黄土层中灌溉对尿素淋失特征的影响

通过灌溉施肥实验和N素淋失通量法,研究黄土塬区和黄土台面阶地区超根层黄土中NH4-N和NO3-N的分布和运移规律,结果表明,在根层土壤贫N时,3m以下尿素N淋失率为13.2%～41.3%,在根层土壤富N时,淋失率为56.6%～83.5%,即黄土灌区在灌水定额较大时,仍然会产生强烈的N淋溶损失,因此,在黄土灌区科学施肥和节水灌溉对提高肥效和保护地区水质至关重要。     

灌施连续与间歇入渗硝态氮运移与土壤含水量的关系

通过室内土壤灌施间歇入渗试验，研究了灌施条件下波涌灌溉土壤间歇入渗硝态氮的运移与分布特性，分析了硝态氮分布与土壤含水量的关系，并与灌施条件下土壤连续入渗进行了对比，为进一步研究施肥条件下波涌灌溉土壤间歇入渗溶质运移规律奠定了基础。     

不同灌溉施肥方式下尿素态氮在土壤中迁移转化特性的研究

采用室内土柱模拟试验方法 ,研究了不同灌溉施肥方式下尿素态氮在土壤中的迁移、淋溶和转化特征。结果表明 ,灌水量及水肥供应方式是决定尿素态氮在土壤中迁移、转化和淋失的关键因素。氮素淋溶量随灌水量的增加而增加 ;与浇灌施肥相比 ,滴灌施肥显著地降低了氮素的淋溶损失。在淋失的氮素形态中 ,以尿素态氮为主 ,其次为硝态氮 ,铵态氮的淋失量最低。灌水量低时 ,滴灌施肥铵态氮在土壤上层明显累积 ;灌水量增加后 ,这种累积作用减弱。灌水量低时 ,灌溉施肥的土壤硝态氮变化呈上低下高 ,增加灌水量降低了土壤中硝态氮含量 ;滴灌施肥显著地减少了尿素态氮的淋溶损失 ,增加了土壤中有效态氮的含量。     

喷灌施肥灌溉均匀性对土壤硝态氮空间分布影响的田间试验研究

在2002～2003年冬小麦生育期内进行了喷灌施肥条件下均匀系数对土壤水氮时空分布及淋失影响的田间试验。试验中，喷灌均匀系数设置低、中、高三个处理，灌溉季节内的平均喷灌均匀系数分别为72%、79%和84%，施肥灌溉均匀系数分别为71%、78%和85%。对70和90 cm深度处的土壤水势进行了监测以评估均匀系数对水氮淋失的影响，结果表明，在所研究的喷灌均匀系数范围内深层渗漏量很小。试验结果还指出，土壤硝态氮随时间和空间表现出很强的变化特征，均匀系数变化范围为23%～97%，变差系数的变化范围为0.04～1.00；灌溉季节内土壤硝态氮分布的均匀性主要取决于初始硝态氮分布的均匀程度，而喷灌均匀系数对土壤氮素的空间分布无明显影响。     

灌溉对黄土层中全氮含量淋失的试验研究

通过室内土柱渗透试验及氮平衡分析,研究一定施氮水平、不同灌溉水平条件下黄土层中氮素的运移规律和淋失强度。试验结果表明:土壤水分是氮素淋失的运载介质和主控因素,当施氮水平为6mg/cm2时,渗透层土壤含氮量与灌水量呈负相关关系;土壤含水量及土壤层氮淋失率与灌水量呈正相关关系、与氮素浓度呈负相关关系;当灌水量大于229.3mm时,51cm深处土壤层氮淋失率将大于37.18%。因此,在黄土地区,为防止氮素流失和地下水污染,应严格控制灌水量。     

设施菜地土壤氮素运移及淋溶损失模拟评价

设施菜地因大水大肥管理方式导致的氮素淋失已成为当前关注焦点。探寻氮素淋失阻控技术需要首先探明土壤中NO_3~--N的运移和淋失过程,找到淋失阻控的关键点,从而实现蔬菜栽培高产量低环境成本。本研究以京郊设施菜地黄瓜-番茄轮作系统为研究对象,通过田间试验获取土壤温度、湿度、NO_3~--N含量等数据,对反硝化-分解(DNDC)模型进行参数校验,并以农民常规种植模式为基线情景,设置改变土壤基础性质、灌溉量、施氮量等不同情景,运用DNDC模型对设施菜地系统土壤氮素运移及淋溶损失进行定量评价。结果表明:经验证后的DNDC模型能够较好地模拟蔬菜产量、5 cm土壤温度和0～20 cm土壤孔隙含水率变化以及NO_3~--N的迁移过程,是模拟和评价氮素运移和损失的有效工具。模拟不同情景表明,设施菜地0～60 cm土壤NO_3~--N累积主要受灌溉水量和氮肥施入量的影响,此外土壤pH和土壤有机碳的变化也是影响NO_3~--N运移的重要因子。节水节肥是设施菜地氮素淋失减量的最有效方法,相比常规措施,同时减少20%灌溉量和20%施氮量可明显降低59.04%的NO_3~--N淋失量。同时,在节水节肥的基础上改变灌溉方式并提高20%土壤有机碳含量,在保证蔬菜产量的前提下,能够进一步降低69.04%的NO_3~--N淋失量。可见, DNDC模型为设施菜地NO_3~--N淋失评价和阻控提供了一个较好的解决方案。在当前重点关注减氮节水等管理措施的同时,提高土壤本身的质量,不失为一种更有效的减少设施菜地氮素淋失的途径。     

盐渍化灌区不同水肥条件向日葵氮磷利用率及淋失规律

针对内蒙古河套灌区水肥利用率低、土壤盐渍化严重的现状,采用田间试验研究不同处理(常规灌水施肥、节水节氮、常规灌水不施肥)对向日葵产量、株高、生物量、氮肥利用率、磷肥利用率的影响,分析土壤剖面N、P分布情况及田间N、P流失途径、流失量。结果表明,葵花田在当地常规灌水施氮的基础上节氮节水各20%后,向日葵氮的利用率提高了36.15%,流失的氮素显著低于常规灌水施氮处理。因此,试验区具有很大的节氮空间,优化施氮技术应大力推广。氮肥在淋洗过程中大部分会随渗漏液淋失,而磷肥随渗漏液流失量较小。     

华北平原农田裂缝对硝态氮淋溶的影响

土壤干缩开裂是常见的自然现象。目前关于土壤干缩开裂的研究主要集中于裂缝的最终形态特征,并且以室内试验为主。本研究通过室外大田试验,结合动态计算机图像分析及水氮运移模拟软件WHCNS,研究土壤干缩开裂的动力学过程、特征及其对农田水氮运移的影响。利用原位熔化石蜡浇筑得到了裂缝三维结构形态,借助三维激光扫描仪量化裂缝的几何特征,发现每平米裂缝平均长度为4.58m,裂缝上表面平均宽度为5.72 mm,平均深度为9.06 cm。基于三维扫描仪提取得到的裂缝几何参数,通过WHCNS仿真模拟,发现相较于无裂隙情况,裂隙的存在分别增加了传统施肥和优化施肥情况下97.40%和256.43%的硝态氮淋失量;与优化施肥模式相比,传统施肥模式更容易造成硝态氮的淋失风险。在模拟灌溉模式对硝态氮淋洗情况的影响时,其差异不明显;强降雨的设置同样增加了硝态氮的淋失风险,导致硝态氮的年均淋洗量增加83.61%。裂缝的存在严重影响农田作物对肥料的吸收和利用,通过优化施肥量、更改灌溉模式以及避免强降雨前施肥都可以减少肥料的损失。     

不同水氮用量对日光温室黄瓜季硝态氮淋失的影响

于2010年3～7月,在河北省辛集市马庄农场研究了不同水氮用量对黄瓜季硝态氮淋失的影响,结果表明,通过调节不同生育阶段灌水量使黄瓜全生育期土壤含水量保持在18.7%～22.1%,不仅可以满足黄瓜生长发育对土壤水分的要求,而且可以减少用水量30%。不同处理中以节水灌溉、习惯施氮处理（W2N1）土壤硝态氮含量最高,习惯灌水、减量施氮处理（W1N2）最低。全生育期内,土体95cm深度硝态氮淋失量与土壤含水量、土壤硝态氮含量均呈正相关,其中以初瓜期和盛瓜期相关性系数最高。与农民习惯水氮处理（W1N1）相比,节水减氮处理（W2N2）在节水30%减施氮25%的情况下,可以显著降低黄瓜季土壤硝态氮淋失量,整个生育期降低淋失量35.0%。3年连续试验结果表明,节水减氮处理（W2N2）与习惯水氮处理（W1N1）间黄瓜产量结果差异不显著,说明河北省温室大棚蔬菜生产,目前农民习惯施氮和灌水量有很大的节水节肥空间,根据蔬菜不同生育期需肥量和土壤含水量来合理分配水、氮可取得明显的节水节氮效果。     

田块尺度上土壤/地下水中硝态氮动态变化特征及模拟

以青岛市大沽河下游地区冬小麦–夏玉米轮作农田为对象,通过田间试验和室内分析,研究了不同深度土壤和地下水中NO3–-N在一个轮作周期内的动态变化特征,探讨了不同氮肥施用量和灌溉量对土壤-地下水系统中NO3–-N时空分布的影响,并基于土壤水动力学和溶质运移理论对土壤中NO3–-N运移过程进行了数值模拟。模拟结果表明:小麦季施氮(N)量达到380 kg/hm2,玉米季施氮量达到290 kg/hm2时,季末剖面深度130~160 cm土壤NO3–-N含量超过10 mg/kg;由地下水NO3–-N月累计量估算模型得出,NO3–-N在6月和8月向浅部地下水的淋失量最大,分别为7.20、7.67 mg/L。     

地下滴灌土壤水运动和溶质运移数学模型的应用

利用建立的地埋点源土壤水运动和溶质运移数学模型描述地下滴灌条件下土壤水、肥运动的分布规律,将土壤质地结构、滴头出流量、滴头埋深和单次灌水历时等因素对土壤水分布的影响进行模拟分析。结果表明,在确定的土壤质地条件下,滴头出流量和埋深是影响地下滴灌系统性能的两个最重要的灌水设计参数,应尽量采用增加滴头数量而不是选用大流量滴头的方法来满足作物的需水要求。此外,合理的灌溉施肥时机应依据当地的土壤质地条件予以确定     

撒施肥料一维畦灌地表水流与溶质运移模型构建与验证

模拟撒施肥料下的一维畦灌地表水流与溶质运移过程可为采用先进的畦灌液体施肥方式提供对比依据。该文基于湍流理论垂向流速线性与对数分布规律及不可压缩流体力学连续方程,构造沿畦长及任意垂向断面的非均布流速场和溶质浓度场,建立起撒施肥料下的一维畦灌地表水流与溶质运移模型,并利用典型畦灌施肥试验结果,检验该模型的模拟效果。结果表明,建立的模型不仅具有在撒施肥料状况下较好模拟地表水流运动和溶质浓度时间变化过程的能力,还具备较佳的水量和溶质质量守恒性,从而为评价撒施肥料下的畦灌施肥系统性能及与其它施肥方式下的畦灌施肥系统性能对比,提供了实用的数值模拟工具。     

地下滴灌土壤水运动和溶质运移的数学模型及验证

以非饱和土壤水运动理论和多孔介质中溶质运移的对流－弥散理论为基础，建立了地下滴灌条件下描述地埋点源土壤水运动和溶质运移的数学模型。模型中对滴头边界进行了简化，并对其可行性进行了检验。模拟计算结果得到室内试验资料验证。该模型可用来描述地下滴灌土壤水、肥运动和分布规律，以便为地下滴灌系统的合理设计提供理论依据。     

Modelling water and solute transport in macroporous soil. II. Chloride breakthrough under non-steady flow

A model of water and solute transport in macroporous soils (Jarvis et al., 1991) has been evaluated in column breakthrough experiments under field conditions. Hydraulic properties were first measured in replicate soil monolith lysimeters sampled from grass ley and continuous barley treatments in a clay soil. A pulse input of 0.05 M KCl was then supplied by drip irrigation and measurements made of the water discharge and chloride leaching resulting from the natural rainfall over a 1-month period. The results showed that the macropores constituted the dominant flow pathway (accounting for 80% of the total water outflow) and that diffusive exchange of chloride between the two flow domains was the main factor causing variability in leaching. Larger hydraulic conductivities and macroporosities in the lower topsoil and at plough depth in the grass ley monoliths were taken as evidence of structural amelioration. Less of the applied chloride was leached in the grass monoliths than in the barley (means of 20% and 31% respectively). This was mainly due to a smaller effective aggregate size and thus a more efficient diffusion-controlled retention.     

Irrigation and tillage management effects on solute movement

In developing management practices to reduce chemical leaching below the root zone, tillage and irrigation management are important considerations. Two studies were performed to evaluate the movement of bromide in tilled and non-tilled soils under sprinkler versus flood irrigation. In each study, bromide was applied either with an irrigation or presprayed to the soil surface followed by periodic soil sampling to monitor the bromide movement. Tillage was observed to reduce the mean depth of chemical penetration under both irrigation treatments and reduce the spatial variation of bromide concentration under flood irrigation. For example, after 30 days of periodic flood irrigation, 25% of the applied bromide remained in the upper 0.2 m of a tilled soil while in the companion non-tilled soil virtually no bromide remained above this depth. The most rapid bromide movement was observed in non-tilled, flood irrigated soil, particularly when the solute was added with the irrigation. We speculate that the tillage effect of reduced leaching results from the alteration of pore continuity and creation of diffusional sinks and not increased evaporative water loss in the tilled soil. The Root Zone Water Quality Model was calibrated using site-specific hydraulic property measurements and used to predict the solute movement. The model predictions were fairly accurate for the sprinkler irrigated soil but less satisfactory for the flood irrigation studies. In comparing the effect on chemical leaching of the treatments imposed, we found that tillage and the timing of the chemical application had greater impact on reducing leaching than did the method of irrigation.     

A usable mechanistic model of nitrate leaching I. The model

A mechanistic model to simulate the leaching of nitrate in soil is described. Three flow patterns are accommodated: conventional convective-dispersion; preferential flow, in which water and solute moving in the larger water-filled pores fails to equilibrate with that in the smaller pores; and by-pass flow, in which water (and solute) moves rapidly down cracks and fissures without displacing the soil water. The pattern of flow depends on the rainfall intensity and the hydraulic conductivity of the water-filled pore space. The performance of the model is examined in terms of its ability to reproduce solute profiles calculated from analytical solutions to transport equations, and in the sensitivity of the output to changes in the main parameters. A second paper (Barraclough, 1989) illustrates the use of the model to reproduce nitrate leaching patterns observed in the field.     

基于三维Copula函数的滴灌硝态氮淋失风险评估方法

硝态氮淋失是滴灌系统设计和运行管理需要考虑的重要因素。该研究构建了滴灌条件下的水氮运移模型,利用HYDRUS-2D软件进行了求解,模拟分析了田间尺度砂壤土饱和导水率和初始含水率空间变异对NO₃^--N淋失率的影响,并利用三维Gumbel-Hougaard Copula函数构建了土壤饱和导水率、初始含水率和NO₃^--N淋失率的联合分布函数,分析了给定土壤饱和导水率和初始含水率条件下NO₃^--N淋失率超过某一阈值的条件概率。结果表明,NO₃^--N淋失率概率密度函数可用指数函数表示;土壤饱和导水率和初始含水率的空间变异会明显增加NO₃^--N淋失风险;NO₃^--N淋失率超过给定阈值（6.4%,均质土壤条件下的NO₃^--N淋失率）的条件概率基本随土壤饱和导水率和初始含水率的增大而增大。构建田间尺度土壤特性参数（如饱和导水率、初始含水率等）与NO₃^--N淋失率的联合分布函数为研究多变量空间变异条件下NO₃^--N淋失风险评估提供了参考。     

用溶质运移理论评价污水土地处理系统长期运行的处理效果

美国农业部自然资源保护局所推荐的田间水管理模型(DRAINMOD)在模拟分析污水土地处理系统水力负荷时，只从水力角度出发，根据土壤的入渗、蒸发和排水情况来计算污水灌溉量，对污水的处理效果未加考虑。该文利用溶质运移理论对DRAINMOD模型所模拟的水力过程进行排水出流浓度计算。以西安地区为例的模拟结果表明：随着排水间距减小，水力负荷逐渐增大，处理效果明显变差；该方法还可以用来确定污水土地处理系统达到不同水质标准所要求的污水预处理程度。     

灌水效率碘—淀粉显色示踪试验

该文旨在研究不同土质、灌水量和灌水方法情况下入渗模式、灌水效率,并探讨不同灌水条件下溶质分布和水流运动模式之间的关系。根据碘－淀粉显色原理示踪水流运动和溶质迁移,分别在壤土和黏土条件下、开展了重力灌溉和微灌方式下的12组入渗试验,采用适用效率、深层渗漏损失率、有效储水率和均匀度对灌水效率进行综合评价。结果表明,入渗水再分布主要受到湿润模式的影响,有效储水率和均匀度随着灌水量的增加而提高,然而深层渗漏损失率也明显增大。溶质分布的均匀程度和深层渗漏损失率均小于水量分布的均匀程度和损失率,根据入渗后水分和溶质的再分布情况对灌水效率进行评价更为直接和全面。