辽宁中部平原区作物生育期对潜水蒸发影响的探讨

苏浩

（辽宁省水文水资源勘测局鞍山分局，辽宁 鞍山 114002）

地下水是水资源的重要组成部分，潜水蒸发是地下水向土壤水和大气水转化的主要形式之一，是四水转化中的重要一环，是地下水排泄的主要途径，是水量平衡的重要因素之一，是水资源评价和地区水利规划的基础资料。潜水蒸发指潜水向包气带输送水分，并通过土壤蒸发或（和）植物散发进入大气的过程，是地表蒸发和作物蒸腾所消耗的土壤水分中来自地下水的那部分水量，是自然界水循环的组成部分，因此探讨作物生育期对潜水蒸发的影响具有十分重要的意义和作用。

1 实验区概况

实验区域在辽宁省鞍山市台安县，位于辽宁省的中部，辽河下游三角洲的腹部，鞍山市的北端。台安县境内地势平坦，属辽河冲积平原，平均海拔6～7m，处在南温带亚湿润区内，属大陆性季风气候，雨热同季，四季分明，光照充足。年平均气温8.3℃，1月平均气温－11℃，最低气温－28.3℃；7月平均气温24.5℃，最高气温35.4℃。年平均降水量629.4mm，多集中在7—9月份，无霜期170d左右。

实验田间埋设26个地中渗透仪，地中渗透仪为直径60cm、厚5mm、深4.0m或4.5m、截面积3000cm2的铁试筒。26个试筒最深为4.5m，最浅为0.0m。其中12个试筒中装有辽中、浑蒲、灯塔、凌海、大洼及东港等6个地方取的原状土，另外14个试筒中装有台安本地水田原状土，气象场部分包括直径20cm的雨量器和虹吸式自计雨量计2套；固态存储雨量计一套；直径20cm的蒸发皿和E601蒸发器；百叶箱2套，1套内装自计温度计和湿度计，另一套内装干球、湿度温度表、湿度表；风向风速计；气压计；地温计等。

2 问题的提出

当前，在北方地区进行节水改造的规划中，对有无作物生长条件下的潜水蒸发、地下水补给量等方面存在模糊的认识。大多数灌区灌溉用水计算中，对地下水的利用量大多数采用经验值，甚至将裸地条件下所获得的潜水蒸发关系用于估算有作物生长时的潜水蒸发，所造成的误差是不容忽略的。

潜水蒸发是指在一定的地面大气气象条件下，地下水向包气带输送的水分。影响潜水蒸发强度的主要因素，除了大气条件外，还受地下水埋深、土质等影响，此外，还与种植的作物种类和作物的生育阶段有关，因为种植作物时，由于植物冠层的遮盖，土表的蒸发强度被减弱，但由于植物的存在，植物根系在土层中汲取水分，这使得有作物生长条件下的潜水蒸发与裸地潜水蒸发的物理过程有了质的变化。

在有作物生长的情况下，作物蒸腾即是作物表面的水分蒸发，水份的蒸腾损失为植物根系吸收水分提供最主要的动力，因而潜水蒸发也将随作物类型和作物生育阶段而异。

3 作物生育期对潜水蒸发的影响

3.1 土质影响

土质是影响潜水蒸发的主要因素之一，不同土质潜水蒸发量表现不同，不同土壤岩性潜水蒸发系数如图1所示。从图1中可以看出土质对作物生育期的潜水蒸发有一定影响，在需水高峰期的潜水蒸发系数是最大的；在埋深、气候和作物生长条件相同下，土壤颗粒越粗，潜水蒸发量越大。同一埋深条件下，砂土的潜水蒸发系数明显比粘土大，这是因为粘土的粘性比砂土的大，而土壤粘性越大，它的阻水能力就越强，从而抑制了潜水蒸发，同样亚砂土的潜水蒸发系数明显比亚粘土大。潜水蒸发不仅与土壤的颗粒大小有关，而且与土壤的结构有关，砂土是最适合于潜水蒸发的岩性。

图1 不同土壤岩性潜水蒸发系数对比图

3.2 埋深影响

图2为4种土壤岩性在不同埋深下的月潜水蒸发系数图。从图2可看出，潜水埋深在0.5～2.0m之间时，潜水蒸发随潜水埋深的增大而迅速减小；在潜水埋深大于2.0m时，潜水蒸发减小的速率又趋于缓慢；潜水埋深达到3.0～4.0m时，不同岩性的潜水蒸发量趋近于零，因此可以认为是这种岩性的极限埋深。

图2 4种土质不同埋深的月潜水蒸发系数图

有植被覆盖的潜水蒸发在一定范围内随着埋深的加大，潜水蒸发量逐渐减弱，不同的埋深，潜水蒸发能力不同。

图3 潜水蒸发系数C与降雨量关系图

3.3 降雨影响

潜水蒸发受降雨影响在地下水埋深小于1.0m范围内表现较为明显。由图3可看出，C值变化与降雨量变化大致呈相反特征，降水期间C值较小，这是由于降水期间，非饱和带重力水下渗，很大程度上抑制了潜水蒸发，致使潜水蒸发量急剧减小，这个过程直至次降水过程过后仍持续一段时间。而在同一时间内水面蒸发受降水影响减小过程在降水过后很快恢复。形成潜水蒸发减小至恢复的时间不仅滞后于而且长于水面蒸发减小至恢复的时间，这段时间内，C值明显偏低，形成与降雨量相反的变化特征。

图4 不同土壤岩性在不同月份潜水蒸发系数对比图

3.4 作物生长期影响

有作物时潜水蒸发的变化过程受作物生育过程的影响，一年中最大的潜水蒸发时期是作物开花到成熟期。此期间由于作物根系强烈的吸水作用，使得潜水蒸发能力大幅度提高，因此作物生长需水高峰期月潜水蒸发系数C值较高。此试验项目种植的作物为大豆，大豆的生育期为6月中旬播种，10月初收割，大豆开花成熟期为7—8月。大豆生长条件下不同土壤岩性的月平均潜水蒸发系数变化规律见图4。7月份是大豆生长需水高峰期，由图4可见，对于任何土壤岩性，7月份的潜水蒸发系数都是最大的，而生长初期和生长末期，潜水蒸发系数较小。

4 结语

在地下水浅埋地区，地下水通过毛管上升而补给包气带土壤水的作用十分明显，对作物生长意义很大。种植作物可以增加地表覆盖，降低水分蒸发量，减少地表径流，改善土壤结构，加强入渗淋溶作用。有作物时的潜水蒸发与裸土时不同，土壤蒸发不再是主要的水分损失，主要的水分损失是作物蒸腾。在有作物生长条件下一方面由于地表覆盖度增强及根系对土壤的穿透作用，改善了土壤物理性质，减少了土壤水分蒸发量；而另一方面由于作物的蒸腾作用，大量消耗土壤水及地下潜水。

有作物的潜水蒸发受降水影响在地下水埋深小于1.0m范围内表现较为明显，C值变化与降水量变化大致呈相反特征，降水期间C值较小。

有作物时的潜水蒸发主要是受作物生长影响，水面蒸发（大气蒸发能力）是通过作物生长来影响潜水蒸发的，所以潜水蒸发与水面蒸发并无直接关系。有作物时的潜水蒸发与裸地时不同，土壤蒸发已不是主要的水分损失，主要的水分损失是作物蒸腾。因此，有作物时潜水蒸发的变化过程受作物生育过程的影响，一年中最大的潜水蒸发时期是作物开花到成熟期，此期间由于作物根系强烈的吸水作用，使得潜水蒸发能力大幅度提高，潜水蒸发的驱动因素不再单纯决定于地上的大气条件，大气蒸发能力已变成影响潜水补给的次要因素。

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