第３３卷第７期 人民黄河 Ｖｏ１．３３．Ｎｏ．７ ２０１１年７月 灌 溉 利 ＹＥＬＬＯＷ ＲＩＶＥＲ Ｊｕ１．，２０１１ ．．－Ｐ ． 才 测 尔 ． 心 、 沙地甸子地土壤蒸发的野外试验研究 王海玲 ，刘廷玺 ，郑 明。 （１．内蒙古自治区水文总局，内蒙古呼和浩特０１００１８；２．内蒙古农业大学，内蒙古呼和浩特０１００１８； ３．内蒙古水利水电勘察设计院，内蒙古呼和浩特０１００１８） 摘要：采用单因子相关分析、多元回归模拟和灰色关联分析方法研究了科尔沁沙地甸子地不同深度的土壤蒸发量与土 壤温度、气温、湿度、风速、日照时数、地下水位埋深等因素的关系。结果表明：用线性方程或指数回归方程拟合土壤蒸发 与其影响因素的相关关系，优于二次回归多项式或三次回归多项式。影响土壤蒸发的主要因子是土壤温度和大气温 （湿）度，其次是风速和地下水位埋深，而日照时数对土壤蒸发的影响较小。 关键词：土壤蒸发；气象因子；灰色关联分析；科尔沁沙地 中图分类号：Ｓ１５１．９ 文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００—１３７９．２０１１．０７．０４０ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｓｏｉｌ Ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｄａｔａ Ｍｅａｓｕｒｅｄ ｉｎ Ｈｏｒｑｉｎ Ｓａｎｄｙｌａｎｄ ＷＡＮＧ Ｈａｉ．１ｉｎｇ ，ＬＩＵ Ｔｉｎｇ．ｘｉ ，ＺＨＥＮＧ Ｍｉｎｇ （１．Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ｈｙｄｒｏｌｏｇｙ Ｂｕｍａｕ，Ｈｏｈｈｏｔ ０１００１０，Ｃｈｉｎａ；２．Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｏｈｈｏｔ ０１００１８，Ｃｈｉｎａ； ３．Ｉｎｎｅｒ Ｍｏｎｇｏｌｉａ Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ Ｒｅｇｉｏｎ Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｕｒｖｅｙ Ａｎｄ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｏｈｈｏｔ，０１００１０，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｙｅｄ ｔｈｅ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｏｉｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄｅｐｔｈｓ ａｎｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｆａｃｔｏｒｓ ｏｆ ａｉｒ，ｓｕｃｈ ａｓ ｓｏｌａｒ ｒａｄｉａｔｉｏｎ，ｓｏｉｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ，ｓｕｎｓｈｉｎｉｎｇ ｈｏｕｒｓ，ｅｔｃ，ｄｕｒｉｎｇ ｔｈｅ ｃｏｕｒｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｏｉｌ ｂｙ ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄｓ ｏｆ ｓｉｎ￣ｅ ｆａｃｔｏｒ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｇｒｅｙ ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｈｅ ａｎａｌｙｔｉｃ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｆａｃｔｏｒ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｔｅ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ａｌｅ ｃｏｎｇｒｕｏｕｓ，ｍｅａｎｗｈｉｌｅ，ｔｈｅ ｆｉｔｔｉｎｇ ｒｅｓｕｌｔｓ ｕｓｉｎｇ ｌｉｎｅａｒ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｅｘｐｏｎｅｎｔｉｌａ ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ｅｑｕａｔｉｏｎｓ ａｌｅ ｍｏｒｅ ｂｅｔｔｅｒ ｔｈａｎ ｕｓｉｎｇ ｑｕａｄｒａｔｉｃ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ ａｎｄ ｃｕｂｉｃ ｐｏｌｙｎｏｍｉａ１．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｆａｃｔｏｒｓ ｗｈｉｃｈ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｓｏｉｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ ａｒｅ ｓｏｉｌ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ａｎｄ ａｉｒ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｓｕｂｏｒｄｉｎａｔｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｒｅ ｗｉｎｄ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｈｏｕｒｓ ｏｆ ｓｕｎｌＪ Ｉｇｈｔ ａｎｄ ｒｅｌａｔｉｖｅ ｈｕｍｉｄｉｔｙ ａｌｅ ｖｅｒｙ ｓｍａｌ１． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｓｏｉｌ ｅｖａｐｏｒａｔｉｏｎ；ｃｌｉｍａｔｅ ｆａｃｔｏｒ；ｇｒｅｙ ｒｅｌａｔｉｏｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ；Ｈｏｒｑｉｎ ｓａｎｄｙｌａｎｄ 土壤蒸发是“四水”（大气水、地表水、土壤水、地下水）转 以及土壤蒸发估算方法有许多研究，但是对牧区天然牧草覆盖 化的重要形式之一，是生态环境建设、水资源规划的重要参数。 条件下，影响土壤蒸发的各因子还缺乏定量分析。 各国学者对土壤蒸发的研究已有２００多ａ历史，至今已取得了 笔者研究了干旱区沙漠腹地天然牧草覆盖条件下土壤蒸 一系列的成果。Ｐｅｎｍａｎ和Ｌｏｎｇ…通过模拟ＳＰＡＣ（Ｓｏｉｌ—Ｐｌａｎｔ 发与各气象因子之间的关系，旨在从土壤蒸发的角度探索科尔 —Ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ—Ｃｏｎｔｉｎｕｕｍ）系统中能量和物质交换过程计算植 沁沙地甸子地土壤蒸发的影响因素，利用多种方法将试验所测 物蒸腾、土壤蒸发，并对植物含水量变化和降水、截留等因素的 的土壤蒸发与土壤温度、水面蒸发、大气温湿度等数据进行模 关系进行了研究。莫兴国对地下水位埋深与土壤蒸散量的关 拟研究，以揭示该地区的土壤蒸发规律，从而为天然牧草的管 系进行了研究 Ｊ。人们还在陆面、农田、森林等方面进行了蒸 理提供参考。 发测定和估算研究，如王积强 、梁珍海等 用土壤蒸发器测 定土壤蒸发；孙宏勇和刘昌明 利用不同微型蒸发器（Ｍｉｃｒｏ １试验情况 —ｌｙｓｉｍｅｔｅｒｓ，ＭＬＳ）测定了土壤蒸发量和ＭＬＳ内外土壤含水量 的变化。在对土壤蒸发的影响方面研究也较多，李金拄 阐明 １．１试验点概况 了土壤蒸发的物理过程及变化规律，并分析了土壤蒸发影响因 试验点位于东经１２２。３７ 、北纬４３。２Ｏ ，属内蒙古科尔沁左 素：气象条件、土壤含水量、地下水埋深、下垫面特性等；王会 肖 利用ＭＬＳ测定了土壤蒸发量，并用实测土壤蒸发、土壤温 收稿日期：２０１０—０９－２３ 度、土壤湿度与模拟值进行比较检验了ＳＷＥＡＴ模型；王政友 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０５６９００１）；“十五”内蒙古科技攻关项 目（２００２０７０６）。 利用山西省水文水资源勘测局太谷均衡试验站数据阐述了土 作者简介：王海玲（１９７８一），女（蒙古族），内蒙古赤峰人，工程师，硕士，研究方 壤蒸发的物理机制和蒸发实质，分析了影响土壤蒸发的内在因 向为水文水资源。 素、外在因素及其相互关系。虽然国内外学者对土壤蒸发测定 Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｄｏｎｇｊｉｅ７８＠１６３．ｃｏｍ ・１０３・ 人民黄河２０１１年第７期 翼后旗阿古拉镇，地面高程为３４０～３６０ ｍ。该区属大陆性半干 旱气候区，年均气温为６．４ ｑＣ，无霜期为１５１ ｄ，年均降水量为 ４３５．４ ｍｍ，年均蒸发能力为１ ６３５．８ ｍｍ，年均风速为 ３．５ ｍ／ｓ，大风日数２０—６０ ｄ。地势相对平缓，土壤类型主要为 沙质栗钙土和风沙土。 在试验点上，以经度１８ 、纬度１２ 的经纬度间隔布置网 格，其中在草甸子地上把２０ ｍ×２０ ｍ的样方作为重点试验点 此可换算为土壤蒸发量。 （２）土壤温度。用曲管地温计分别测定１０、２０ ｃｍ处的土 壤温度。 （３）日照时数。采用日照仪测量。 （４）气温、湿度。利用普通干湿计观测１．５ ｍ高度的气温、 湿度。 （５）风速。利用风速仪测定。 （ｃ３点），此试验点没有灌溉，只有降水补给。试验点观测项 目包括气象要素类、地下水位、土壤类，气象要素类包括试验 点附近降雨、蒸发、风速、日照时数、大气温湿度等，土壤类包 ２甸子地土壤蒸发量与影响因子的关系 ２．１ 土壤蒸发量与单一影响因子分析 采用线性回归、指数回归、二次多项式回归和三次多项式 回归４种曲线方程，拟合３种不同深度土壤蒸发量与风速、相 对湿度、日照时数、地下水位埋深、大气温度和土壤温度之间的 括降雨前后不同时间不同深度土壤蒸发量、不同深度土壤温 度等。 １．２试验方法 （１）土壤蒸发量的测定。采用ＭＬＳ测定土壤蒸发量，ＭＬＳ 法用一种无扰动、封底、可移动的小型蒸发观测器皿进行观测。 相关关系。分析表明，用线性方程或指数回归方程拟合土壤蒸 发与其影响因素的相关关系，略优于二次回归多项式或三次回 归多项式，其拟合所得的线性方程Ｙ＝。＋ 的系数ｏ、ｂ及其相 用直径为１０ ｃｍ，高度分别为１０、２０、３０ ｃｍ的ＰＶＣ管做成观测 器皿，从土壤表面按下，留０．５ ｃｍ高出地面，然后取出盛有未 扰动的原状土柱，用透水纱布封底，并用精度为０．１ ｇ的电子天 平称量，０．１ ｇ的变化对于面积７８．５ ｃｍ 的ＭＬＳ来说相当于 关系数Ｒ见表１。由表１可知，土壤蒸发量与各单影响因子相 关关系很好。其中：相关性最好的是土壤温度，尤其是２０ ｃｍ 土壤温度；与大气温度和相对湿度相关性较好。 ０．０１３ ｉｎｍ的蒸发量，每１３早晚称重，其质量的差值为蒸发量，由 表１ 不同深度的土壤蒸发量与各单一影响因子的线性相关参数 单因子相关分析可以初步判断各影响因子对不同深度土 壤蒸发的作用性质，但是每个因子并不是独立存在和起作用 的。为了更准确地分析土壤蒸发与各影响因子的关系，需要进 行多因子综合分析。 土壤蒸发受内因、外因的双重影响，但不论内因还是外因， 它们对蒸发的影响是综合性的，不仅要考虑个性因素的影响， 而且要考虑多因素的影响。采用多元回归分析法对影响土壤 蒸发的各因子进行统计分析，结果见表２。同时，对不同深度的 ２．２土壤蒸发量与各影响因子的多元统计分析 土壤蒸发量实测值与模拟值进行了对比，结果见图１。 兽 ｇ 、 磊 实测值，ｍｍ （ａ）ｌ０ ｃｍ土壤蒸发量 实测值／ｍｍ （ｂ）２０ ｃｉｎ土壤蒸发量 实测值／ｆｉｌｍ ３０ ｃｍ土壤蒸发量 图１ 土壤蒸发量实测值与模拟值对比 ・ｌ０４・ 人民黄河２０１１年第７期 注：ＷＶ为风速，ｍ／ｓ；Ｔ为气温，ｏＣ；ＲＨ为相对湿度，％； 为土壤温度，℃；Ｈ为地下水位埋深，ｍ；Ｅ０为水面蒸发量，ｍｍ；ｓ为日照时数，ｈ。 ２．３各影响因子对不同深度土壤蒸发的灰色关联 数。模拟结果表明：１０ ｏｍ土壤蒸发的模拟结果最好。 分析 （３）通过土壤蒸发与各影响因子间的灰色关联分析可知： ２０ ｃｍ土壤温度、地下水位埋深、１０ ｏｍ土壤温度、相对湿 １０ ｏｍ土壤蒸发与土壤温度和地下水位埋深相关性最好，而相 度、大气温度、日照时数、风速、水面蒸发量等因子对１０ ｃｍ土 对湿度、大气温度的影响较小，风速、日照时数以及水面蒸发的 壤蒸发的影响，作用次序分列第１、２、３、４、５、６、７、８位（表３）。 影响微弱。２０ ｏｍ土壤蒸发与风速和２０ ｃｍ土壤温度关系最密 各影响因子对２０ ｃｍ土壤蒸发的影响次序为风速、土壤温度、 切，其次是地下水位埋深（负相关）和１０ ｃｍ土壤温度，再次是 地下水位埋深、相对湿度、大气温度、日照时数、水面蒸发量（表 大气温（湿）度和日照时数，与水面蒸发相关性最小。影响３０ ３）。各影响因子对３０ ｏｍ土壤蒸发的影响次序为日照时数、 ｃｍ土壤蒸发的各影响因子的作用次序为日照时数、１０ ｃｍ土壤 表３不同深度土壤蒸发与各影响因子的灰色关联分析结果 温度、大气温（湿）度、地下水位埋深（负相关）、风速、２０ ｏｍ处 土壤温度、水面蒸发量。 参考文献： ［１］Ｐｅｎｍａｎ Ｈ Ｌ，Ｊ Ｆ Ｌｏｎｇ Ｗｅａｔｈｅｒｉｎｗｈｅａｔ，ａｎｄ ｅｓｓａｙｉｎｍｉｃｒｏｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ［Ｊ］． Ｑｕｒａｔ Ｊ Ｒ，Ｍｅｔ Ｓｏｃ，１９６０，８６：１—５０． ［２］莫兴国．土壤一植被一大气系统水分能量传输模拟和验证［Ｊ］．气象学报， １９９８（３）：３２３—３３１． ［３］王积强．土壤蒸发器在山东德州地区的应用［Ｊ］．水文，１９８０（１２）：９—１３ ［４］梁珍海，刘德辉，康立新，等．苏北沿海防护林对林地土壤蒸发的影响研究 ［Ｊ］．南京大学学报，１９９６（１）：１７０—１７４． １０ ｃｍ土壤温度、大气温湿度、地下水位埋深、风速、２０ ｃｍ土壤 ［５］ 孙宏勇，刘昌明．微型蒸发器测定土面蒸发的实验研究［Ｊ］．水利学报，２００４ 温度、水面蒸发（表３）。 （８）：１１４—１１８． 。 ［６］ 孙宏勇，刘昌明，张喜英，等．不同长度ｍｉｃｒｏ—ｌｙｓｉｍｅｔｅｒｓ对测定土壤蒸发 ３结语 的影响［Ｊ］．西北农林科技大学学报，２００３（４）：１６７—１７０． ［７］李金拄．区域蒸散发影响因素综合分析［Ｊ］．山西水利，２００３（３）：２３—２４． （１）用线性方程或指数回归方程拟合土壤蒸发量与各影响 ［８］ 王会肖．沙土土壤蒸发的测定与模拟［Ｊ］．中国农业气象，１９９７（４）：２９—３５． ［９］王政友．土壤水分蒸发的影响因素分析［Ｊ］．山西水利，２００３（２）：２６—２７． 因子间的关系比用二次多项式和三次多项式方程更优。 【责任编辑赵宏伟】 （２）影响土壤蒸发最显著的因子是土壤温度，其次是大气 温度、地下水位埋深、风速和相对湿度，影响最小的是日照时 （上接第１０２页） （２）采用灰色理论对于严格意义上的指数规律数据序列进 参考文献： 行建模来说是可行的。但是，当数据序列显现出振荡时，通过 ［１］李如忠，汪家权，钱家忠．基于灰色动态模型群法的河流水质预测研究［Ｊ］． 累加变成指数形式计算后，其还原值也不会显示振荡，而是呈 水土保持通报，２００２，２２（４）：１０—１３． 现递增或者递减形式，不能表现出实际情况。通过残差修正之 ［２］刘俊民．灌区地下水年最高水位的灰色预测［Ｊ］．地下水，１９９３，１５（３）： 后有效地改变了这种状况，使模型预测值趋向于实际情况。 ９３—９６ （３）灰色残差模型克服了单一灰色理论模型要求数据序列 ［３］罗党，刘思峰，党耀国．灰色模型ＧＭ（１，１）优化［Ｊ］．中国工程科学，２００３ （８）：５０—５３． 是严格指数规律的缺点，但它仍是一种新的指数形式，只对进 ［４］付强，王立坤，梁川，等．ＧＭ（１，１）模型在预测地下水位动态变化中的应用 行建模数据为震荡序列的短期预测有效，对中长期预测有很大 ［Ｊ］．农机化研究，２００１（４）：７９—８１． 限制。 【责任编辑赵宏伟】 ・１０５・