蓄水坑灌條件下土壤水氮運(yùn)移特性試驗(yàn)及數(shù)值模擬研究.pdf

1、水資源短缺和氮肥的利用率不高已經(jīng)成為制約我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要問(wèn)題。因此提高土壤水氮的利用率，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的污染是至關(guān)重要的。
　　 蓄水坑灌法是一種適合我國(guó)北方山丘果林地區(qū)的節(jié)水灌溉方法，可同時(shí)實(shí)現(xiàn)保持水土和解決干旱兩大問(wèn)題。試驗(yàn)采用30°扇形有機(jī)玻璃土箱進(jìn)行了室內(nèi)蓄水單坑、多坑和復(fù)水(清水)試驗(yàn)，其中蓄水單坑和多坑試驗(yàn)采用土壤容重1.4g/cm3、灌水量6L、氮素濃度700mg/L和三種土壤容重(1.3g/cm3、1.4g

2、/cm3、1.47g/cm3)；復(fù)水試驗(yàn)設(shè)置兩個(gè)因子，復(fù)水量(1.75L、3.5L、5.25L)和復(fù)水時(shí)間(灌后5d、7d、10d)，本文采用室內(nèi)試驗(yàn)與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法，研究了蓄水坑灌肥液入滲條件下土壤水氮運(yùn)移特性。主要研究成果為：
　　 (1)通過(guò)室內(nèi)蓄水單坑物理模型試驗(yàn)，研究了蓄水坑灌單坑入滲條件下土壤水氮運(yùn)移特性，根據(jù)土壤水氮的分布特性，建立了濕潤(rùn)體內(nèi)土壤平均含水率、含水率的變化量和變化率，土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的變化量、

3、變化率、土壤NH4-N/NO3-N比值與土壤容重和再分布時(shí)間的非線(xiàn)性回歸方程，回歸方程的決定系數(shù)最小為0.693，均大于臨界相關(guān)系數(shù)0.532，F(xiàn)值最小為16.2，均大于5％顯著水平的F值(4.46)。
　　 (2)建立了蓄水坑灌條件下土壤水氮運(yùn)移的數(shù)學(xué)模型，利用有限體積法對(duì)土壤水氮運(yùn)移方程進(jìn)行了求解，并利用室內(nèi)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，土壤濕潤(rùn)鋒運(yùn)移情況、土壤含水率、坑內(nèi)水位的恒定入滲時(shí)間，模擬與實(shí)測(cè)的土壤水量平衡誤差較小

4、，相對(duì)誤差均小于10％；土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮的模擬值與實(shí)測(cè)值吻合良好，計(jì)算的均方根誤差較小，說(shuō)明所建立的蓄水單坑數(shù)學(xué)模型是正確的，利用有限體積法求解是可行的。
　　 (3)通過(guò)室內(nèi)蓄水多坑物理模型試驗(yàn)，研究了蓄水多坑入滲條件下土壤水氮運(yùn)移特性，并比較了蓄水多坑和單坑入滲土壤水氮的運(yùn)移特性，結(jié)果表明，蓄水多坑入滲條件下土壤水分和銨態(tài)氮分布的均勻系數(shù)更高，而硝態(tài)氮分布的均勻系數(shù)較低；蓄水多坑入滲條件下，土壤容重越大，土壤含水率和銨態(tài)氮

5、分布的均勻系數(shù)越小，而土壤硝態(tài)氮分布的均勻系數(shù)越大。
　　 (4)建立了蓄水多坑入滲條件下土壤水氮運(yùn)移的柱坐標(biāo)下的三維運(yùn)動(dòng)方程，考慮了氮素轉(zhuǎn)化過(guò)程中尿素的水解、銨態(tài)氮吸附、有機(jī)質(zhì)礦化、硝化作用和反硝化作用，忽略銨態(tài)氮的揮發(fā)作用和硝態(tài)氮的淋溶作用，采用有限體積法對(duì)土壤水氮運(yùn)移方程進(jìn)行了求解，利用室內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。結(jié)果表明，土壤濕潤(rùn)鋒、含水率、土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮含量的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值吻合較好，計(jì)算的相對(duì)誤差和均方根誤差較小，模擬

6、值與實(shí)測(cè)值之間的相關(guān)系數(shù)較高，說(shuō)明所建立的蓄水多坑土壤水氮運(yùn)移方程是正確的，采用有限體積法求解是可行的，該模型可用于預(yù)測(cè)蓄水多坑土壤水氮運(yùn)移的動(dòng)態(tài)變化。
　　 (5)利用室內(nèi)蓄水單坑物理模型試驗(yàn)，研究了復(fù)水對(duì)蓄水坑灌條件下土壤氮素空間分布的影響。結(jié)果表明，復(fù)水量越大，土壤銨態(tài)氮和硝態(tài)氮向水平方向運(yùn)移的距離越遠(yuǎn)，對(duì)土壤銨態(tài)氮的垂直運(yùn)移不明顯，對(duì)土壤硝態(tài)氮的垂直運(yùn)移顯著，存在一定的淋溶風(fēng)險(xiǎn)；第5d復(fù)水對(duì)土壤銨態(tài)氮的水平運(yùn)移影響較大，