孪井灌区硝态氮运移规律和淋失通量计算

论文摘要

研究区孪井滩灌区位于内蒙古腾格里沙漠边缘,属于典型的西北干旱地区。该地区蒸发量大,降水稀少,水资源严重短缺,农业发展强烈依赖于黄河引水灌溉。近年来由于农田氮肥的施用,土壤中残留NO3--N和淋溶到地下水中NO3--N的含量不断增加。针对内蒙古孪井灌区现有的灌溉和施肥方式,研究干旱地区灌溉条件下土壤硝态氮运移规律,并模拟计算硝态氮的淋失通量。首先,利用非饱和导水率仪测定内蒙古孪井灌区土壤样品的负压值和含水量变化,完整记录土壤脱水过程,得到土壤水分特征曲线。利用van Genuchten模型及其修正模型进行土壤水分特征曲线的拟合。通过比较,van Genuchten模型能更好的拟合孪井地区的各种土壤。表层砂壤土水分特征曲线形状相同,结果说明孪井地区土壤水力参数具有代表性。随着粘粒比重增高,残余含水量变大。砂砾石层也具有相同性质。其次,模拟现状漫灌模式下农田土壤中NO3--N的运移。长期监测土壤水分变化,采集土样和土壤水,分析土壤中NO3--N、NO2--N、NH4+-N的含量。根据氮素在土壤中的转化与损失途径,分析包气带地质特征、水分运动、溶质运移、气象数据等相关参数和边界条件等,利用一维溶质运移模型HYDRUS-1D模拟孪井地区不同土壤类型中硝酸盐运移过程。第三,模型运行的模拟值与实测值随时间变化一致,说明HYDRUS-1D模型能够真实反映NO3--N在包气带中运移动态。土壤颗粒组成能够影响土壤对NO3--N的吸附性,砂壤土粘粒含量高,对NO3--N吸附性强,出流速度慢。土壤容重影响硝酸盐的穿透速率,模拟值略小于实测值,且包气带剖面NO3--N浓度的实际峰值出现滞后于模拟值。由于砂砾石存在大孔隙,产生优势流从而对溶质运移的产生影响,故砂砾石层实测值与模拟值的差值大于砂壤土层差值。第四,利用HYDRUS-1D模型计算NO3--N向下淋失通量,典型点KK2淋失通量为67.5 kg/hm2,K2淋失通量为24.1 kg/hm2。结果表明在一个作物生长期内孪井地区不同区域NO3--N的淋失量约占总施氮量的8～23%。土体中有效氮含量越低,NO3--N的淋失率越高；熟田土壤氮素利用率低,有效氮储量低的土体施用氮肥的利用率高。第五,确定农田最佳施氮量,模拟不同分施模式土壤NO3- -N淋失通量。分施次数越多,NO3- -N淋失通量越小。建议通过氮肥深施、配施磷肥、分施等措施,提高氮肥利用率,降低氮素淋失通量,减少对环境的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 0 前言
• 1 绪论
• 1.1 研究意义
• 1.2 国内外研究进展
• 1.2.1 硝态氮运移研究
• 1.2.2 硝酸盐土壤运移模型研究
• 1.2.3 HYDRUS-1D模型的应用
• 1.3 主要研究内容
• 2 研究区域概况
• 2.1 自然地理概况
• 2.1.1 地理位置
• 2.1.2 气象
• 2.1.3 水文
• 2.2 区域地质条件
• 2.2.1 地层岩性
• 2.2.2 地下水的补给、径流与排泄
• 2.3 灌区包气带水文地质特征
• 2.3.1 岩性结构
• 2.3.2 垂向渗透特征
• 3. 供试土壤的水力学性质研究
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 土壤样品
• 3.1.2 实验方法
• 3.1.3 van Genuchten模型
• 3.1.4 RETC软件拟合土壤水分特征曲线
• 3.1.5 中子法测定土壤含水率
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 土壤机械组成测定与水力参数
• 3.2.2 土壤含水率测定
• 3.2.3 两种模型分析验证及最优确定
• 3.2.4 相同深度砂壤土水力参数
• 3.2.5 饱和导水率
• 3.3 本章小节
• 4 土壤中硝态氮的变化及运移
• 4.1 氮素的补给
• 4.1.1 氮肥施用
• 4.1.2 灌溉水中氮素输入
• 4.1.3 降水中氮素输入
• 4.2 试验方法
• 4.3 模型定解条件确定及参数率定
• 4.3.1 边界条件与初始条件
• 4.3.2 参数率定
• 4.4 结果分析
• 4.4.1 模型可靠性验证
• 4.4.2 模型分析
• 5 包气带溶质运移模型应用
• 5.1 硝态氮动态
• 5.2 硝态氮淋失通量计算
• 5.3 农田施氮管理
• 5.3.1 农田理论施氮量计算
• 5.3.2 分施对淋失通量的影响
• 5.3.3 施氮措施管理
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 发表的学术论文
• 研究成果