涌泉根灌土壤水氮运移特性及其影响因素研究

摘要

为了提高涌泉根灌水肥一体化灌溉条件下水分和氮素的利用效率，本文在室内通过人工配置不同肥液浓度、土壤初始含水率、土壤容重以及设置不同的灌水器间距水平，用土箱进行水肥入渗模拟试验。探究了各个影响因素对涌泉根灌入渗能力、湿润锋运移、土壤水分分布以及铵态氮和硝态氮运移特性的影响。取得的主要研究成果如下：
　　（1）肥液浓度、土壤初始含水率、土壤容重和灌水器间距在涌泉根灌肥液入渗条件下的单位面积累积入渗量均与入渗时间吻合Kostiakov入渗模型。建立了以累积入渗量为因变量，入渗时间和各个影响因素为自变量的数学模型。累积入渗量伴随着肥液浓度的增大、初始含水率和土壤容重的减小而呈现出逐渐增大的趋势。涌泉根灌单向交汇条件下的累积入渗量较自由入渗小，且灌水器间距越小，相应的累积入渗量越小。
　　（2）肥液浓度、土壤初始含水率以及土壤容重条件下，涌泉根灌肥液入渗各向湿润锋运移距离与入渗时间具有较为显著的幂函数关系；建立了以湿润锋运移距离为因变量，入渗时间和各个影响因素为自变量的湿润锋运移预测模型。经过验证，得到的模型具有较高的可^靠性。同一入渗时刻条件下，各向湿润锋运移距离伴随着土壤容重的减小、土壤初始含水率和肥液浓度的增大而呈现出逐渐增大的趋势。伴随着灌水器间距的增大，灌水器位置处竖直向上、竖直向下的湿润锋运移距离均呈现出逐渐减小的趋势，均大于相同条件下的自由入渗；交汇界面处的湿润距离伴随着灌水器间距的增大而减小。灌水结束时刻，土壤容重越小、土壤初始含水率以及肥液浓度越大，灌水结束时刻湿润体内同一节点处的土壤水分含量相应的越大。随着再分布进行，湿润体范围变大，水分分布更加均匀。
　　（3）涌泉根灌肥液入渗湿润体内铵态氮和硝态氮的分布受肥液浓度、初始含水率、土壤容重、灌水器间距以及时间和空间的影响。基于铵态氮特性，灌水结束及再分布阶段，铵态氮分布范围主要集中在灌水器出水孔附近土壤区域；对于硝态氮而言，基于其不易被土壤吸附易随水分运移的特性，其在湿润体内分布特性与水分相似。灌水结束时刻，湿润体内同一节点处的铵态氮、硝态氮质量分数随着土壤容重的减小、肥液浓度的增大而表现出增大的现象，湿润体内铵态氮和硝态氮平均值、变化量及变化率也均表现出与此相似的变化趋势。随着土壤容重的减小、肥液浓度、土壤初始含水率的增大，湿润体内硝态氮的分布区域变大。湿润体交汇界面同一节点处铵态氮、硝态氮质量分数均随着灌水器间距的减小而增大。湿润体内硝态氮质量分数在再分布3d之内，平均值基本无变化，分布范围变大，变得较为均匀；再分布5d直至再分布20d，湿润体内铵态氮质量分数减小幅度较大；再分布20d，湿润体内铵态氮含量接近土壤本底值；再分布5d开始，硝态氮质量分数增幅较为显著，直至再分布15d，湿润体内硝态氮含量基本达到最大值；再分布20d开始，硝态氮含量低于再分布15d，越接近土壤表层，硝态氮减少越缓慢。
　　（4）在Hydrus-3D软件基础上对涌泉根灌条件下的水分入渗特性进行了相关模拟研究，并将模拟结果与实测值进行对比分析。表明Hydrus-3D软件可以很好的模拟涌泉根灌土壤水分入渗特性。

目录

声明

1绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究进展

1.3研究内容与技术路线

2.1试验区概况

2.2试验装置

2.3观测方法

2.4土壤参数确定

3肥液浓度对涌泉根灌土壤水氮运移特性的影响

3.1试验方案

3.2肥液浓度对涌泉根灌土壤水分运移特性的影响

3.3 肥液浓度对涌泉根灌土壤氮素运移特性的影响

3.4本章小结

4初始含水率对涌泉根灌土壤水氮运移特性的影响

4.1试验方案

4.2初始含水率对涌泉根灌土壤水分运移特性的影响

4.3初始含水率对涌泉根灌土壤氮素运移特性的影响

4.4本章小结

5土壤容重对涌泉根灌土壤水氮运移特性的影响

5.1试验方案

5.2土壤容重对涌泉根灌土壤水分运移特性的影响

5.3土壤容重对涌泉根灌土壤氮素运移特性的影响

5.4 本章小结

6.1试验方案

6.2灌水器间距对涌泉根灌土壤水分运移特性的影响

6.3灌水器间距对涌泉根灌土壤氮素运移特性的影响

6.4本章小结

7.1土壤入渗基本方程

7.2定解条件

7.3试验方案与Hydrus模型验证

7.4本章小结

8结论与建议

8.1结论

8.2建议

致谢

参考文献

附录