CN111819938A - 一种减少土壤水分蒸发的方法及抗蒸发添加剂 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种减少土壤水分蒸发的方法及抗蒸发添加剂。所述方法包括：将海带粉混入表层土壤中，得到包含一定浓度海带粉的土壤；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，海带粉按照0.02％～0.03％的海带粉浓度计算得到的施撒量为18～27kg/亩，按照该施撒量向耕地土壤施加海带粉，实现的节水效率为10.434％～10.477％。本发明具有成本低、用量少、原材料广、无污染、提高土壤肥力和稳定性好等特点。
Description
技术领域
本发明涉及农业水利工程技术领域，特别是涉及一种减少土壤水分蒸发的方法及抗蒸发添加剂。
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
本发明提供一种减少土壤水分蒸发的方法及抗蒸发添加剂，以解决上述问题。
第一方面，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，将海带粉混入表层土壤中，得到包含海带粉的土壤；
步骤2，对所述包含海带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；所述海带粉占所述表层土壤的质量比0.01％～0.8％。
优选地，所述土壤为耕地表层土壤，所述减少土壤水分蒸发的方法还包括：
计算海带粉的施加量；
按照计算的施加量，向耕地土壤施撒海带粉，采用机耕的方式将海带粉与表层土壤进行混合；
其中，所述海带粉的用量计算方法为：
海带粉的用量＝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，向所述包含海带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大于等于滞留含水率，并小于等于饱和含水率。
优选地，所述水属于牛顿液态水，所述海带粉将所述牛顿液态水转化成非牛顿液态水。
第二方面，本发明提供了一种抗蒸发添加剂，所述抗蒸发添加剂包括海带粉，所述海带粉用于上述第一方面所述的方法中。
优选地，所述抗蒸发添加剂还包括海藻粉，所述海藻粉为非海带粉的任一一种海藻粉；
其中，所述抗蒸发添加剂的原材料为海带或非海带类海藻。
优选地，所述抗蒸发添加剂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。
优选地，所述抗蒸发添加剂至少包括海带多糖、蛋白质、纤维素、脂肪、矿物质及核酸。
优选地，所述海带多糖包括褐藻胶，所述褐藻胶具有保水性和稳定性，将所述牛顿液态水转化成非牛顿液态水。
本发明实施例所提供的一种利用海带粉减少土壤水分蒸发的方法，所述方法包括：将海带粉混入表层土壤中，得到包含一定浓度海带粉的土壤；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，海带粉按照0.02％～0.03％的海带粉浓度计算得到的施撒量为18～27kg/亩，按照该施撒量向耕地土壤施加海带粉，实现的节水效率为10.434％～10.477％。因此，本发明的方法具有成本低、用量少、原材料广、无污染、提高土壤肥力、稳定性好和保水性好等特点。
并且，本发明实施例所提供的利用海带粉减少土壤水分蒸发的方法，所述发明利用海带粉减少土壤水分蒸发的方案中，无论是高浓度还是低浓度，海带粉的节水效率均优于抗旱宝的节水效率，低浓度和高浓度海带粉均具有明显的节水效果，两者节水效果相差较小。从用量少和低成本考虑，浓度应控制在C＝0.02％～C＝0.03％区间，C＝0.02％时节水效果最好，节水效率可达到10.477％。
附图说明
图1示出了本发明的一种利用海带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。
第一方面，本发明实施例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(S101)，将海带粉混入表层土壤中，得到包含海带粉的土壤；
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，将若干量的海带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诉述最佳节水效率对应的浓度，向耕作土壤表层施撒18～27公斤的海带粉(即表层10cm土壤中海带粉的含量为0.02％～0.03％)。
步骤2(S102)，对所述包含海带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海带粉的风干土壤，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：对施撒海带粉的耕地土壤进行机耕，经过机耕之后，然后对施撒了海带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；所述海带粉占所述表层土壤的质量比0.01％～0.08％；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0.01％～0.03％，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，海带粉的施加量按照表层10厘米计算。
本发明实施例中，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，所述海带粉的用量计算方法为：
海带粉的用量＝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；具体实施时，在农业生产中，海带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％的海带粉，每公顷仅需海带粉的量为：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海带粉，然后采用机耕对海带粉与表层土壤进行混合，机耕的作用一方面使海带粉与土壤充分混合，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S102中，所述预处理为：根据预设的含水率，向所述包含海带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。
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，所述水属于牛顿液态水，所述海带粉将牛顿液态水转化成非牛顿液态水，非牛顿液态水增加了土壤水分蒸发的阻力，达到减少土壤中水分蒸发的目的。
其中，加入的所述水为牛顿液态水，牛顿液态水在海带粉的作用下转化成非牛顿液态水，该非牛顿液态水具有较强的蒸发阻力，以防止土壤中的水分蒸发。并且，形成的非牛顿液体中的水分子也能被植物根系分别吸收，非牛顿液体中的海带粉在分解后也会被植物根系吸收。
第二方面，本发明实施例提供了一种抗蒸发添加剂，所述抗蒸发添加剂包括海带粉，所述海带粉用于上述第一方面所述的方法中。
本发明实施例中，优选地，所述抗蒸发添加剂还包括海藻粉，所述海藻粉为非海带粉的任一一种海藻粉；
其中，所述抗蒸发添加剂的原材料为海带或非海带类海藻。也就是说，通过本发明的发明核心，除去海带粉外，其他种类的海藻均可被应用到减少土壤水分蒸发的工艺中；其中，所选用的海藻只需符合的条件为：该海藻粉可与水形成非牛顿液体。
本发明实施例中，优选地，所述抗蒸发添加剂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。
本发明实施例中，优选地，所述抗蒸发添加剂包括海带多糖、蛋白质、纤维素、脂肪、矿物质及核酸等。
本发明实施例中，优选地，所述海带多糖包括褐藻胶，所述褐藻胶具有保水性和稳定性，与水分子形成非牛顿液体。
本发明实施例提供的方法具有以下优点：
(1)用料广：海藻是海洋水产资源的重要组成部分，海藻门褐子纲海带目海带科海带属的海带是产量最高的海藻，而我国的海带产量又位居世界首位中国海藻资源十分丰富，其初级产品成本相对较低。
(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。而如果采用海带粉，假设耕地土壤容重为1.35×103t/m3，给表层10cm土壤施撒0.02％的海带粉，每公顷仅需104m2×0.1m×1.35×103t/m3×0.02％＝0.27t，便可达到大约10.5％的节水效率。
(3)无污染：海带属褐藻门海带属植物，是一种大型的可食用藻类，主要含有多糖、蛋白质、纤维素、脂肪、矿物质及核酸等组成。其中的多糖是海带中最主要的活性成分，海带多糖是存在于海带细胞间和细胞内的天然生物大分子，主要有褐藻胶、褐藻糖胶和褐藻淀粉三种。其分解后的物质为碳水化合物，对土壤不产生污染。
(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；。综合海带粉对土壤水肥气热的影响，因此，分解后的海带粉具有提高土壤肥力的功能。
(5)稳定性好：褐藻胶主要成分为多聚甘露糖醛酸(M)和多聚古罗糖醛酸(G)所构成的高分子化合物。两种糖醛酸的结合方式和含量影响着褐藻胶的凝胶强度。M/G值越大,褐藻胶凝胶的持水力越强，其保水性、稳定性也越好。另外，由于海带尖部所制备褐藻胶凝胶失水率最高，其次是边缘部位，最后是中间部位。即海带中间部所制备褐藻胶凝胶持水力最强，其次是边缘部位，再次是尖部。因此，在采用海带粉作为抗旱试剂的时候，一定要注意选择褐由海带中间部制成的产品或者M/G值越高的产品，以达到更好保水的效果。
(6)保水性好：多糖是海藻中的一大类活性物质，海带多糖独特的物理和化学性质使其具有良好的保水性质，具有含水可逆性和极高的复水率,其复水率可在6～30倍之间。海带多糖的吸湿性质，可有效的固定土壤中的游离水，减少水分的流失。因此，多余降雨或者灌溉后多余的土壤水分会被海带粉吸收，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海带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海带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
本发明的一个用实例中，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
表2试验土壤颗粒理化性质
2)试验方案
在本发明的应用实例中，添加剂分别为抗旱宝和海带粉，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海带粉作为添加剂，浓度设为4个梯度，分别为C＝0.2％、C＝0.4％、C＝0.6％、C＝0.8％。其中，浓度C＝0.2％代表：质量比为2g/kg，浓度C＝0.4％代表：质量比为4g/kg，浓度C＝0.6％代表：质量比为6g/kg，浓度C＝0.8％代表：质量比为8g/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
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：
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/％
由图2(a,b,c,d)可知，四个浓度下，无论是抗旱宝还是海带粉土壤，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>海带粉，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>海带粉，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％。对于添加海带粉的土壤，四个浓度下的节水效率均为正，节水效率大小依次为:
η＝10.299％(C＝0.6％)>η＝10.030％(C＝0.8％)>η＝9.402％(C＝0.4％)>η＝9.133％(C＝0.2％)。
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，土壤添加海带粉节水效率较好。
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
在本发明的第二个应用实例中，添加剂分别为抗旱宝和海带粉，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海带粉作为添加剂，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
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：
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/％
由图3(a,b,c,d)可知，四个浓度下，无论是抗旱宝还是海带粉土壤，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>海带粉。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，且海带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％)。对于添加海带粉的土壤，四个浓度下的节水效率也均为正，节水效率大小依次为:η＝10.477％(C＝0.02％)>η＝10.434％(C＝0.03％)>η＝8.974％(C＝0.01％)>η＝6.698％(C＝0.04％)。对比两种添加剂，低浓度条件下，海带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，海带粉的节水效率均优于抗旱宝的节水效率，以海带粉作为土壤抗蒸发添加剂时，高浓度和低浓度节水效果相差较小，从用量少和低成本考虑，浓度应控制在C＝0.02％～C＝0.03％区间，C＝0.02％时节水效果最好，节水效率可达到10.477％。
本发明的发明核心为：1、按照不同浓度梯度称量若干克海带粉，然后混合，混合均匀后，再根据设定的含水率添加一定量的牛顿液态水，配置成待蒸发的非饱和土壤，其中海带粉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功能，与耕地土壤中的水分子结合，形成蒸发阻力较大的非牛顿液态水，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，具有可观地经济性。
本发明的原理为：当添加海带粉后，土壤中的水分子与海带粉颗粒发生反应，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，其在蒸发作用下水分子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抗旱试剂(海带粉)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减少土壤水分蒸发的方法及抗蒸发添加剂进行了详细介绍，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 (10)
1.一种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，将海带粉混入表层土壤中，得到包含海带粉的土壤；
步骤2，对所述包含海带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；所述海带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土壤，所述减少土壤水分蒸发的方法还包括：
计算海带粉的施加量；
按照计算的施加量，向耕地土壤施撒海带粉，采用机耕的方式将海带粉与表层土壤进行混合；
其中，所述海带粉的用量计算方法为：
海带粉的用量＝表层土壤×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，向所述包含海带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4所述的方法，其特征在于，所述水属于牛顿液态水，所述海带粉将所述牛顿液态水转化成形成非牛顿液态水。
6.一种抗蒸发添加剂，其特征在于，所述抗蒸发添加剂包括海带粉，所述海带粉用于上述权利要求1-5任一所述的方法中。
7.根据权利要求6所述的抗蒸发添加剂，其特征在于，所述抗蒸发添加剂还包括海藻粉，所述海藻粉为非海带粉的任一一种海藻粉；
其中，所述抗蒸发添加剂的原材料为海带或非海带类海藻。
8.根据权利要求6所述的抗蒸发添加剂，其特征在于，所述抗蒸发添加剂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。
9.根据权利要求6所述的抗蒸发添加剂，其特征在于，所述抗蒸发添加剂至少包括海带多糖、蛋白质、纤维素、脂肪、矿物质及核酸。
10.根据权利要求9所述的抗蒸发添加剂，其特征在于，所述海带多糖包括褐藻胶，所述褐藻胶具有保水性和稳定性，将水分子转化成非牛顿液态水。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201027 |
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