CN111820056A - 一种利用榆木粉减少土壤水分蒸发的方法 - Google Patents

一种利用榆木粉减少土壤水分蒸发的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种利用榆木粉减少土壤水分蒸发的方法。所述方法包括：将榆木粉混入表层土壤中，得到包含一定浓度榆木粉的土壤；再根据预设的含水率添加一定量的水，配置成待蒸发的非饱和土壤。通过本发明的方法，榆木粉按照0.01％～0.03％的榆木粉浓度计算得到的施撒量为9～27kg/亩，按照该施撒量向耕地土壤施加榆木粉，实现的节水效率为10.348％～12.108％。通过本发明的方法，将榆木粉作为土壤抗蒸发添加剂，实现了以低浓度添加剂达到高节水效率的目的，具有成本低、用量少的优点，并且本发明的方法还具有原材料广、无污染、提高土壤肥力和稳定性好等特点。

Description

一种利用榆木粉减少土壤水分蒸发的方法
技术领域
本发明涉及农业水利工程技术领域，特别是涉及一种利用榆木粉减少土壤水分蒸发的方法。
背景技术
土壤水分是土地与大气连接的纽带和中心环节，参与地表水循环、能量和动量交换等过程，它是生态系统和气候系统中不可缺少的关键参数。特别是在干旱半干旱地区，土壤水分是能够表征干旱区土壤状况的重要指标，其影响着植被的生长、分布格局和演变过程，也能反映和解释土壤风化程度。土壤水分蒸发是土壤水分平衡的一个重要环节，是土壤—大气界面发生的土壤水分扩散过程。蒸发过程是发生于多孔介质土壤内部及其与大气界面上的复杂过程，即包括水分在土壤中的运移以及在土壤表面的蒸发。土壤蒸发现象既是地面热量平衡的组成部分,又是水量平衡的组成部分，受到能量供给条件、水汽运移条件以及蒸发介质的供水能力等的影响。在干旱半干旱地区，土壤水分蒸发是农田水分损失的重要途径，特别是在广大的荒漠戈壁地区，土壤水分的剧烈蒸发成为制约农业种植的关键因素之一。因此，开展抑制土壤水分蒸发，减少土壤无效蒸发技术研究，对于合理开发水资源、调控田间水分状况具有十分重要的意义。
目前对于抑制土壤水分蒸发技术的研究，主要有物理覆盖法(如砂石覆盖、秸秆覆盖、地膜覆盖)、添加化学保水剂、添加生物炭等方法。
采用砂石覆盖，有研究表明只有达到5～10cm才具有明显的节水效果。其缺点也较为明显，首先，这对砂石的需求量较大，导致节水成本较高，当砾石粒径、施加量、不同粒径比例设置不合理时，甚至增大土壤累积蒸发量。其次，由于耕作环节的机械翻耕，表层的砂石会与土壤混合，表层砂石含量会降低节水效果。最后，经过多轮种植和对此砂石覆盖后，土壤砂石含量增高，势必导致土壤中有机质比例降低，导致土壤结构被破坏，对农业的可持续发展极为不利。
秸秆覆盖法可以增强土壤水分的下渗、降低土壤水分蒸发、分解后的秸秆可以提高土壤肥力，且具有降解的优点。然而由于新生作物秸秆会增加耕作阻力，某种程度上增加了单位机耕能耗。
土壤中添加生物炭可降低土壤容重和密度，增大土壤孔隙度，改变土壤团聚体分布特征，能够提高土壤持水量和导水率，提升作物抗旱能力。然而也有研究表明，并非所有土壤添加生物炭都有节水的效果，当生物炭添加量分别为0.05～0.1g·g－1时，砂壤土持水能力降低。因此采用添加生物炭法对耕作土质有严格要求，且施加量较高。
覆膜保墒技术在我国北方干旱区广泛应用，具有明显的节水、保温、增产、控盐等特点，同时也引发了残膜污染的问题。一方面残存在土壤中的地膜碎片会造成土壤通气性能的降低，透水性能的减弱，甚至破坏农田土壤空气的正常循环和交换，最终结果使土壤的肥力水平降低、土壤板结。另一方面塑料地膜在土壤中可残留百年之久，极难在自然条件下降解。多年农膜覆盖耕作使残膜累积，导致土壤入渗阻力增加，降低土壤密度、减少田间蓄水量，最终导致作物减产。
保水剂作为一种新型保水化学产品，用于农地、林业水土保持及园林绿化方面具有显著的保水、保肥性，具有较好的保水保土效益及经济利用价值。然而保水剂对土壤的影响也存在着一些问题，例如施加保水剂对土壤团聚体的作用机理是如何影响的，保水剂对土壤入渗性是如何影响的，且针对不同的地区施用保水剂的类型、施用方法和剂量等都未可知。
综上所述，对于抑制土壤水分蒸发的相关技术，一直存在高污染、高单位机耕能耗、添加剂用量高、不利于环保等问题。
发明内容
本发明提供一种利用榆木粉减少土壤水分蒸发的方法，以解决上述问题。
本发明提供了一种减少土壤水分蒸发的方法，所述方法包括：
步骤1，将榆木粉混入表层土壤中，得到包含榆木粉的土壤；
步骤2，对所述包含榆木粉的土壤进行预处理，配置成待蒸发的非饱和土壤。
优选地，在所述步骤1中，所述表层土壤的厚度为5cm～20cm；
所述表层土壤的容重为1g/cm3～2g/cm3；所述榆木粉占所述表层土壤的质量比为0.01％～0.8％。
优选地，所述表层土壤为耕地土壤的表层，所述减少土壤水分蒸发的方法还包括：
计算榆木粉的施加量；
按照计算的施加量，向耕地土壤施撒榆木粉，采用机耕方法将榆木粉与表层土壤进行混合；
其中，所述榆木粉的用量计算方法为：
榆木粉的用量＝表层土壤的表面积×表层土壤的厚度×表层土壤的容重×质量比。
优选地，在所述步骤2中，所述预处理为：根据预设的含水率，向所述包含榆木粉的土壤加入一定量的水，配置成待蒸发的非饱和土壤；
其中，所述非饱和土壤的初始含水率介于土壤滞留含水率和饱和含水率之间。
优选地，所述榆木粉的原材料为榆树皮的纤维层。
优选地，所述榆木粉包含胶体，所述胶体具有保水性和吸湿性，并将牛顿液态水转化成非牛顿液态水。
优选地，所述榆木粉还包含植物纤维，所述植物纤维与所述非牛顿液态水结合，形成减少水分蒸发的薄膜。
优选地，所述榆木粉还包含多糖；所述多糖释放能量，促进植物根系呼吸。
优选地，所述多糖被分解为水分子和有机质；
所述水分子为土壤和农作物提供水分，所述有机质作为农作物生长所需的营养原料。
本发明实施例所提供的一种利用榆木粉减少土壤水分蒸发的方法，所述方法包括：将榆木粉混入表层土壤中，得到包含一定浓度榆木粉的土壤；再根据预设的含水率添加一定量的水，配置成待蒸发的非饱和土壤。通过本发明的方法，榆木粉按照0.01％～0.03％的榆木粉浓度计算得到的施撒量为9～27kg/亩，按照该施撒量向耕地土壤施加榆木粉，实现的节水效率为10.348％～12.108％。通过本发明的方法，将榆木粉作为土壤抗蒸发添加剂，实现了以低浓度添加剂达到高节水效率的目的，具有成本低、用量少的优点，并且本发明的方法还具有原材料广、无污染、提高土壤肥力和稳定性好等特点。
并且，本发明实施例所提供的利用榆木粉减少土壤水分蒸发的方法，体现出低浓度榆木粉具有明显的节水效果，并且，无论是高浓度还是低浓度，榆木粉的节水效率均优于抗旱宝的节水效率，低浓度和高浓度榆木粉均具有明显的节水效果，两者节水效果相差较小。无论是高浓度还是低浓度，榆木粉的节水效率均优于抗旱宝的节水效率，以榆木粉作为土壤抗蒸发添加剂时，整体上低浓度榆木粉的节水效果优于高浓度榆木粉的节水效果，从用量少和低成本考虑，浓度应控制在C＝0.01％～C＝0.03％区间，C＝0.02％时节水效果最好，节水效率可达到12.108％。
附图说明
图1示出了本发明的一种利用榆木粉减少土壤水分蒸发的方法实施例的流程图；
图2(a)示出了本发明实施例1中在浓度为0.2％添加剂条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图2(b)示出了本发明实施例1中在浓度为0.4％添加剂条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图2(c)示出了本发明实施例1中在浓度为0.6％添加剂条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图2(d)示出了本发明实施例1中在浓度为0.8％添加剂条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图3(a)示出了本发明实施例2中在浓度为0.01％添加剂条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图3(b)示出了本发明实施例2中在浓度为0.02％添加剂条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图3(c)示出了本发明实施例2中在浓度为0.03％添加剂条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图3(d)示出了本发明实施例2中在浓度为0.04％添加剂条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化示意图；
图4(a)示出了本发明实施例1中在各浓度添加剂条件下节水效率示意图；
图4(b)示出了本发明实施例2中在各浓度添加剂条件下节水效率示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
本发明实施例提供了一种减少土壤水分蒸发的方法，如图1所示，所述方法包括：
步骤1(S101)，将榆木粉混入表层土壤中，得到包含榆木粉的土壤；
具体实施时，可分为两种应用场景。第一种为：试验场景，按照本发明所述的表5和表6中所述的浓度梯度，将若干量的榆木粉与风干土壤均匀混合，得到不同浓度梯度的试验土壤。
第二种为：农业生产节水场景，在播种前，按照本发明所述表5和表6所述最佳节水效率对应的浓度，向耕作土壤表层施撒9～27公斤的榆木粉(即表层10cm土壤中榆木粉的含量为0.01％～0.03％)。
步骤2(S102)，对所述包含榆木粉的土壤进行预处理，配置成待蒸发的非饱和土壤。
具体实施时，可分为两种应用场景，分别对应于上述步骤1中的第一种和第二种。对应第一种的应用场景，其操作过程为：然后将若干量的自来水加入上述添加了抗旱试剂(榆木粉)的风干土壤，配置成一定含水率的待蒸发试验土壤。对应第二种的应用场景，其操作过程为：对施撒榆木粉的耕地土壤进行机耕，经过机耕之后，然后对施撒了抗旱试剂(榆木粉)后的土壤进行灌溉，对于降雨量丰富的地区则无需或者少量灌溉。
本发明实施例中，优选地，在所述步骤S101中，所述表层土壤的厚度为5cm～20cm；所述表层土壤的容重为1g/cm3～2g/cm3；所述榆木粉占所述表层土壤的质量比为0.1g/kg～8g/kg；其中，质量比为0.1g/kg～8g/kg所对应的应用场景为上述第一种应用场景；当应用场景为上述第二种农业生产场景时，最优的质量比范围为0.1g/kg～0.3g/kg，通过试验可知，在该浓度范围下才具有较高的节水效率，并且在农业生产中，榆木粉的施加量按照表层10厘米计算。
本发明实施例中，优选地，另一方面，当应用场景为农业节水，所述表层土壤位于耕地土壤的表层，所述减少土壤水分蒸发的方法还包括：
步骤1(S201)，计算施加量：根据本发明所述的最佳节水效率对应的浓度计算施加量；
其中，所述榆木粉的用量计算方法为：
榆木粉的用量＝表层土壤表面积×表层土壤的厚度×表层土壤的容重×质量比；具体实施时，在农业生产中，榆木粉的施加量按照表层10厘米计算，例如，耕地土壤容重为1.35×103t/m3,给表层10cm土壤施撒0.02％的榆木粉，每公顷仅需榆木粉的用量为：104m2×0.1m×1.35×103t/m3×0.02％＝0.27t。
步骤2(S202)，机耕混合：在播种期按照步骤1计算的添加量向耕地施撒榆木粉，然后采用机耕对榆木粉与表层土壤进行混合，机耕的作用一方面使榆木粉与土壤充分混合，另一方面是方便撒种，最后还有疏松土壤，增加土壤孔隙率提高土壤蓄水能力的作用；
步骤3(S203)，播种后灌水(针对北方地区)，或者不灌水/少量灌水(针对南方地区)。
本发明实施例中，优选地，在所述步骤S102中，所述预处理为：根据预设的含水率，向所述包含榆木粉的土壤加入一定量的水，配置成待蒸发的非饱和土壤；其中，所述非饱和土壤的初始含水率介于土壤滞留含水率和饱和含水率之间，即大于滞留含水率，并小于饱和含水率；
具体实施时，初始含水率的取值区间可为0.06～0.5，也可根据土壤的不同进行不同的取值，取值的依据为：大于所述滞留含水率，且小于所述饱和含水率；其中，所述滞留含水率也称为凋萎系数，也就是植物产生永久凋菱时土壤的含水量，即植物可利用的土壤水量(有效水)的下限；所述饱和含水率也称为饱和含水量(全持水量)，也就是土壤所有孔隙全部充满水分时的土壤含水量。
本发明实施例中，优选地，所述榆木粉的原材料为榆树皮的纤维层。
具体实施时，由于本实例中的榆木粉可来自于榆树皮的纤维层，因此，本申请中的榆木粉也被称为榆木皮粉。其中，所述纤维层为去掉榆树皮表皮的角质硬皮后剩下的白色纤维层，并且由近根部的榆树皮纤维层制得的榆木粉，其节水率较优。
本发明实施例中，优选地，所述榆木粉包含胶体，所述胶体具有保水性和吸湿性，并将牛顿液态水转化成非牛顿液态水。
其中，加入的所述水为牛顿液态水，牛顿液态水与榆木粉结合后，行成非牛顿液态水，非牛顿液态水的蒸发阻力大于牛顿液态水的蒸发阻力，可以有效减少土壤中水分的蒸发。并且，形成的非牛顿液态水中的水分子也能被植物根系分别吸收，非牛顿液态水中的榆木粉在分解后也会被植物根系吸收。
本发明实施例中，优选地，所述榆木粉还包含植物纤维，所述植物纤维与所述非牛顿液态水结合，形成减少水分蒸发的薄膜。
本发明实施例中，优选地，所述榆木粉还包含多糖；所述多糖释放能量，促进植物根系呼吸。
本发明实施例中，优选地，所述多糖被土壤微生物分解为水分子和有机质；
所述水分子为土壤和农作物提供水分，所述有机质作为农作物生长所需的营养原料。
本发明实施例提供的方法具有以下优点：
(1)用料广：榆树广泛分布于我国东北、华北、西北及西南各省区，朝鲜、前苏联、蒙古等国家和地区，分布相对较广。其被制作为家居过程中产生的榆树皮常被当做废渣弃用，如能加以利用，则可变废为宝。
(2)用量少：采用5～10cm厚度砂石覆盖减少土壤蒸发，假设砂石容重为2.5×103t/m3，覆盖厚度为10cm，则每公顷需104m2×0.1m×2.5×103t/m3＝2500×103t砂石。而如果采用榆木粉，假设耕地土壤容重为1.35×103t/m3，给表层10cm土壤施撒0.02％的榆木粉，每公顷仅需104m2×0.1m×1.35×103t/m3×0.02％＝0.27t，便可达到大约11.5％的节水效率。
(3)无污染：榆木粉的各个组分属于有机物，可被土壤微生物分解，分解后的物质为碳水化合物，对土壤不产生污染。并且分解后的水分一方面能够少量补充土壤水分，而被土壤微生物分解后的有机质也可作为农作物生长所需的营养原料供作物生长。
(4)提高土壤肥力：首先，被土壤微生物分解后的有机质除了为农作物生长提供营养原料；第二，有机质能够改善土壤结构，防止土壤板结；第三，由于有机质具有增强土壤团聚体的功能，因而也能增强土壤保水性和通气性；第四其分解腐烂后也伴随着能量的释放，能够促进作物根系呼吸。综合榆木对土壤水肥气热的影响，因此，分解后的榆木具有提高土壤肥力的功能。
(5)稳定性好：由于榆木粉中包含多糖和植物纤维，与水形成的非牛顿液体具有良好的增稠性及稳定性。
(6)保水性好：榆树胶体具有较好的保水性和吸湿性，能够像海绵一样将液态水通过胶体转化为近似果冻一样的非牛顿液体。当随着植物蒸腾和土壤蒸发，这些水会被逐渐释放出来，为作物生长提供水分。
为使本领域技术人员更好地理解本发明，以下通过多个具体的实施例来说明本发明的利用榆木粉减少土壤水分蒸发的方法。
在本发明的应用实例中，土壤处理分为两种情况，分别为高浓度添加剂蒸发试验(实施例1)和低浓度添加剂蒸发试验(实施例2)。其中本实施例中的高浓度或低浓度指的是榆木粉占试验土壤的质量比。
实施例1(高浓度添加剂蒸发试验)
1)试验材料和仪器
本发明实例中，试验土壤为江西省南昌市典型红壤土，实验材料以及试验仪器规格/型号见表1所示，试验土壤颗粒理化性质见表2所示。
表1试验材料和仪器
Figure BDA0002479354040000091
表2试验土壤颗粒理化性质
Figure BDA0002479354040000092
2)试验方案
本发明的灵感来源于我国戏曲贴片子技术，旦角演员为了将发髻固定在头部和脸部，常常将去掉外皮(即角质硬皮)后的榆树皮内部纤维用开水浸泡，榆树纤维经开水浸泡后会产生一种凝胶，这种胶具有吸湿、保水稳定性好的特点。因此，本发明尝试采用榆树皮作为土壤抗蒸发添加剂。
在本发明的应用实例中，添加剂分别为抗旱宝和榆木粉，试验分为9组：①土壤中未添加任何试剂的空白对照实验；②抗旱宝作为添加剂，浓度设为4个梯度，分别为C＝0.2％、C＝0.4％、C＝0.6％、C＝0.8％。③榆木粉作为添加剂，浓度设为4个梯度，分别为C＝0.2％、C＝0.4％、C＝0.6％、C＝0.8％。
试验土壤容重设置为1.35g/cm3，土壤装填高度为15cm，每一个蒸发皿装填14.313kg的风干试验土壤，两种添加剂分别按照上述浓度梯度与试验土壤充分混合后装入直径为15cm的蒸发皿。然后对每个蒸发面添加5kg的自来水，配置成含水率为0.35的待蒸发试验土壤。
本应用实例中，研究区位于江西省南昌工程学院，试验起止时间为2019年10月9日08:00～2019年10月15日20:00，试验期间气象指标见表3所示：
表3：2019年10月9日08:00～2019年10月15日20:00气象数据
Figure BDA0002479354040000101
备注：“*”表示“微量”，“0”表示无降水。
其中，待蒸发试验土壤可以理解为非饱和土壤，所选用的抗旱宝为现有技术中的抗旱宝。
3)节水效率计算：
记不添加植物粉条件下的土壤水分累积蒸发量为P0(对照试验)，添加植物粉后的土壤水分累积蒸发量为Pc，节水效率为η，其计算公式如下：
Figure BDA0002479354040000111
式中，η≥0表征节水，η＜0表征不节水。本发明中各组试验的蒸发量，是通过对待蒸发试验土壤进行称重得到的，待蒸发试验土壤的重量变化值即等于水分的蒸发量。
4)应用实例结果：
图2(a,b,c,d)示出了本发明实施例中在高浓度条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化。图4(a)示出了本发明实施例中在高浓度条件下节水效率示意图。
在本应用实例中，高浓度条件土壤水分累积蒸发量随时间变化见图2(a,b,c,d)所示，根据公式(1)计算所得低浓度条件下节水效率如表5和图4(a)所示。
表5两种添加剂高浓度条件下节水效率/％
Figure BDA0002479354040000112
由图2(a,b,c,d)可知，四个浓度下，无论是抗旱宝还是榆木粉土壤，在大约0～72h时间段土壤水分累积蒸发量快速增长，累积蒸发量斜率较大，之后呈现缓慢的增长趋势。0～72h时间段土壤水分累积蒸发量之所以蒸发较快，这是由于在最初的10月9日至10月11日三天的平均大气温度和太阳总辐射量相对较高所致。
由图2(a,b,d)可知，当添加剂浓度分别为C＝0.2％、C＝0.4％和C＝0.8％时，累积蒸发量大小依次为：抗旱宝>对照组>榆木粉，这说明抗旱宝在浓度为C＝0.2％、C＝0.4％和C＝0.8％时不具有节水的效果。由图2(c)可知，当添加剂浓度为C＝0.6％时，整体上累积蒸发量大小依次为：对照组>抗旱宝>榆木粉，该浓度下添加抗旱宝的土壤与对照组曲线较为接近，节水效果不明显，可以说土壤添加高浓度抗旱宝条件下，对于南方红壤土不具有节水的效果。
由表5和图4(a)可知，对于添加抗旱宝的土壤，除了抗旱宝浓度C＝0.6％的节水效率为正，节水效率仅为0.816％，可以忽略不计。其它三个浓度条件下的节水效率均为负值，抗旱宝浓度为C＝0.2％,C＝0.4％和C＝0.8％时节水效率η分别为-2.008％、-4.705％和-4.266％。对于添加榆木粉的土壤，四个浓度下的节水效率均为正，节水效率大小依次为:η＝10.479％(C＝0.8％)>η＝10.299％(C＝0.2％)>η＝10.210％(C＝0.6％)>η＝10.120％(C＝0.4％)。这说明对于南方红壤土，土壤添加榆木粉具有较好的节水效果，且4个浓度条件下的节水效果较为接近。对比两种添加剂，高浓度条件下抗旱宝对于南方红壤土不具有节水功能，而添加榆木粉节水效率较好。
实施例2(低浓度添加剂蒸发试验)
1)试验材料和仪器
本发明的该实例中，试验土壤为江西省南昌市典型红壤土，实验材料以及试验仪器规格/型号见上述表1所示，试验土壤颗粒理化性质见上述表2所示。
2)试验方案
本发明的灵感来源于我国戏曲贴片子技术，旦角演员为了将发髻固定在头部和脸部，常常将去掉外皮(即角质硬皮)后的榆树皮内部纤维用开水浸泡，榆树纤维经开水浸泡后会产生一种凝胶，这种胶具有吸湿、保水稳定性好的特点。因此，本发明尝试采用榆树皮作为土壤抗蒸发添加剂。
在本发明实例中，添加剂分别为抗旱宝和榆木粉，试验分为9组：①土壤中未添加任何试剂的空白对照实验；②抗旱宝作为添加剂，浓度设为4个梯度，分别为C＝0.01％、C＝0.02％、C＝0.03％、C＝0.04％。③榆木粉作为添加剂，浓度设为4个梯度，分别为C＝0.01％、C＝0.02％、C＝0.03％、C＝0.04％。其中，浓度C＝0.01％代表：质量比为0.1g/kg，浓度C＝0.02％代表：质量比为0.2g/kg，浓度C＝0.03％代表：质量比为0.3g/kg，浓度C＝0.04％代表：质量比为0.4g/kg。
试验土壤容重设置为1.35g/cm3，土壤装填高度为15cm，每一个蒸发皿装填14.313kg的风干试验土壤，两种添加剂分别按照上述浓度梯度与试验土壤充分混合后装入直径为15cm的蒸发皿。然后对每个蒸发面添加5kg的自来水，配置成含水率为0.35的待蒸发试验土壤。
本应用实例中，研究区位于江西省南昌工程学院，试验起止时间为2019年11月2日08:00～2019年11月17日20:00，试验期间气象指标见表4所示：
表4：2019年11月2日08:00～2019年11月17日20:00气象数据
Figure BDA0002479354040000131
Figure BDA0002479354040000141
备注：“*”表示“微量”，“0”表示无降水。
其中，待蒸发试验土壤可以理解为非饱和土壤，所选用的抗旱宝为现有技术中的抗旱宝。
3)节水效率计算：
记不添加植物粉条件下的土壤水分累积蒸发量为P0(对照试验)，添加植物粉后的土壤水分累积蒸发量为Pc，节水效率为η，其计算公式如下：
Figure BDA0002479354040000142
式中，η≥0表征节水，η＜0表征不节水。节水率计算公式与实施例1中的节水率计算公式相同。
4)应用实例结果：
图3(a,b,c,d)示出了本发明实施例中在低浓度条件下土壤水分累积蒸发量随时间变化。图4(b)示出了本发明实施例中在低浓度条件下节水效率示意图。
在本应用的实例中，低浓度条件土壤水分累积蒸发量随时间变化见图3(a,b,c,d)所示，根据公式(1)计算所得低浓度条件下节水效率如表6和图4(b)所示。
表6两种添加剂低浓度条件下节水效率/％
Figure BDA0002479354040000143
由图3(a,b,c,d)可知，四个浓度下，无论是抗旱宝还是榆木粉土壤，在大约0～92h时间段，土壤水分累积蒸发量斜率较大，之后呈现缓慢的增长趋势。0～92h时间段土壤水分累积蒸发量之所以蒸发较快，这是由于在最初的11月2日至11月5日四天的平均大气温度较高(≈20.7℃)，日太阳总辐射量相对较高(≈15MJ/m2)所致。
由图3(a,b,c,d)可知，四个浓度条件下的累积蒸发量大小均表现出：对照组>抗旱宝>榆木粉。这说明低浓度条件下(C＝0.01％～0.04％)两种添加剂均具有节水的效果，且榆木粉节水效果较为显著。
由表6和图4(b)可知，对于添加抗旱宝的土壤，4种低浓度条件下的节水效率均为正，节水效率大小依次为:η＝6.269％(C＝0.01％)>η＝5.839％(C＝0.03％)>η＝4.465％(C＝0.02％)>η＝4.122％(C＝0.04％)。对于添加榆木粉的土壤，四个浓度下的节水效率也均为正，节水效率大小依次为:η＝12.108％(C＝0.02％)>η＝11.851％(C＝0.03％)>η＝10.348％(C＝0.01％)>η＝7.815％(C＝0.04％)。对比两种添加剂，低浓度条件下，榆木粉节水效率优于抗旱宝节水效率。
综上实施例1和实施例2可知，无论是高浓度还是低浓度，榆木粉的节水效率均优于抗旱宝的节水效率，以榆木粉作为土壤抗蒸发添加剂时，整体上低浓度榆木粉的节水效果优于高浓度榆木粉的节水效果，从用量少和低成本考虑，浓度应控制在C＝0.01％～C＝0.03％区间，C＝0.02％时节水效果最好，节水效率可达到12.108％。
本发明的核心为：1、按照不同浓度梯度称量若干克榆木粉，然后混合，混合均匀后，再根据设定的含水率添加一定量的自来水，配置成待蒸发的非饱和土壤，其中抗旱试剂的浓度取值为本发明的核心；2、采用具有凝胶作用的可降解的榆木粉，与耕地土壤中的水分子结合，形成降低土壤水分蒸发的保护膜，以达到节约水资源的目的，并且本发明中提供的生物粉可以实现少量高效(用量少且节水效率高)的效果，因此本发明提供的方法可以广泛地应用到农业耕种中，具有较好的节水效果。
本发明的原理为：当添加榆木粉后，土壤中的水分子与榆木粉颗粒发生反应，将原本的牛顿液态水转化为非牛顿液态水，由于这种非牛顿液态水的粘度较牛顿液态水的粘度大，其在蒸发作用下从土壤中逃逸出来的阻力也相对较大，因而相同蒸发条件下添加了榆木粉的土壤蒸发量也较小，从而达到减少水分蒸发的目的。
对于方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和部件并不一定是本发明所必须的。
以上对本发明所提供的一种利用榆木粉减少土壤水分蒸发的方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种利用榆木粉减少土壤水分蒸发的方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1，将榆木粉混入表层土壤中，得到包含榆木粉的土壤；
步骤2，对所述包含榆木粉的土壤进行预处理，配置成待蒸发的非饱和土壤。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述表层土壤的厚度为5cm～20cm；
所述表层土壤的容重为1g/cm3～2g/cm3；所述榆木粉占所述表层土壤的质量比0.01％～0.8％。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述表层土壤为耕地土壤的表层，所述减少土壤水分蒸发的方法还包括：
计算榆木粉的施加量；
按照计算的施加量，向耕地土壤施撒榆木粉，采用机耕方法将榆木粉与表层土壤进行混合；
其中，所述榆木粉的用量计算方法为：
榆木粉的用量＝表层土壤的表面积×表层土壤的厚度×表层土壤的容重×质量比。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤2中，所述预处理为：根据预设的含水率，向所述包含榆木粉的土壤加入一定量的水，配置成待蒸发的非饱和土壤；
其中，所述非饱和土壤的初始含水率介于土壤滞留含水率和饱和含水率之间。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述榆木粉的原材料为榆树皮的纤维层。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述榆木粉包含胶体，所述胶体具有保水性和吸湿性，并将牛顿液态水转化成非牛顿液液态水。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述榆木粉还包含植物纤维，所述植物纤维与所述非牛顿液态水结合，形成减少水分蒸发的薄膜。
8.根据权利要求1所述的方法，所述榆木粉还包含多糖；所述多糖被分解为水分子和有机质；
所述水分子为土壤和农作物提供水分，所述有机质作为农作物生长所需的营养原料。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103797953A (zh) * 2014-01-11 2014-05-21 内蒙古自治区水利科学研究院 小麦、向日葵保水剂(干颗粒sap)浅沟施用方法
CN105567241A (zh) * 2010-08-20 2016-05-11 索尔维投资有限公司 用于促进种子发芽、抑制蒸发的土壤添加剂及其使用方法
CN107124931A (zh) * 2017-05-22 2017-09-05 内蒙古百合生态科技有限公司 一种荒漠盐碱地园林绿化中保水抗旱的方法
CN108585632A (zh) * 2018-06-09 2018-09-28 西北师范大学 一种土基抗皲裂保水复合材料及其制备方法
CN110591722A (zh) * 2019-09-19 2019-12-20 西北师范大学 一种具有防止土壤表皮收缩减少水分蒸发功能的高吸水性复合树脂的制备方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105567241A (zh) * 2010-08-20 2016-05-11 索尔维投资有限公司 用于促进种子发芽、抑制蒸发的土壤添加剂及其使用方法
CN103797953A (zh) * 2014-01-11 2014-05-21 内蒙古自治区水利科学研究院 小麦、向日葵保水剂(干颗粒sap)浅沟施用方法
CN107124931A (zh) * 2017-05-22 2017-09-05 内蒙古百合生态科技有限公司 一种荒漠盐碱地园林绿化中保水抗旱的方法
CN108585632A (zh) * 2018-06-09 2018-09-28 西北师范大学 一种土基抗皲裂保水复合材料及其制备方法
CN110591722A (zh) * 2019-09-19 2019-12-20 西北师范大学 一种具有防止土壤表皮收缩减少水分蒸发功能的高吸水性复合树脂的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
杜怡斌: "《河北野生资源植物志》", 31 December 2000, 保定：河北大学出版社 *

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