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蓄水多坑施灌条件下土壤水氮运移特性试验研究

申星  
【摘要】:我国水资源极度匮乏,特别是在北方山丘地区,干旱和水土流失等问题比较严重,针对这些问题,孙西欢教授提出了一种新型的灌溉方法——蓄水坑灌法。蓄水坑灌法主要应用于果林灌溉,它的最大优点就是把节水灌溉和保持水土有机地结合在一起,试验表明,具有很好的保水、节水及保持水土的作用。经过十多年的研究,该方法已从室内模拟成功地走向田间试验,蒸发及水分入渗方面已取得一些成果,但在养分分布运移方面仅处于起步阶段。而蓄水多坑更接近田间实际情况,因此,研究在蓄水多坑施灌条件下土壤水氮分布运移特性就显得尤为重要。 本文在进行室内模拟试验的基础上,结合土壤溶质运移和土壤水动力学中所学理论,对试验数据进行了理论分析,以探索蓄水多坑土壤水氮分布运移规律。此次试验设计了三因素三水平对土壤水氮运移的影响,分别是土壤容重(1.3,1.4,1.47g/cm3)、肥液浓度(700,900,1100mg/L)、灌水量(9,11,13L),得到的主要结论如下: (1)蓄水多坑入渗条件下,水分在到达挡板(零通量面)之前的入渗属于自由入渗。起始时,湿润锋的径向推进距离大于垂向距离,一段时间后,垂向推进距离在基质势和重力势的共同作用下大于只有基质势作用的径向距离。湿润土体的形状近似为以坑轴为中心的不规则椭球体。水分运移到达挡板之后,水分入渗进入交汇入渗阶段,开始垂向推进,最终其分布趋于均匀化。土壤含水率分布情况为,在垂向上呈中间高、两边低,在30cm-60cm深度含水率达到峰值;径向分布情况为,随着径向距离的增大,含水率逐渐减小 (2)在湿润土体内,容重越小,湿润锋推进距离越远;达到一定的累积入渗量所需要的时间越短,累积入渗量曲线越陡,相应的入渗率越大;容重越小含水率亦越小,使得水分易于向更远处运移。肥液浓度越大,湿润锋推进越远;对累积入渗量和入渗率有一定的影响;对含水率的影响亦不是很大。不同灌水量在自由入渗阶段湿润锋、累积入渗量和入渗率基本相同;灌水量越大含水率越大。 (3)硝态氮带负电荷的特性使其不易被土壤胶粒吸附,在土壤中的运移情况与水分运移保持一致,对流是硝态氮溶质运移的主要机理。多坑条件下土壤硝态氮垂向分布具有中间含量低上下含量高的特点,垂向距离在20—80cm处的硝态氮含量均小于本底值,而5cm处和85cm处则较高;径向分布情况为,在径向35cm之前,硝态氮含量变化不大,到了45cm挡板处突然增大,硝态氮在湿润边界形成积累,在挡板处累积达到最大值。铵态氮带正电荷,故而易被土壤胶粒吸附,因此铵态氮的运移滞后于水分运移,扩散是铵态氮溶质运移的主要机理。铵态氮垂向分布呈现出含量先增大而后减小的趋势,但都仍大于本底值;径向分布情况为,在整体上随着径向距离的增大而呈下降趋势,但都仍大于本底值,只有在挡板45cm处小于本底值。 (4)容重越大,硝态氮含量越小,铵态氮含量越大,这与它们所带电荷和土壤胶体颗粒吸附有关。肥液浓度越大,硝态氮含量越大,铵态氮含量也越大,这主要还是灌溉时氮素含量不同的原因。灌水量越大,硝态氮含量越小,铵态氮含量越大,这说明灌水量过大会造成硝态氮的流失,而铵态氮易于被土壤胶体颗粒吸附,不易随水分运移而积聚下来。 (5)比较不同径向r=30cm处和r=40cm处的含水率变化图以及硝态氮和铵态氮含量变化图,可以看出,由于r=40cm处更接近挡板,即模拟的零通量面,r=40cm处的含量更加趋于平缓,这是因为水分到达挡板后会进行再分布,使得水分在土箱中分布更加均匀化。这就体现出了挡板存在的作用,即零通量面会使水分分布趋于均匀化,硝态氮和铵态氮也随之重新分布,这说明蓄水多坑具有更好的保水、保肥作用。


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