王佳歡， 楊新兵, 劉彥林， 趙小勇， 趙迎雪， 魯紹偉

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院，河北 保定 071000；2.河北地礦建設(shè)工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，河北省地礦局國(guó)土資源勘查中心，石家莊 050000；3.北京市林業(yè)果樹科學(xué)研究院，北京 100093)

截止到2020年，礦山資源監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，我國(guó)礦山資源占地面積已超過(guò)375萬(wàn)hm，而礦山廢棄地土地的復(fù)墾率僅達(dá)到了20%的水平，對(duì)比發(fā)達(dá)國(guó)家70%的復(fù)墾率，相差甚遠(yuǎn)。礦產(chǎn)資源在滿足人類社會(huì)發(fā)展的同時(shí)也留下了一系列生態(tài)安全問(wèn)題：表土資源缺失導(dǎo)致植物難以存活、地表徑流引起水土流失、景觀破碎致使生態(tài)系統(tǒng)脆弱等等，因此，廢棄地生態(tài)環(huán)境亟待修復(fù)。為保證礦山綠化效果，前期養(yǎng)護(hù)投入較多，要想實(shí)現(xiàn)廢棄地生態(tài)系統(tǒng)的良性循環(huán)，后期土壤水分條件是植被成活與生長(zhǎng)好壞的關(guān)鍵，因此，土壤重構(gòu)成為生態(tài)恢復(fù)的首要條件。

針對(duì)廢棄地表土缺失問(wèn)題，Kenton等采用風(fēng)化褐砂巖、未風(fēng)化灰砂巖以及混砂頁(yè)巖替代表土進(jìn)行廢棄煤礦復(fù)墾，通過(guò)研究白蠟(Roxb.)、白樺(Suk.)、鵝掌楸((Hemsl.) Sargent.)等人工林的物種豐富度后發(fā)現(xiàn)風(fēng)化褐砂巖作為表土替代材料更適于廢棄地造林。位蓓蕾等將草炭摻入亞黏土作為煤礦復(fù)墾替代材料發(fā)現(xiàn)，草炭施用量為10 g/kg(干土)時(shí)紫花苜蓿(L.)的生長(zhǎng)量和酶活性最高。胡振琪等發(fā)明了煤基營(yíng)養(yǎng)劑用于礦山土壤修復(fù)，其成分主要為草炭、風(fēng)化煤、菌根以及化學(xué)試劑，該項(xiàng)發(fā)明既起到改善土壤性能，增強(qiáng)植物抗逆性的作用，又提高了草炭、風(fēng)化煤的資源利用效率。

土壤水分條件是北方礦山修復(fù)綠化效果延續(xù)的重要制約因素，土壤覆蓋處理是常用方法之一。Dlamini等發(fā)現(xiàn)，塑料與礫石2種覆蓋物結(jié)合后可阻斷土壤毛細(xì)管力的連續(xù)性，減少向上運(yùn)輸?shù)乃?，從而達(dá)到抑制水分蒸發(fā)的目的；車飛偉等探究不同有機(jī)材料對(duì)土壤的保水效果，結(jié)果表明，木片、樹皮以及1～3 cm的園林堆腐物覆蓋下土壤含水量均高于無(wú)覆蓋，木片的保水效果要強(qiáng)于樹皮和1～3 cm的園林堆腐物。

河北省西部太行山區(qū)礦產(chǎn)資源豐富，歷經(jīng)大規(guī)模開采活動(dòng)后出現(xiàn)大量基巖裸露的“白茬山”，表土缺失，植物難以存活，土壤重構(gòu)成為山體植被恢復(fù)的必要方式。本研究于石家莊鹿泉區(qū)一廢棄石灰?guī)r采石現(xiàn)場(chǎng)收集渣土，與附近農(nóng)田土按不同體積比例進(jìn)行復(fù)配，通過(guò)土柱模擬試驗(yàn)研究重構(gòu)土壤水分蒸發(fā)規(guī)律，從土壤本身性質(zhì)與氣象條件2個(gè)角度闡述土壤水分蒸發(fā)的影響因素，同時(shí)試驗(yàn)不同覆蓋條件下土壤水分蒸發(fā)情況，篩選出復(fù)配比例和覆蓋物的最佳組合，為當(dāng)?shù)刂卫聿墒瘡U棄地提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

鹿泉區(qū)隸屬河北省石家莊市(37°88′08″—38°27′27″N，114°18′55″—114°51′36″E)，東臨石家莊市區(qū)，西接井陘，北鄰平山、靈壽，南連元氏，行政面積603 km。其地域南北狹長(zhǎng)，地勢(shì)西高東低，西部為山巒起伏的太行山區(qū)，東部為地勢(shì)平坦的山前平原，海拔62.5～907 m。全區(qū)位于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)，夏季多雨，冬季干冷，7月氣溫最高，平均27.2 ℃，1月氣溫最低，平均-1.7 ℃，多年平均降水量542 mm，無(wú)霜期219天。境內(nèi)河流均屬海河水系，如滹沱河、清水河、太平河等，土壤類型以石灰性褐土為主，森林類型以溫帶落葉闊葉林為主。試驗(yàn)點(diǎn)海拔300～400 m。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2020年12月2日收集鹿泉區(qū)一采石廢棄地石灰?guī)r棄渣，風(fēng)干過(guò)2 cm篩子，與農(nóng)田土進(jìn)行復(fù)配，按照棄渣與農(nóng)田土體積比0∶10(T1)，3∶7(T2)，5∶5(T3)，7∶3(T4)，10∶0(T5)，每個(gè)處理3組重復(fù)，土壤粒徑及孔隙度見表1。復(fù)配土拌勻后裝入內(nèi)徑19 cm、深35 cm PVC管中，裝填高度30 cm，封底材料選用300目透水紗網(wǎng)，土柱置于深30 cm且內(nèi)設(shè)排水口的水泥槽中，試驗(yàn)布設(shè)于廢棄礦山半山腰處，以此模擬山體自然環(huán)境。在土壤水分蒸發(fā)模擬試驗(yàn)基礎(chǔ)上測(cè)試覆蓋物對(duì)5種配比土壤的保水效果，分別設(shè)置礫石(LS)、滲水地膜(SS)和植物毯(ZW)共3種覆蓋物，每個(gè)處理3組重復(fù)，以不覆蓋作為對(duì)照(CK)。參考已有研究，礫石為廢棄地現(xiàn)場(chǎng)收集的直徑2～4 cm塊石，覆蓋厚度為5 cm；滲水地膜購(gòu)于山西農(nóng)科院(厚度5 μm)；植物毯購(gòu)于北京華夏綠洲有限公司(厚度8～10 mm)。

表1 不同配比下土壤粒級(jí)組成和孔隙度

1.3 試驗(yàn)方法

土壤水分蒸發(fā)試驗(yàn)前土柱泡水24 h，其間不斷加水與土壤表層相平齊，泡水結(jié)束將土柱于沙層上靜置24 h瀝去重力水，隨后封底開始試驗(yàn)。2021年8月4日上午將封底土柱置于水泥槽中，水泥槽底部平齊，以保證所有土柱接受的光照、風(fēng)速、風(fēng)向等氣象條件一致，用稱量分度值5 g的電子臺(tái)秤(型號(hào)TCS)于每天上午7：00進(jìn)行稱重，當(dāng)日與次日稱重差值即為當(dāng)日蒸發(fā)量，采用蒸發(fā)量計(jì)算公式將質(zhì)量值換算為高度值，計(jì)算公式為：

式中：為當(dāng)日土壤水分蒸發(fā)量(g)；為當(dāng)日稱重值(g)；+1為次日稱重值(g)；為水密度(1 g/cm)；為PVC管半徑(9.5 cm)。

試驗(yàn)時(shí)間為8月4日至9月2日，共計(jì)30天，相關(guān)研究表示，土壤表層15 cm水分含量與水分蒸發(fā)關(guān)系最為密切，因而在試驗(yàn)期間采用TDR 300土壤水分測(cè)量?jī)x測(cè)量表層土壤體積含水量(15 cm)，并將體積含水量換算為質(zhì)量含水量，計(jì)算公式為：

式中：為質(zhì)量含水量(%)；為體積含水量(%)；為容重(g/cm)。

在試驗(yàn)地附近架設(shè)TRM-ZS3型氣象儀采集氣象數(shù)據(jù)，包括太陽(yáng)輻射、氣溫、相對(duì)濕度以及風(fēng)速等(圖1)。試驗(yàn)過(guò)程中搭設(shè)遮雨棚，降雨天氣進(jìn)行遮雨，避免雨水對(duì)試驗(yàn)造成影響。

圖1 研究期氣象變化

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用累計(jì)蒸發(fā)失水比分析土壤抗旱性，計(jì)算方法為：

式中：為累計(jì)蒸發(fā)失水比(%)；為第天的累計(jì)蒸發(fā)量(mm)；為初始含水量(mm)。

土壤累計(jì)蒸發(fā)量趨勢(shì)線采用最小二乘法擬合得到，擬合公式為：

=+

式中：為累計(jì)蒸發(fā)量(mm)；為蒸發(fā)時(shí)間(天)；為斜率；為擬合參數(shù)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)在Excel 2010軟件中進(jìn)行初步整理，采用SPSS 24.0軟件進(jìn)行方差分析和相關(guān)性分析，繪圖利用Origin 2021軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同配比下表層土壤含水量分析

不同配比下表層土壤含水量隨蒸發(fā)時(shí)間的推移逐漸下降，由圖2可知，表層土壤初始含水量范圍為7.69%～45.75%，大小排序?yàn)門1(45.75%)>T2(32.02%)>T3(24.23%)>T4(10.28%)>T5(7.69%)，差異達(dá)極顯著水平(<0.01)，歷經(jīng)30天蒸發(fā)試驗(yàn)后表層土壤含水量范圍為0.25%～14.86%，大小排序?yàn)門1(9.86%)>T2(4.68%)>T3(2.25%)>T4(1.45%)>T5(0.25%)，差異達(dá)極顯著水平(<0.01)，棄渣體積比例越大土壤含水量越低，說(shuō)明棄渣可降低原本土壤中的水分含量。

圖2 不同配比下表層土壤含水量變化

2.2 不同配比下土壤水分蒸發(fā)分析

由圖3可知，不同配比下土壤水分逐日蒸發(fā)量呈下降趨勢(shì)，其波動(dòng)式蒸發(fā)過(guò)程符合野外條件無(wú)水分補(bǔ)充的土壤水分蒸發(fā)規(guī)律。通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，野外土壤水分蒸發(fā)大致分為3個(gè)階段：蒸發(fā)量波動(dòng)較大的前期(第1～7天)、蒸發(fā)量波動(dòng)較小的中期(第8～22天)和蒸發(fā)量趨于平穩(wěn)的后期(第23～30天)。蒸發(fā)前期，蒸發(fā)量范圍為0.71～6.35 mm，平均蒸發(fā)量大小排序?yàn)門1(3.73 mm)=T2(3.73 mm)>T3(3.53 mm)>T4(3.22 mm)=T5(3.22 mm)，不同配比下土壤蒸發(fā)量差異不顯著(>0.05)。蒸發(fā)中期，蒸發(fā)量范圍為0～4.23 mm，平均蒸發(fā)量大小排序?yàn)門1(2.16 mm)>T2(1.74 mm)=T3(1.74 mm)>T4(1.13 mm)>T5(0.66 mm)，不同配比下土壤蒸發(fā)量差異達(dá)極顯著水平(<0.01)。蒸發(fā)后期，蒸發(fā)量范圍為0～0.71 mm，平均蒸發(fā)量大小排序?yàn)門1(0.53 mm)>T2(0.35 mm)=T4(0.35 mm)>T3(0.26 mm)=T5(0.26 mm)，不同配比下土壤蒸發(fā)量差異不顯著(>0.05)。綜上所述，棄渣配比增加對(duì)降低土壤水分蒸發(fā)的趨勢(shì)在蒸發(fā)中期較為明顯，在土壤水分充足的前期和土壤水分虧缺的后期不明顯。

圖3 不同配比下土壤水分逐日蒸發(fā)量

由圖4可知，野外條件下不同配比土壤的累計(jì)蒸發(fā)量隨時(shí)間的延續(xù)而增加，但累計(jì)值的增加速率呈下降趨勢(shì)，不同配比下土壤累計(jì)蒸發(fā)量差異達(dá)極顯著水平(<0.01)，大小排序?yàn)門1(62.78 mm)>T2(55.02 mm)>T3(52.91 mm)>T4(42.33 mm)>T5(34.57 mm)。

圖4 不同配比下土壤水分累計(jì)蒸發(fā)量

2.3 土壤水分蒸發(fā)相關(guān)性分析

土壤水分蒸發(fā)影響因素眾多，包括氣溫、風(fēng)速、太陽(yáng)輻射等氣象因子以及土壤粒徑組成、孔隙度等物理性質(zhì)。通過(guò)土壤水分逐日蒸發(fā)量與氣象因子、物理性質(zhì)相關(guān)關(guān)系的顯著性檢驗(yàn)，闡明土壤水分蒸發(fā)的影響因素。由表2可知，逐日蒸發(fā)量與氣溫、風(fēng)速呈極顯著正相關(guān)(<0.01)，與太陽(yáng)輻射呈顯著正相關(guān)(<0.05)，與濕度沒(méi)有顯著性相關(guān)關(guān)系(>0.05)。

表2 土壤逐日蒸發(fā)量與氣象因子相關(guān)性分析

由表3可知，逐日蒸發(fā)量與毛管孔隙度呈極顯著正相關(guān)(<0.01)，與非毛管孔隙度呈極顯著負(fù)相關(guān)(<0.01)，與黏粒體積含量、粉粒體積含量、總孔隙度呈顯著正相關(guān)(<0.05)，與砂粒體積含量、容重呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)。

表3 土壤逐日蒸發(fā)量與物理性質(zhì)相關(guān)性分析

2.4 土壤抗旱性分析

土壤含水量和水分蒸發(fā)量因復(fù)配比例產(chǎn)生差異，且二者變化趨勢(shì)相反，但憑其中一項(xiàng)難以判斷土壤的抗旱性，因此，采用土壤累計(jì)蒸發(fā)失水比進(jìn)行土壤抗旱性分析。由圖5可知，土壤蒸發(fā)失水比T1范圍為0.04～0.52，T2范圍為0.07～0.85，T3范圍為0.03～1.21，T4范圍為0.04～2.57，T5范圍為0.12～2.85，T1和T2累計(jì)蒸發(fā)量均小于表層土壤含水量，而T3、T4和T5均出現(xiàn)累計(jì)蒸發(fā)量大于表層土壤含水量情況，說(shuō)明無(wú)外界水源補(bǔ)充下連續(xù)蒸發(fā)30天，混合土壤中棄渣體積比例超過(guò)30%，表層土壤水分無(wú)法滿足蒸發(fā)需求。T1～T5表層土壤末期含水量分別為9.86%，4.68%，2.25%，1.45%，0.25%，初期含水量和累計(jì)蒸發(fā)量差值分別為6.63%，2.44%，-0.44%，-7.47%，-6.72%，對(duì)比發(fā)現(xiàn)，前者均大于后者，說(shuō)明棄渣體積比例越大，混合土壤下層蓄水能力越弱，土壤抗旱性越差。

圖5 不同配比下土壤累計(jì)蒸發(fā)失水比

2.5 覆蓋物保水性能分析

由圖6可知，不同配比下覆蓋物均能降低土壤水分蒸發(fā)。T1條件下土壤水分累計(jì)蒸發(fā)量差異達(dá)極顯著水平(<0.01)，由大到小為CK(62.78 mm)>SS(52.20 mm)>LS(45.15 mm)>ZW(38.80 mm)；T2條件下土壤水分累計(jì)蒸發(fā)量差異達(dá)極顯著水平(<0.01)，由大到小為CK(55.02 mm)>LS(44.03 mm)>SS(40.91 mm)>ZW(38.09 mm)；T3條件下土壤水分累計(jì)蒸發(fā)量差異達(dá)顯著水平(<0.05)，由大到小為CK(52.91 mm)>SS(40.91 mm)>LS(40.21 mm)>ZW(35.98 mm)；T4條件下土壤水分累計(jì)蒸發(fā)量差異達(dá)極顯著水平(<0.01)，由大到小為CK(42.33 mm)>SS(37.39 mm)>ZW(34.57 mm)>LS(26.81 mm)；T5條件下土壤水分累計(jì)蒸發(fā)量差異達(dá)顯著水平(<0.05)，由大到小為CK(34.57 mm)>ZW(33.15 mm)>SS(31.74 mm)>LS(24.69 mm)。覆蓋物不僅有效降低了土壤水分蒸發(fā)，還具有一定減緩蒸發(fā)速度的能力，由趨勢(shì)線方程參數(shù)可知，T1條件下CK(2.02 mm/d)>SS(1.55 mm/d)>LS(1.16 mm/d)>ZW(1.08 mm/d)；T2條件下CK(1.64 mm/d)>SS(1.33 mm/d)>ZW(1.24 mm/d)>LS(1.23 mm/d)；T3條件下CK(1.68 mm/d)>SS(1.36 mm/d)>ZW(1.08 mm/d)>LS(1.00 mm/d)；T4條件下CK(1.21 mm/d)>SS(1.02 mm/d)>ZW(0.90 mm/d)>LS(0.57 mm/d)；T5條件下ZW(1.05 mm/d)>SS(0.99 mm/d)>CK(0.84 mm/d)>LS(0.71 mm/d)，當(dāng)棄渣比例為100%時(shí)，覆蓋滲水地膜和植物毯并不能有效降低土壤水分蒸發(fā)速度。

圖6 不同覆蓋處理下土壤水分累計(jì)蒸發(fā)量

2.6 覆蓋物保水性能灰色關(guān)聯(lián)分析

通過(guò)上述分析發(fā)現(xiàn)，因覆蓋種類和復(fù)配比例的不同，產(chǎn)生的保水效果也不一致，為篩選出最優(yōu)覆蓋物，采用灰色關(guān)聯(lián)分析。采用最優(yōu)值化方法，將不同覆蓋處理下復(fù)配土的蒸發(fā)量和蒸發(fā)速度數(shù)值分別除以各組最優(yōu)值，從而得到新的數(shù)列，即數(shù)值無(wú)綱量化處理(表4)。

表4 覆蓋物保水性能數(shù)值無(wú)綱量化處理

灰色關(guān)聯(lián)分析結(jié)果為同列灰關(guān)聯(lián)系數(shù)做平均得到的灰關(guān)聯(lián)度，其數(shù)值越接近1.000則表示覆蓋物保水性能越好。由表5可知，不同覆蓋條件下土壤蒸發(fā)量大小為L(zhǎng)S(0.869)>ZW(0.841)>SS(0.694)>CK(0.521)，蒸發(fā)速度大小為L(zhǎng)S(0.977)>ZW(0.779)>SS(0.610)>CK(0.512)，通過(guò)比較蒸發(fā)量和蒸發(fā)速度2個(gè)保水性能指標(biāo)發(fā)現(xiàn)，礫石覆蓋相對(duì)最優(yōu)。

表5 覆蓋物保水性能灰關(guān)聯(lián)系數(shù)和灰關(guān)聯(lián)度

3 討 論

3.1 不同配比下表層土壤含水量差異

土壤重構(gòu)過(guò)程中，隨著土壤棄渣體積比例增大，土壤顆粒變化趨勢(shì)表現(xiàn)為黏粒和粉粒減少，砂粒增加，這將導(dǎo)致土壤顆粒表面積減少，吸附性降低，對(duì)水分的吸附能力也會(huì)因此而下降，伴隨棄渣體積比例增加，黏粒含量降低89.40%，粉粒含量降低36.61%，砂粒含量增加78.36%，致使表層土壤含水量初期和末期分別降低38.06%和9.61%。土壤粒徑的差異還會(huì)通過(guò)改變土壤本身的孔隙度，間接對(duì)土壤含水量造成影響。一般認(rèn)為，毛管孔隙主要受細(xì)顆粒影響，數(shù)量越多則儲(chǔ)水能力越強(qiáng)，本研究中毛管孔隙度最大可達(dá)48.82%，而非毛管孔隙主要受粗顆粒影響，數(shù)量越多則通透性越好，本研究中非毛管孔隙度最大可達(dá)5.36%，棄渣體積比例的增加通過(guò)提高土壤粗顆粒體積占比間接導(dǎo)致總孔隙度中非毛管孔隙比例上升，從而影響土壤含水量。表層土壤末期含水量與初期含水量和累計(jì)蒸發(fā)量的差值存在一定差異，原因在于歷經(jīng)30天連續(xù)蒸發(fā)后上層土壤(15 cm以上)與下層土壤(15 cm以下)形成水勢(shì)差，下層水分借助毛管作用向上補(bǔ)充，致使表層土壤末期含水量不同于蒸散后的水分差值。

3.2 不同配比下土壤蒸發(fā)量差異

從土壤水分蒸發(fā)量來(lái)看， 整體上逐日蒸發(fā)量和累計(jì)蒸發(fā)量均隨棄渣體積比例增加而降低，逐日蒸發(fā)量可分為3個(gè)階段：蒸發(fā)前期主要受當(dāng)?shù)貧庀髼l件的控制，即大氣蒸發(fā)力控制階段，在充分供水條件下，水通過(guò)毛管作用源源不斷輸出，同等大氣蒸發(fā)力致使前期逐日蒸發(fā)量差異不明顯，因此，本研究中平均逐日蒸發(fā)量最小的T4(3.22 mm)和T5(3.22 mm)僅比最大T1(3.73 mm)和T2(3.73 mm)低13.67%。當(dāng)表層土壤水分降至某一臨界值時(shí)，此時(shí)進(jìn)入土壤導(dǎo)水率控制階段，氣象因素退居次要地位，該階段內(nèi)以薄膜水形式向外擴(kuò)散，質(zhì)地偏黏、孔隙度高的T1含有較多薄膜水，平均逐日蒸發(fā)量達(dá)2.16 mm，是質(zhì)地偏砂、孔隙度低T5(0.66 mm)的3.27倍。當(dāng)薄膜水運(yùn)動(dòng)停止后進(jìn)入第3階段，即水汽擴(kuò)散控制階段，該階段內(nèi)土壤中的水分以汽化的方式逸入大氣，土層間的水汽壓梯度和下層土壤的含水量是蒸發(fā)量的決定性因素，農(nóng)田土體積比例大的配比，其保水性好，土層水汽壓梯度大，因而T1平均逐日蒸發(fā)量為T5的2.04倍，但以水汽擴(kuò)散方式蒸發(fā)掉的水分還是少量的，平均逐日蒸發(fā)量最大0.53 mm，與最小0.26 mm僅差0.27 mm，差異不顯著。累計(jì)蒸發(fā)量是逐日蒸發(fā)量的累計(jì)結(jié)果，盡管不同蒸發(fā)階段的逐日蒸發(fā)量有所不同，但最終累計(jì)蒸發(fā)量隨棄渣體積比例增加而降低。

3.3 土壤水分蒸發(fā)影響因子分析

氣象因素是引起土壤水分蒸發(fā)的重要外源因素，土壤水分蒸發(fā)與氣溫、太陽(yáng)輻射以及相對(duì)濕度等氣象因子具有緊密聯(lián)系，本研究中，太陽(yáng)輻射、氣溫和風(fēng)速與土壤水分蒸發(fā)呈正相關(guān)，太陽(yáng)輻射作用于地表，促使地表溫度升高，加速土壤水分蒸發(fā)，因此太陽(yáng)輻射與溫度的協(xié)同作用促進(jìn)土壤水分蒸發(fā)加快；風(fēng)速帶走近地表處濕潤(rùn)空氣，以干燥空氣代之，風(fēng)速大則蒸發(fā)量大，以此方式促進(jìn)土壤水分蒸發(fā)。從相關(guān)性顯著程度分析，溫度和風(fēng)速的顯著性大于太陽(yáng)輻射，其原因在于太陽(yáng)輻射是通過(guò)提高近地表溫度間接影響土壤水分蒸發(fā)，其影響程度不如溫度和風(fēng)速的作用直接。相對(duì)濕度與土壤水分蒸發(fā)不存在顯著相關(guān)性的原因可能是山巒氣候多變，空氣相對(duì)濕度晝高夜低致使日變化不明顯。粒徑、孔隙度為影響水分蒸發(fā)的土壤自身因子，粒徑通過(guò)影響孔隙度進(jìn)而對(duì)土壤水分蒸發(fā)造成影響，較細(xì)顆粒易形成毛管孔隙并發(fā)揮其毛管作用，土壤表層水分減少形成水勢(shì)差，下層水分借助毛管孔隙沿水勢(shì)梯度向上擴(kuò)散，補(bǔ)充上層土壤蒸發(fā)散失的水分。土壤中棄渣體積比例越大，較大土壤顆粒對(duì)毛管孔隙的阻斷效應(yīng)越強(qiáng)，抑蒸效應(yīng)越強(qiáng)，與Xiao等研究結(jié)果一致。

3.4 覆蓋物保水性能差異

覆蓋物對(duì)土壤的保水性能具有顯著性，綜合不同配比土壤在不同覆蓋方式下的蒸發(fā)量和蒸發(fā)速度發(fā)現(xiàn)，任意覆蓋方式下的土壤水分蒸發(fā)量均低于CK，與王麗麗等研究結(jié)果相似。LS覆蓋通過(guò)形成干燥表層切斷向上運(yùn)輸水分的毛細(xì)管從而抑制水分蒸發(fā)，棄渣體積比例達(dá)到30%時(shí)蒸發(fā)速率最小，為1.23 mm，保水效果初見；ZW覆蓋則是通過(guò)降低表層土壤的熱通量達(dá)到抑制水分蒸發(fā)的目的，棄渣體積比例達(dá)到50%時(shí)蒸發(fā)量最小為35.98 mm，棄渣體積比例超過(guò)50%時(shí)ZW對(duì)土壤水分保有能力弱于LS；SS覆蓋既未形成干燥表層，也未降低表層土壤熱通量，而是在土壤與大氣之間的形成隔膜抑制水分蒸發(fā)，但膜下高溫積累也會(huì)產(chǎn)生一定的水分蒸發(fā)，同一土壤條件下覆蓋SS其蒸發(fā)量和蒸發(fā)速度均未達(dá)到最優(yōu)。

結(jié)合土壤累計(jì)蒸發(fā)量和蒸發(fā)速度分析發(fā)現(xiàn)，同一配比條件下，蒸發(fā)速度隨累計(jì)蒸發(fā)量增加而變慢，說(shuō)明覆蓋物不僅可有效降低土壤水分蒸發(fā)，還具有一定減緩蒸發(fā)速度的能力，而T5條件下不符合這一規(guī)律，CK(34.57 mm)累計(jì)蒸發(fā)量高于其他覆蓋處理，其0.84 mm/d的蒸發(fā)速度低于SS的0.99 mm/d和ZW的1.05 mm/d，原因在于該處理水分蒸發(fā)集中于試驗(yàn)開始前期，中期和后期水分蒸發(fā)微弱。

4 結(jié) 論

(1)土壤重構(gòu)中，棄渣體積比例越大表層土壤含水量越低，累計(jì)蒸發(fā)失水比越大，土層蓄水能力越弱，土壤抗旱能力越差，結(jié)合土壤累計(jì)蒸發(fā)失水比與表層土壤含水量和累計(jì)蒸發(fā)量關(guān)系分析得知，棄渣∶農(nóng)田土以3∶7體積比例復(fù)配混合土壤抗旱性最強(qiáng)。

(2)蒸發(fā)中期(第8～22天)不同配比土壤逐日蒸發(fā)量和累計(jì)蒸發(fā)量差異顯著，在土壤水分充足的蒸發(fā)前期(第1～7天)和土壤水分虧缺的蒸發(fā)后期(第23～30天)差異不顯著。礫石覆蓋在蒸發(fā)量和蒸發(fā)速度方面優(yōu)于植物毯和滲水地膜。

(3)影響土壤水分蒸發(fā)的氣象因子主要是太陽(yáng)輻射、氣溫、風(fēng)速，土壤毛管孔隙度和非毛管孔隙度對(duì)土壤水分蒸發(fā)存在極顯著影響，各粒級(jí)含量、容重以及總孔隙度對(duì)土壤水分蒸發(fā)存在顯著影響。

綜上分析，棄渣∶農(nóng)田土以3∶7體積比例復(fù)配覆蓋礫石為石灰?guī)r礦山廢棄地土壤重構(gòu)最佳保水搭配方案。