沟灌过程中施肥时机对土壤水氮运移特性与灌水施肥质量的影响

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灌溉施肥就是将肥料溶解在灌溉水中,使灌水和施肥同时进行,来满足作物对水分和养分的需求,其具有降低养分流失引起的农田土壤生态环境污染风险,提高化肥利用率的优点。但以往研究较少分析沟灌过程中施肥时机对土壤湿润体内不同形态氮素运移转化具体信息,导致较难提出具有一定普适性的沟灌施肥技术要素合理组合。基于此,本文采用试验研究、理论分析和数值模拟相结合的技术路线,分析砂壤土和黏壤土质地施肥时机对土壤水氮运移转化特性的影响,结合大田沟灌施肥试验,量化比较施肥时机对灌溉施肥质量的影响,提出研究区域合理的沟灌施肥技术要素组合。得到以下主要研究结论:(1)分析了施肥时机对土壤水氮运移转化特性的影响。结果表明,施肥时机对一维入渗土壤累积入渗量和湿润体中水分运移特性影响微小,但对土壤中不同形态氮素(尿素态氮、硝态氮和铵态氮)的运移转化特性影响显著;不同施肥时机对土壤0-40 cm中铵态氮(NH4+-N)和硝态氮(NO3--N)含量有较大影响,后1/2入渗水量和全过程施肥时均大于前1/2入渗水量施肥。(2)基于一维入渗试验实测数据反演得到土壤水力特性参数,利用反演所得的参数模拟不同施肥时机下沟灌土壤水分运动过程。结果表明,不同施肥时机条件下沟灌湿润锋运移距离和累积入渗量模拟值与实测值的相对误差均小于10%,通过模拟发现施肥时机对沟灌土壤水分分布和再分布影响较小。(3)以一维入渗试验为基础,通过反演所得的溶质运移参数来模拟不同施肥时机下的沟灌土壤氮素运移转化过程。结果表明,砂壤土和黏壤土湿润体中尿素态氮、NH4+-N和NO3--N含量模拟值与实测值吻合度较好,两者间相对误差绝对值均小于20%;通过对不同施肥时机下不同形态氮素运移转化过程模拟发现施肥时机对沟灌不同形态氮素运移转化特性影响显著。(4)通过大田沟灌施肥试验发现,施肥时机对土壤水分运移特性影响较小,对不同形态氮素的运移转化特性影响显著;不同施肥时机下沟灌灌水效率、灌水均匀度和储氮效率差异较小,但对氮素在沿沟长方向上的分布均匀性影响显著,全过程和后半程施肥时远大于前半程施肥。通过室内试验、大田试验和数值模拟相结合的方法分析发现,在灌水的全过程或后半程施肥时可以获得较高的灌水施肥质量。土壤不同形态氮素运移转化是一个复杂的生化过程,其影响因素众多。本文在模拟时虽然考虑了不同因素对其的影响,但只是采用定值来模拟这个过程,而在实际中这些参数是变化的,对于这些参数的影响因素及其变化规律还需进一步深入研究;并且由于时间和试验量的限制,本文仅进行了一种土壤质地下的大田试验,后续还需进一步研究不同土壤质地下施肥时机对大田沟灌水氮运移特性的影响。
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