不同水肥条件下水稻氮素运移与转化规律研究

针对不同的水肥处理,采用15N示踪方法,观测分析了氮素在稻田的时空分布及运移规律、挥发及淋失损失规律、氮素在水稻植株中的分布特征、稻田氮量平衡等。结果表明:不同灌溉方式下,由于稻田水分状况的差异导致土壤养分时空分布不同,从而影响其对作物的有效性;由于节水灌溉稻田水分相对较少,基质浓度较高,挥发损失高于淹灌。虽然节水灌溉下稻田渗漏液NH₄及NO₃-浓度较淹灌高,但由于此时总渗漏量显著减少,氮的总淋失较淹灌条件少;节水灌溉下,适当增加追肥次数,有利于减少各种氮素养分的损失,提高氮肥利用率;节水灌溉下水稻对氮素的吸收利用率高于淹灌,且有利于氮素养分向稻谷转移。     

滇池流域集约化农田区氮素损失研究

集约化农田区氮素流失是构成滇池流域面源污染、水体富营养化的重要因素。基于滇池流域集约化农田区产业结构特征、施肥方式、土壤物化性质分析,利用现场模拟试验,探讨水土生复合系统中氮素输移、分布和损失机制,量化不同情景下氮素损失量。研究表明,集约化农田土壤氮素损失主要途径是通过气态(NH3、N2O、NO/NO2、N2等)、作物吸收、生物作用和淋失。气态氮损失受温度、土壤特性、施肥类型、方式与施肥量、地下水埋藏条件等因素综合制约,NO-3 N是氮淋失的主要形式。根据试验与计算结果,Ⅰ区和Ⅱ区的合理施肥的氮利用率分别为30 8%和20 8%,高于习惯施肥的11 5%和8 5%,气态损失和淋失率均低于习惯施肥。显然,施肥的合理性是控制集约化农业区氮素损失的重要措施。     

灌水定额对玉米膜孔灌土壤水氮运移特性影响试验研究

通过玉米膜孔灌测坑试验,分析了灌水定额条件下的膜孔灌农田土壤垂直剖面水氮分布规律。经研究表明：灌水定额越大,土壤含水量越大,分布范围越广,土壤80~100 cm层的含水量越高;灌水定额越大,土壤表层（0~20.0 cm）含水量变化越大,硝态氮含量越小,变化越大,对深层80~100 cm硝态氮含量影响越大;随灌水定额的增加,硝态氮累积峰越靠下,低、中、高灌水定额的硝态氮累积峰分别出现在30 cm4、0 cm5、0 cm左右,高灌水定额时,增加了硝态氮的淋失,不利于作物对水氮的吸收。     

基于HYDRUS-1D模型模拟关中盆地氮在包气带中的迁移转化规律

以陕西关中盆地为研究区,利用HYDRUS-1D软件构建土壤水分运移模型、作物根系吸水模型和溶质运移模型,模拟了"三氮"在包气带中的迁移转化过程。结果表明:1)作物根系吸水吸氮规律一致,且主要吸收氨氮形式的氮素,吸收率为35%;2)亚硝态氮和硝态氮更容易被淋失到地下水中,且主要以硝态氮为主;3)不同包气带岩性对"三氮"向下迁移的速率和迁移量影响很大。     

预测农田水分渗漏和氮素淋失的两种模型比较

以田间试验为基础,分别用平衡模型和动力学模型计算了3个小区农田水分渗漏量和氮素淋失量,并对其结果进行了比较,平衡模型计算的水分渗漏量为191～202mm,氮素淋失量为38～63kg·N/hm2;而用动力学模型计算的水分渗漏量为168～234mm,氮素淋失量为27～53kg·N/hm2。造成结果差异的主要原因是:平衡模型没有考虑向上的水流和非饱和流;而动力学模型同时考虑了二者。动力学模型需要大量的田间实测资料,主要应用于农田氮素循环、定量评价水氮资源利用率、优化水肥管理措施等方面。平衡模型仅需要非常少的资料,就能够得到农田水分渗漏量和氮素淋失量,这对精度要求不太高的农田水肥管理来说,不失为一种好方法。     

再生水灌溉条件下氮磷运移转化实验与数值模拟

利用二维饱和-非饱和土壤氮磷运移转化模型nitrogen-2D对污水灌溉试验的实测数据进行了分析, 结果证明所提出的模型可以较好的描述土壤中的水分运动和氮的转化运移过程, 土壤含水量及铵态氮剖面模拟值与实测数据吻合程度较好.用检验过的数学模型模拟了不同污水灌溉方案下土壤及地下水中不同形态氮及磷的变化情况, 分析了不同灌溉方案下土壤的氮磷平衡和农田养分平衡状况, 结果表明: 适度的污水灌溉, 硝态氮和无机磷不会淋溶出1.5m土层, 不会对地下水造成氮磷污染; 施入土壤的铵态氮, 由于有较强的吸附性, 不易被作物直接吸收, 49%转化成硝态氮, 作物根系吸收以硝态氮为主, 氮肥当季利用率为23.3%;反硝化是进行污水灌溉时旱地土壤氮素的主要损失形式, 约占施入氮量的12.6%.      

沂源县田庄水库农业面源氮素淋滤行为研究

受农业面源影响,典型山区水库-田庄水库氮素超标,通过模拟土壤在不同降雨强度与不同降雨类型下的淋滤行为,探讨氮素淋溶释放规律,并对田庄水库农业面源氮素入库量进行了计算。结果表明,降雨类型和降雨强度只影响土壤中氨氮峰值浓度出现的时间,对其数值影响不大,由于土壤中硝氮含量较高,使降雨强度和类型对其淋出液中的硝氮峰值浓度产生的时间和数值都有所影响;农业面源氮污染通过田庄水库四条入库河流年均排入水库中的硝氮总量高达604．49t,氨氮为23．85t。     

蔗渣生物质炭对喀斯特农田石灰性土壤氮转化过程的短期影响

生物质炭对于土壤中不同形态氮库的含量影响已有较多研究,但对西南喀斯特区石灰性土壤氮素形态,尤其是控制氮素形态的转化过程研究较为缺乏。本研究设置土壤中添加1%(C1)和3%(C2)蔗渣生物质炭2个用量水平,并以不施用蔗渣生物质炭作为对照(CK),共3个处理,通过 15 NH 4 NO 3 和NH^15 4 NO 3 成对标记技术,结合MCMC氮素转化模型研究了不同用量的蔗渣生物质炭对石灰性土壤氮转化过程的短期影响,为该地区蔗渣资源化利用和土壤氮保持提供理论支撑。结果表明,与CK相比,添加蔗渣生物质炭能够快速提高土壤pH和有机碳含量。添加生物质炭并没有显著改变土壤氮的矿化、铵态氮(NH^+ 4 )和硝态氮(NO^- 3 )的微生物同化和异养硝化速率,但NH^+ 4 吸附速率随生物质炭用量的增加而提高,以添加量最高的C2处理最大。添加生物质炭同样提高了土壤NH^+ 4 释放速率,但C1和C2处理的土壤NH^+ 4 释放速率并无显著性差异。与CK和C1处理相比,施用高量蔗渣生物质炭通过抑制自养硝化速率而显著降低了硝态氮净产生速率。这些结果表明,施用高量蔗渣生物质炭于石灰性土壤中可快速实现对NH^+ 4 吸附,降低自养硝化速率,减少NO^- 3 产生,从而降低了其损耗和淋失风险。     

东亚干旱半干旱区域表层土壤铵态氮的地理分布

土壤中的铵态氮(NH4+)是土壤中最重要的一种活性氮的形态之一:不仅是植物可以直接吸收利用的氮素营养,也是土壤氮素气态损失的共同的源--NH3挥发和硝化反硝化释放的NO2均是从NH4+开始.     

关中娄土剖面中重金属元素的垂直分布规律研究

通过对关中平原西安污灌区、宝鸡峡灌区、交口灌区关中娄土剖面土壤样品的采集、监测,重点分析了对土壤环境及人体危害较大的Cd、Pb、As、Cr等重金属元素在土壤剖面中的垂直分布和淋失迁移的特征.结果表明:在长期污灌的条件下,关中娄土剖面中的Cd、Pb、As、Cr含量具有在土壤耕作层富集的特征,关中娄土剖面中的Cd、Pb含量具有从耕作层向土壤下层递减的趋势,As、Cr含量从耕作层向土壤下层递减的趋势不明显.关中娄土剖面中的Cd、Pb、As、Cr含量在80～100 cm土壤粘化层中均具有明显增高的趋势,为土壤剖面中重金属元素垂直分布的转折层.关中娄土剖面中重金属元素的淋失率具有CA>Cr>As>Pb的特征,且土壤剖面中重金属的淋失率具有从耕作层、犁底层、老耕层、古耕层、粘化层垂直递增的趋势.当污灌区土层中的重金属含量高时,土壤剖面中的重金属元素Cd、Cr、As、Pb均可向土壤下包气带土层淋虑迁移,对地下水的安全构成威胁.     

云南滇池流域西芹种植区不同施肥条件下的地下水环境氮素污染

通过野外田间实验,研究了高量施肥处理、低量施肥处理、不施肥处理以及空白对照裸地等不同施肥处理条件下土壤水中各种形态氮的时空分布情况,探讨了地下水环境中氮素在不同施肥处理条件下的迁移转化特征.结果表明,在各种处理条件下,土壤水中硝态氮质量浓度随深度的增大而减小,而亚硝态氮与铵态氮质量浓度在剖面上的变化幅度较大,这种变化主要受土壤水氧化还原电位的影响.硝态氮随时间的变化趋势在4个处理区表现各异:在高量施肥处理区,各层位的土壤水中硝态氮质量浓度总体上呈增大趋势;在低量施肥处理区,硝态氮受作物生长和灌溉的影响呈拍岸浪式向下迁移;在不施肥处理区和空白对照裸地处理区,由于表层土壤中硝态氮背景值较高(0～30 cm处土壤硝态氮平均质量分数达到15.59 g/kg),灌溉水的下渗也导致硝态氮向下迁移.高量施肥处理区和空白对照裸地处理区土壤水的对比表明,施肥可促进0.6～1.5 m深处土壤的反硝化作用,从而增大这些层位土壤水中亚硝态氮和铵态氮的质量浓度.     

非线性节水高产优化模型

为研究节水高产的灌溉制度,从研究作物根区土壤水运动及作物腾发规律入手,建立了一个求解作物灌溉制度的非线性优化模型.经实例验证,模型是合理可行的.     

膜下滴灌微区环境对土壤水盐运移的影响

基于膜下滴灌特有的"膜中"、"膜间"、"膜边"、"膜外"微区环境,利用2011—2013年田间对比试验方法获取的5 960个数据,运用柯布-道格拉斯模型,构建膜下滴灌环境土壤层次、灌水定额、土壤水分、气温、蒸发综合因素与土壤水盐关系及影响效应分析模型.结果表明,在气候干旱、蒸发强烈灌区,地膜覆盖与滴灌结合的地表介面灌溉形式下,土壤水盐具有水平方向由"膜中"向"膜边"地表裸露区定向迁移,垂直方向土壤水盐则由下向上层运移且趋于"膜外"边界积累的趋势,尤其是气温与蒸发因素交互作用,推进膜下滴灌土壤水盐在地膜覆盖与土壤裸露区域空间运移,研究结果进一步揭示了膜下滴灌"土壤水盐定向迁移"形成机理,为膜下滴灌土壤水盐地表排放模式应用提供了依据.     

喷灌条件下冬小麦田间水分运移数学模拟及灌溉模式的研究

为探讨节水高产喷灌模式,用数学模拟和田间试验相结合方法,研究了冬小麦在喷灌条件下田间水分运移规律。数学模拟结果与田间实测土壤含水率吻合良好。在此基础上模拟计算出不同喷灌定额下,消耗于作物蒸腾、表土蒸发和深层渗漏的水量,结果表明40～60mm喷灌定额下的农田水分无效消耗(表土蒸发+深层渗漏)最小,从而得出节水高产的冬小麦喷灌灌溉模式。经田间试验对比,获得相同产量条件下,本文提出的模式比现行喷灌模式节约灌溉水45%。     

喷灌条件下土壤水分空间分布特性研究

分别在火山灰土和砂壤土两种土壤上进行了不同喷灌均匀系数和灌水量的土壤水分空间分布试验。对土壤干容重空间分布规律的研究表明,干容重在空间的随机分布可用正态分布来表示。为了确定喷灌洒水量和土壤含水率的空间结构,分别计算了它们的半方差和自相关函数。结果指出,喷灌洒水量的相关距离为h～6m,该距离随风速呈增大趋势;灌水停止4h后的土壤含水率的相关距离为5～6m,喷灌均匀系数对该距离无明显影响。田间试验还表明,喷灌洒水在土壤中的分布要比其在地表的分布均匀得多,土壤水分空间分布的均匀性主要取决于土壤初始含水率的均匀程度和灌水量。     

The role of soil surface water regimes and raindrop impact on hillslope soil erosion and nutrient losses

Few investigations have addressed the interaction between soil surface water regimes and raindrop impact on nutrient losses, especially under artesian seepage condition. A simulation study was conducted to examine the effects on nitrogen and phosphorus losses. Four soil surface water regimes were designed: free drainage, saturation with rainfall, artesian seepage without rainfall, and artesian seepage with rainfall. These water regimes were subjected to two surface treatments: with and without raindrop impact through placing nylon net over soil pan. The results showed saturation and seepage with rainfall conditions induced greater soil loss and nutrient losses than free drainage condition. Nutrient concentrations in runoff from artesian seepage without rainfall condition were 7.3–228.7 times those from free drainage condition. Nutrient losses by runoff from saturation and seepage with rainfall conditions increased by factors of 1.30–9.38 and 2.81–40.11 times, and the corresponding losses with eroded sediment by 1.37–7.67 and 1.75–9.0 times, respectively, relative to those from free drainage condition. Regardless of different soil surface water regimes, raindrop impact increased 20.90–94.0 % nutrient losses with eroded sediment by promoting soil loss, but it only significantly enhanced nutrient transport to runoff under free drainage condition.     

沟灌土壤水分运动数值模拟与入渗模型

为进一步探明沟灌二维土壤水分运动规律,以非饱和土壤水分运动理论为基础,建立了沟灌土壤水分运动数学模型,用多组试验资料对模型模拟结果进行验证,两者基本吻合,表明模型可用于模拟沟灌二维土壤水分入渗过程.用所建模型对不同因素组合下沟灌土壤湿润体特性进行模拟分析,结果表明:土壤初始含水率、沟间距对沟灌累积入渗量影响较小,土壤质地、容重、沟底宽和沟中水深对其影响较为显著;沟底宽、土壤初始含水率对土壤湿润体水分分布影响较小,土壤质地、容重对其影响较大,沟间距、沟中水深对其影响主要在零通量面附近,当入渗发生交汇后,零通量面处垂向湿润锋运移加快.以此为基础,建立了包含湿周在内的沟灌累积入渗量计算模型.