬大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同季，四季分明，光照充足。年平均氣溫8.3℃，1月平均氣溫－11℃，最低氣溫－28.3℃；7月平均氣溫24.5℃，最高氣溫35.4℃。年平均降水量629.4mm，多集中在7—9月份，無霜期170d左右。

實(shí)驗(yàn)田間埋設(shè)26個(gè)地中滲透儀，地中滲透儀為直徑60cm、厚5mm、深4.0m或4.5m、截面積3000cm2的鐵試筒。26個(gè)試筒最深為4.5m，最淺為0.0m。其中12個(gè)試筒中裝有遼中、渾蒲、燈塔、凌海、大洼及東港等6個(gè)地方取的原狀土，另外14個(gè)試筒中裝有臺(tái)安本地水田原狀土，氣象場部分包括直徑20cm的雨量器和虹吸式自計(jì)雨量計(jì)2套；固態(tài)存儲(chǔ)雨量計(jì)一套；直徑20cm的蒸發(fā)皿和E601蒸發(fā)器；百葉箱2套，1套內(nèi)裝自計(jì)溫度計(jì)和濕度計(jì)，另一套內(nèi)裝干球、濕度溫度表、濕度表；風(fēng)向風(fēng)速計(jì)；氣壓計(jì)；地溫計(jì)等。

2 問題的提出

當(dāng)前，在北方地區(qū)進(jìn)行節(jié)水改造的規(guī)劃中，對(duì)有無作物生長條件下的潛水蒸發(fā)、地下水補(bǔ)給量等方面存在模糊的認(rèn)識(shí)。大多數(shù)灌區(qū)灌溉用水計(jì)算中，對(duì)地下水的利用量大多數(shù)采用經(jīng)驗(yàn)值，甚至將裸地條件下所獲得的潛水蒸發(fā)關(guān)系用于估算有作物生長時(shí)的潛水蒸發(fā)，所造成的誤差是不容忽略的。

潛水蒸發(fā)是指在一定的地面大氣氣象條件下，地下水向包氣帶輸送的水分。影響潛水蒸發(fā)強(qiáng)度的主要因素，除了大氣條件外，還受地下水埋深、土質(zhì)等影響，此外，還與種植的作物種類和作物的生育階段有關(guān)，因?yàn)榉N植作物時(shí)，由于植物冠層的遮蓋，土表的蒸發(fā)強(qiáng)度被減弱，但由于植物的存在，植物根系在土層中汲取水分，這使得有作物生長條件下的潛水蒸發(fā)與裸地潛水蒸發(fā)的物理過程有了質(zhì)的變化。

在有作物生長的情況下，作物蒸騰即是作物表面的水分蒸發(fā)，水份的蒸騰損失為植物根系吸收水分提供最主要的動(dòng)力，因而潛水蒸發(fā)也將隨作物類型和作物生育階段而異。

3 作物生育期對(duì)潛水蒸發(fā)的影響

3.1 土質(zhì)影響

土質(zhì)是影響潛水蒸發(fā)的主要因素之一，不同土質(zhì)潛水蒸發(fā)量表現(xiàn)不同，不同土壤巖性潛水蒸發(fā)系數(shù)如圖1所示。從圖1中可以看出土質(zhì)對(duì)作物生育期的潛水蒸發(fā)有一定影響，在需水高峰期的潛水蒸發(fā)系數(shù)是最大的；在埋深、氣候和作物生長條件相同下，土壤顆粒越粗，潛水蒸發(fā)量越大。同一埋深條件下，砂土的潛水蒸發(fā)系數(shù)明顯比粘土大，這是因?yàn)檎惩恋恼承员壬巴恋拇?，而土壤粘性越大，它的阻水能力就越?qiáng)，從而抑制了潛水蒸發(fā)，同樣亞砂土的潛水蒸發(fā)系數(shù)明顯比亞粘土大。潛水蒸發(fā)不僅與土壤的顆粒大小有關(guān)，而且與土壤的結(jié)構(gòu)有關(guān)，砂土是最適合于潛水蒸發(fā)的巖性。

圖1 不同土壤巖性潛水蒸發(fā)系數(shù)對(duì)比圖

3.2 埋深影響

圖2為4種土壤巖性在不同埋深下的月潛水蒸發(fā)系數(shù)圖。從圖2可看出，潛水埋深在0.5～2.0m之間時(shí)，潛水蒸發(fā)隨潛水埋深的增大而迅速減?。辉跐撍裆畲笥?.0m時(shí)，潛水蒸發(fā)減小的速率又趨于緩慢；潛水埋深達(dá)到3.0～4.0m時(shí)，不同巖性的潛水蒸發(fā)量趨近于零，因此可以認(rèn)為是這種巖性的極限埋深。

圖2 4種土質(zhì)不同埋深的月潛水蒸發(fā)系數(shù)圖

有植被覆蓋的潛水蒸發(fā)在一定范圍內(nèi)隨著埋深的加大，潛水蒸發(fā)量逐漸減弱，不同的埋深，潛水蒸發(fā)能力不同。

圖3 潛水蒸發(fā)系數(shù)C與降雨量關(guān)系圖

3.3 降雨影響

潛水蒸發(fā)受降雨影響在地下水埋深小于1.0m范圍內(nèi)表現(xiàn)較為明顯。由圖3可看出，C值變化與降雨量變化大致呈相反特征，降水期間C值較小，這是由于降水期間，非飽和帶重力水下滲，很大程度上抑制了潛水蒸發(fā)，致使?jié)撍舭l(fā)量急劇減小，這個(gè)過程直至次降水過程過后仍持續(xù)一段時(shí)間。而在同一時(shí)間內(nèi)水面蒸發(fā)受降水影響減小過程在降水過后很快恢復(fù)。形成潛水蒸發(fā)減小至恢復(fù)的時(shí)間不僅滯后于而且長于水面蒸發(fā)減小至恢復(fù)的時(shí)間，這段時(shí)間內(nèi)，C值明顯偏低，形成與降雨量相反的變化特征。

圖4 不同土壤巖性在不同月份潛水蒸發(fā)系數(shù)對(duì)比圖

3.4 作物生長期影響

有作物時(shí)潛水蒸發(fā)的變化過程受作物生育過程的影響，一年中最大的潛水蒸發(fā)時(shí)期是作物開花到成熟期。此期間由于作物根系強(qiáng)烈的吸水作用，使得潛水蒸發(fā)能力大幅度提高，因此作物生長需水高峰期月潛水蒸發(fā)系數(shù)C值較高。此試驗(yàn)項(xiàng)目種植的作物為大豆，大豆的生育期為6月中旬播種，10月初收割，大豆開花成熟期為7—8月。大豆生長條件下不同土壤巖性的月平均潛水蒸發(fā)系數(shù)變化規(guī)律見圖4。7月份是大豆生長需水高峰期，由圖4可見，對(duì)于任何土壤巖性，7月份的潛水蒸發(fā)系數(shù)都是最大的，而生長初期和生長末期，潛水蒸發(fā)系數(shù)較小。

4 結(jié)語

在地下水淺埋地區(qū)，地下水通過毛管上升而補(bǔ)給包氣帶土壤水的作用十分明顯，對(duì)作物生長意義很大。種植作物可以增加地表覆蓋，降低水分蒸發(fā)量，減少地表徑流，改善土壤結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)入滲淋溶作用。有作物時(shí)的潛水蒸發(fā)與裸土?xí)r不同，土壤蒸發(fā)不再是主要的水分損失，主要的水分損失是作物蒸騰。在有作物生長條件下一方面由于地表覆蓋度增強(qiáng)及根系對(duì)土壤的穿透作用，改善了土壤物理性質(zhì)，減少了土壤水分蒸發(fā)量；而另一方面由于作物的蒸騰作用，大量消耗土壤水及地下潛水。

有作物的潛水蒸發(fā)受降水影響在地下水埋深小于1.0m范圍內(nèi)表現(xiàn)較為明顯，C值變化與降水量變化大致呈相反特征，降水期間C值較小。

有作物時(shí)的潛水蒸發(fā)主要是受作物生長影響，水面蒸發(fā)（大氣蒸發(fā)能力）是通過作物生長來影響潛水蒸發(fā)的，所以潛水蒸發(fā)與水面蒸發(fā)并無直接關(guān)系。有作物時(shí)的潛水蒸發(fā)與裸地時(shí)不同，土壤蒸發(fā)已不是主要的水分損失，主要的水分損失是作物蒸騰。因此，有作物時(shí)潛水蒸發(fā)的變化過程受作物生育過程的影響，一年中最大的潛水蒸發(fā)時(shí)期是作物開花到成熟期，此期間由于作物根系強(qiáng)烈的吸水作用，使得潛水蒸發(fā)能力大幅度提高，潛水蒸發(fā)的驅(qū)動(dòng)因素不再單純決定于地上的大氣條件，大氣蒸發(fā)能力已變成影響潛水補(bǔ)給的次要因素。

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