松针覆盖层厚度和风速对水分蒸发量的影响机制

松针覆盖处理是中药材种植中常用的土壤保墒方式。为了模拟饱和土壤含水率条件下覆盖层厚度和风速对下垫面水分蒸发的影响,设计了一套风管模拟试验装置。试验设置3个松针覆盖层厚度水平(M0:0mm;M1:10mm;M2:20mm)和5个风速水平(W1:1m/s;W2:2m/s;W3:3m/s;W4:4m/s;W5:5m/s)。结果表明:(1)与未覆盖相比,松针覆盖的时段蒸发量显著减小,10mm厚度的松针覆盖层能够将时段蒸发量降低44.44%~51.00%,但当厚度增大至20mm时,对水分蒸发的抑制作用并未显著增加;(2)增加风速对下垫面的水分蒸发有一定的促进作用。无覆盖处理下,风速变化量达1m/s时会显著影响下垫面时段蒸发量,在覆盖处理下,风速变化量达到3m/s时才会显著影响下垫面的时段蒸发量。因此,松针覆盖处理减小了风速对水分蒸发量的影响。

松针覆盖土壤的水分动态及其HYDRUS模拟

为准确还原松针覆盖条件下的土壤水分动态变化规律,设置0.29、0.58、0.87g/cm^(2)共3个不同的松针覆盖水平(分别记为F_(1)、F_(2)、F_(3))和不覆盖松针处理(F_(0))进行一维土柱垂直入渗试验,以van Genuchten模型为基础,针对松针覆盖层的特性设置相应的水力特征参数,并使用HYDRUS-1D对土柱入渗和蒸发过程进行模拟。结果表明:与F_(0)相比,松针覆盖处理F_(1)、F_(2)、F_(3)的土壤蒸发量随松针覆盖层厚度增加而逐渐减少,松针覆盖处理能明显降低土壤蒸发量;松针覆盖土壤会优先蒸发松针覆盖层内部的水分,F_(3)在0~300 min时段内始终保持着3种覆盖处理中最高的时段蒸发量和累计蒸发量,且时段蒸发量呈现出随时间逐渐减小的趋势;4种处理的土壤含水量空间分布主要在5 cm以上的浅层土壤中表现出较大的区别,试验截止时,F_(1)、F_(2)、F_(3)在该深度下的地表土壤含水量较F_(0)提升比例分别为67.3%、94.9%、110.2%;7.5~17.5 cm深度下,F_(1)、F_(2)、F_(3)的土壤含水量相比F_(0)的均有提升,但相互之间差距不明显;4种处理在20cm以下的深层土壤含水量虽然较为接近,但湿润锋深度随覆盖量增长呈现逐渐增加的趋势;HYDRUS-1D模型的模拟值同实测值间的均方根误差低于0.025,相关系数高于0.6,拟合程度较好。