蓄水多坑施肥灌溉土壤水氮分布規(guī)律.pdf

1、鑒于我國(guó)北方山丘區(qū)水土流失和干旱等問題，孫西歡教授提出一種在坡地果林灌溉中具有廣闊發(fā)展前景的新型的灌溉方法—蓄水坑灌法。該灌水方法已從室內(nèi)走向田間，并且在蒸發(fā)和水分入滲方面的研究己趨于成熟。但是關(guān)于養(yǎng)分的研究剛起步，僅研究了單坑水氮運(yùn)移規(guī)律，尚未涉及多坑氮素分布規(guī)律方面的研究。而近年來，氮肥的不合理施用引起的氮素淋溶損失及環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，因此進(jìn)行多坑施肥灌溉條件下水氮分布特性的試驗(yàn)研究及數(shù)值模擬對(duì)進(jìn)一步開展該灌水方法具有重要意義。

2、
　　 本論文結(jié)合國(guó)家自然基金項(xiàng)目(50979065)研究?jī)?nèi)容，進(jìn)行了蓄水多坑條件下水分運(yùn)移室內(nèi)試驗(yàn)，并基于溶質(zhì)運(yùn)移理論和土壤水動(dòng)力學(xué)理論，建立了多坑條件下非飽和土壤水氮分布規(guī)律數(shù)學(xué)模型，運(yùn)用算子分裂有限體積法(FVM)結(jié)合高斯一賽德爾迭代法進(jìn)行了模型求解。主要結(jié)論如下:
　　 (1)蓄水多坑水分入滲有自由和交匯入滲兩個(gè)階段。自由入滲階段的水分分布特性同單坑類似，即:①入滲初期，水分運(yùn)動(dòng)以水平擴(kuò)散為主，表現(xiàn)為徑向推進(jìn)距離

3、大于垂向;②濕潤(rùn)體形狀是以蓄水坑軸為中心的近似橢球體。濕潤(rùn)鋒到達(dá)擋板(零通量面)后即交匯入滲階段，擋板附近濕潤(rùn)鋒垂向推進(jìn)距離不斷變大。多坑灌施條件下含水率在垂向的變化為先增大后減小，高含水率集中于30一70cm深度區(qū)域;在水勢(shì)梯度(由基質(zhì)勢(shì)和重力勢(shì)產(chǎn)生)作用下，水分再分布階段的濕潤(rùn)鋒在垂向不斷下移;土壤含水率在徑向剖面分布狀況為:隨著與坑中心距離的增大不斷減小，但是隨著時(shí)間的推移，減小的幅度不斷變小。水分入滲過程中擋板處的含水率是先增大

4、后減小并隨著時(shí)間的變化而趨于均勻化。
　　 (2)同單坑入滲類似，多坑灌施條件下土壤NO-3～--N在濕潤(rùn)體邊緣累積。垂向的高濃度區(qū)域分布在濕潤(rùn)鋒附近;水分入滲過程中濕潤(rùn)體內(nèi)部發(fā)生 NO-3～--N淋溶現(xiàn)象;徑向的高濃度區(qū)域在擋板處，并且NO-3～--N分布比較均勻;由NO-3～--N在土壤中的分布狀態(tài)看出，NO-3～--N在土壤中的運(yùn)移與水分運(yùn)移一致，其主要的運(yùn)移方式是對(duì)流。
　　 (3)土壤中的NH-4～--N離子受

5、土壤膠體對(duì)其的吸附性影響，在土壤中的分布特征不同于NO-3～--N分布特征:主要分布在蓄水坑周圍，并且其含量隨徑向距離的增大而減小;其垂向分布相對(duì)均勻，在濃度鋒處迅速減小為本底值，其分布具有中間高周圍低的特點(diǎn);由NH-4～--N分布特征看出，NH-4～--N離子的運(yùn)移滯后于水分運(yùn)動(dòng)，其主要的運(yùn)移方式是擴(kuò)散。從蓄水坑灌條件下的水氮分布特征看出，該方法具有保水保肥效果。
　　 (4)文中采用算子分裂法結(jié)合有限體積法 (FVM)建立了