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黄淮海平原主要土壤中硝态氮运移规律及模型应用研究

邓建才  
【摘要】: 采用马氏瓶、恒流泵控制饱和、非饱和土壤中水的流速,通过室内土柱模拟实验,研究了饱和、非饱和土壤中硝态氮的垂直运移规律与非饱和土壤中硝态氮的水平运移特性以及影响因素,并应用CXTFIT模型描述饱和土壤中硝态氮垂直运移特征,可以得到以下结论: 黄淮海平原3种主要土壤类型各土层的饱和导水率在5.95×10~(-6)~1.08×10~(-2)cm.s~(-1)之间变化,并随着土壤剖面深度的增加呈现出表土层高、中间土层低、底土层又升高的趋势;扰动土与原状土的饱和导水率差异较大,经统计分析达到极显著水平;土壤容重、孔隙度、有机质含量和粘粒含量对饱和导水率均有影响。应用RETC(Retension Curve Model)估算的3种土壤各土层非饱和导水率,均随土壤水吸力的增加而减少;当土壤水吸力较低时,表土层土壤非饱和导水率大于底层土和中间土层的土壤非饱和导水率;当土壤水吸力增大到一定值时,中间土层的土壤非饱和导水率反而大于底土层和表土层。各土层的水分特征曲线总的趋势是一致的,即随土壤水吸力的增加土壤体积含水量逐渐下降;应用RETC拟合的水分特征曲线与测定曲线的符合程度达到极显著水平。3种土壤水分扩散率在1.0×10~(-3)~15 cm~2.min~(-1)之间变化;土壤水分扩散率与土壤体积含水量之间的关系符合经验公式D(θ)=a e~(bθ),皆呈指数函数变化,经统计均达到极显著水平。 在硝态氮水平运移过程中,各土层硝态氮水平运移速率与运移距离间符合幂函数关系,经统计分析,均达到了极显著水平;其水平运移速率随土壤体积含水量的变化趋势基本一致,即随着土壤体积含水量的增加而增加;其水平运移速率还随土壤水分扩散率呈指数曲线变化,经统计分析达到极显著水平。硝态氮水平运移浓度随硝态氮源距离的增加而逐渐增加,并且在土壤干湿交界处(湿润锋面)达到最大值;其浓度随着土壤体积含水量的增加而成比例减少,符合幂函数曲线变化趋势,经统计分析均达到极显著水平;其浓度还受土壤水分扩散率的影响,即随土壤水分扩散率升高而下降。 黄淮海平原主要土壤中硝态氮运移规律及模型应用研究 在土壤饱和条件下,用稍态氮作垂直运移试验,不同浓度(100mg’L一‘、200mg’L一,) 的硝态氮示踪后得到的稍态氮穿透曲线基本重合,表明稍态氮的浓度对穿透曲线影响 不大;伴随阴离子(SO了一)和不同价态的陪伴阳离子(K十和Ca2+)示踪处理后3种 土壤的表土层穿透曲线的形状、峰值以及完成一个的出流周期所经历的时间变化不明 显,并且对各土层峰值的影响较小;但经伴随so了一离子示踪后的中间土层、底土层的 硝态氮出流时间提前;经过Ca“+示踪后的中间土层、底土层中稍态氮出流时间具有滞 后效应,这些现象在中间土层中表现较为突出。 在土壤非饱和条件下,经不同流速处理后稍态氮垂直运移获得的曲线是一种前缘 陡峭、后缘拖尾的“拖尾”型穿透曲线,输入峭态氮溶液的速率越小,拖尾现象愈明 显、穿透曲线就越不对称。 在稳定流和土壤饱和条件下,运用C犷刀刁T对稍态氮在垂直运移过程中的轨迹进 行拟合具有较高精度,决定系数均达到极显著水平,表明模拟穿透曲线与测定的穿透 曲线之间无差别,因此可以用此模型对试验区土壤中硝态氮的运移规律进行预测、预 报。


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