亲水砂粉 mulch 转变土壤蒸发从温度控制到扩散受限 regimes

在炎热的干旱和半干旱地区，由于强烈的阳光照射和高温，大量灌溉水通过表面蒸发被浪费，限制了淡水可持续性和作物生产力。亲水砂 (SHS) mulch 作为一种无塑料、受生物启发的技术，被提出作为干燥扩散屏障以抑制蒸发损失。本文结合受控柱实验和热力、质量传递建模，量化了 SHS 厚度和土壤性质如何在固定辐照条件下支配蒸发。相对于未使用 mulch 的对照组，5 mm 的 SHS 层在细砂中的蒸发通量降低 65%，在粗砂中降低 63%，而 10 mm 层分别降低 83% 和 70%。值得注意的是，mulch 后的土壤类型趋势发生了反转：尽管未使用 mulch 时细砂的蒸发率比粗砂高 37.5%，但施加 10 mm 的 SHS 层后，细砂的蒸发率降低至粗砂的 40%。为解释这种反直觉的行为，我们开发了一种耦合热力和蒸汽传输模型，包含土壤热力学特性以及通过多孔 mulch 层的扩散。该模型准确预测了有关 mulch 和未 mulch 系统的稳态温度轮廓和蒸发率。我们的结果表明，SHS mulch 将蒸发从受表面温度控制的 regime 转变为由 mulch 厚度和土壤热导率支配的扩散受限 regime。这种机理理解阐明了 SHS 的性能，支持其在干旱农业和园艺应用中提高灌溉效率的潜力。