蓄水单坑施灌条件下水氮运移的数值模拟

摘要

水资源短缺和环境污染己成为当今的世界性问题。水分和氮素是作物生长必不可少的养分，大量施肥又是造成环境污染的原因之一，因此，研究合理的灌溉施肥是推动农业发展、避免施肥造成环境污染的有效手段。
　　 本文通过阅读大量的文献，对土壤溶质运移的研究现状进行了综述，结合国家自然科学基金项目(50979065)，针对北方干旱、半干旱地区果园灌溉施肥的问题，对蓄水坑施灌条件下水氮运移进行了室内试验，并通过有限元数值模拟方法进行了研究，取得如下成果:
　　 1.蓄水单坑施灌后，水分以坑轴为中心对称分布，集中分布在中深层;
　　 含水率由蓄水坑中心向四周逐渐减小，最大值出现在坑底附近。水分的这种分布既有利于水分被作物吸收利用，又大幅地减少了水分的地表蒸发和深层渗漏，很好地体现对蓄水坑灌法保水性。
　　 2.通过对蓄水坑施灌后，氮素随水分运动分布在以坑轴为中心的湿润体范围中。铰态氮随着径向距离的增大逐渐减小，其最大值出现在蓄水坑壁附近;硝态氮随着径向距离的增大逐渐增加，最大值处于湿润锋处，即硝态氮的溶质锋和湿润锋重合。这种分布使得氮素很容易随水分被作物吸收利用，同时还可以有效地减少铰态氮挥发和硝态氮渗漏损失，体现了蓄水坑灌法保肥性。
　　 3.在假定土壤均质各向同性、骨架不变形的基础上，分别建立了二维水分和氮素运移的数学模型，并利用有限元法进行求解;在试验测定参数的基础上，用C语言编制了计算程序进行计算，得出模拟结果，并与实验结果进行了对比分析，模拟值与实验值吻合较好，说明本文所建的数学模型可以较合理地模拟蓄水单坑施灌条件下水氮运移的实际情况，其数值求解方法是可行的。
　　 本文主要研究了蓄水单坑施灌条件下水分和氮素运移规律、探讨了水分和氮素的分布情况，并进行了数值模拟，其研究成果对合理灌溉和科学施肥、有效降低氮素对环境的污染有着重要的意义。

目录

第一章、引言

第二章、土壤水氮运移参数的确定

第三章、蓄水坑灌条件下土壤水氮运移模型

第四章、蓄水坑灌条件下土壤水氮运移试验

第五章、蓄水坑灌条件下土壤水氮运移模型的验证

第六章、结论和分析

参考文献

致谢

录附

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