干旱区土壤吸附水的形成机理与补水效果研究

Soil water vapor adsorption is the adsorbing process of vapor molecules by solid soil particles in topsoil, which is an important non-rainfall water resource. Study and use of this water resource can mitigate water scarcity condition in arid areas. In the formation of water vapor adsorption, it keeps unknown that which is the dominant factor in determining water vapor adsorption, inversion gradient or humidity gradient. And, moisturizing effects and enhanced measures of water vapor adsorption need further study. This program will conduct growth chamber and field experiments with the method of combining weighing lysimeters and microclimate measurements, trying to find the formation and mechanism of water vapor adsorption, answer whether inversion gradient is the dominant factor in determining water vapor adsorption, evaluate the applicability of calculating water vapor adsorption using Bowen ratio method and the "three-temperature model + thermal imaging technology", estimate the moisturizing effects of water vapor adsorption, and explore the effective measures of aggrandizing water vapor adsorption, so as to ease the water-using tension strategically. The research is not only the frontier of hydrology and non-rainfall water cycle on land surface, but also has a positive practical significance in promoting the sustainable use of water resource in water scarcity areas.

土壤吸附水是指气态水分子在固态土壤粒子表面的吸附过程，是一种重要的非降水资源，对其研究与利用可缓解干旱区严重的缺水状况。在土壤吸附水的形成过程中，尚不清楚逆温梯度和湿度梯度哪一项是占主导的决定性气象因素，土壤吸附水的补水效果与强化措施也有待研究。本项目通过生长室控制条件实验和野外实地观测试验，运用称重式蒸渗仪和局地小气候要素观测相结合的方法，尝试解明土壤吸附水的形成过程和机理，回答逆温梯度是否土壤吸附水的决定性气象因子，评价波文比法和"三温模型＋热成像技术"测算大范围土壤吸附水的适用性，评估土壤吸附水的补水效果，探索增加土壤吸附水量的有效措施，以便开源性地、策略性地缓解干旱缺水区的用水紧张状况。该研究不仅是当前水文科学和地表非降水水分微循环的学科前沿，而且对促进缺水地区水资源的可持续利用具有积极的现实意义。

土壤吸附水是一种重要的非降水性水资源，是指气态水分子在固态土壤粒子表面的吸附过程，对其深入研究并高效利用可缓解干旱地区的缺水状况。本项目通过称重式蒸渗仪和局地小气候要素观测相结合的方法，对比研究了砾石覆盖处理、植物（马莲）、麦糠覆盖，裸土表面等处理的土壤吸附水量的差异，砾石覆盖土壤吸附水（或露水）量可达133g，是麦秸覆盖的12倍。砾石覆盖与无覆盖相比一天蒸发损失减少66g。双层覆盖“麦秸+砾石覆盖”（下层为麦秸，上层为砾石）时，一晚可吸附89g的水汽或露水，而砾石覆盖吸附了227g的水汽或露水，是双层覆盖的2.6倍。2018年根据砾石覆盖和裸土表面的土壤吸附水量对比发现，砾石覆盖较裸土表面处理低15.9%，主要是由于雨季降水天气多于往年，气候波动较小，如空气相对湿度的波动幅度，空气温度日变化减小，导致空气温度和表面温度差减小，不利于吸附水的发生，另外砾石覆盖所占面积较大，使得大量土壤孔隙被覆盖，削减了土壤吸附水量。根据夜间吸附量与白天蒸发量的区分可知，砾石覆盖相比裸土表面处理可减少累积蒸发损失32%，对于保护土壤水有着重要意义。试验地的空气温度与不同处理的表面温度的差和土壤吸附水有着较好地相关性。空气相对湿度的日变化越大吸附量越大，二者呈明显的正相关，气象条件的日变化波动幅度越大则越有利于吸附水的发生。土壤含水量与土壤吸附量呈现明显的正相关。印证了雨后临近几日内的吸附量为何偏高，主要是由于空气湿度日变化大和土壤含水量升高影响所致。另外，探明了气象因素波动大的条件有利于土壤吸附水发生和提高，为干旱区水资源的开源节流提供了一种思路，缓解水资源不足窘境，可进一步就如何推广和应用农田土壤改造材料增加吸附水减少蒸发损失做进一步研究。