滴灌点源施肥灌溉对土壤氮素分布影响的试验研究

利用室内试验,研究了点源施肥灌溉条件下硝态氮和铵态氮的分布规律。试验土壤为砂壤土,滴头流量的变化范围为0.6～7.8L/h、灌水量为6～15L、肥液(NH₄NO₃)浓度为100～700mg/L。销态氮在距滴头17.5cm范围内呈均匀分布,其浓度随肥液浓度的增加而增加;在湿润边界上硝态氮产生累积;肥液浓度是影响硝态氮分布的主要因子。在距滴头15cm范围内,滴头流量和灌水量对土壤中硝态氮分布的影响不明显,在此范围以外,随滴头流量的增大或灌水量的减小,硝态氮浓度增加。铵态氮浓度在滴头附近出现高锋值,肥液浓度越高,锋值越大,且施肥灌溉对铵态氮分布的影响范围较小,一般在距滴头10cm范围以内     

肥液浓度和生物质掺混比例对微润灌溉湿润体内水肥分布的影响

微润灌溉作为一种新型地下连续灌溉节水技术,可为农业水肥一体化提供有效载体。为探明不同生物质掺混比例下竖插式微润灌溉施肥湿润体内水分和养分的分布规律,开展室内入渗试验,设置3个肥液浓度（清水F₀：0 g·L^-1;低浓度F_L：0.2 g·L^-1;高浓度F_H：0.4 g·L^-1）和4个土壤生物质（花生壳粉末）掺混比例（无掺混B₀：0;低掺混B_L：1.5%;中掺混B_M：3.0%;高掺混B_H：4.5%）,研究微润灌溉施肥湿润体内土壤含水率、硝态氮、速效磷和速效钾的分布特性。结果表明：掺混生物质后湿润体内水肥分布范围显著增大,而肥液浓度对水肥分布范围的影响不显著。土壤水肥含量随着与微润管水平距离的增加而逐渐减小,水肥含量最大值出现在微润管周围。在与微润管水平距离为0~10 cm范围内,土壤含水率和硝态氮分布较均匀,速效磷和速效钾则形成累积区。肥液浓度和生物质掺混比例对湿润体内水肥含量均值影响显著。与F₀相比,增加肥液浓度提高土壤含水率和养分（硝态氮、速效磷和速效钾）含量均值3.94%~14.09%和124.92%~458.05%;与B₀相比,增大生物质掺混比例提高土壤含水率和养分含量均值12.89%~33.32%和28.37%~115.44%。微润灌溉施肥湿润体内土壤含水率和硝态氮的分布均匀性较高,而速效磷和速效钾分布均匀性较低。增大肥液浓度和生物质掺混比例可提高湿润体内土壤含水率和硝态氮的分布均匀系数,而降低速效磷和速效钾的分布均匀系数。微润灌溉施肥湿润体内水肥含量均值与至微润管水平距离的关系符合四参数Log-logistic模型。总之,在土壤中掺混生物质有利于微润灌溉施肥下水分和养分的运移,增加肥液浓度和土壤生物质掺混比例可显著提高湿润体内的水肥含量,增大水分和硝态氮的分布均匀性,促使速效磷和速效钾在微润管周围的累积量增多。研究结果可为微润灌溉水肥一体化技术提供理论依据和实践参考。     

红壤区肥液浓度对涌泉根灌水氮运移特性的影响

为提高红壤区涌泉根灌水氮利用效率,通过室内肥液入渗试验,研究了不同肥液浓度(0,10,20,35,60 g/L)条件下涌泉根灌土壤的入渗能力、湿润锋运移距离、土壤水分分布以及铵态氮和硝态氮的运移特性,并建立了红壤涌泉根灌土壤累计入渗量及湿润锋在竖直向上、竖直向下和水平方向的运移距离与肥液浓度的关系模型。结果表明:土壤累计入渗量、湿润锋运移距离以及湿润体内水分和氮素的分布均受到肥液浓度的影响。在同一入渗时刻,土壤累计入渗量及湿润锋运移距离随肥液浓度的增大而增大,且与入渗历时均呈幂函数关系;在灌水结束时,相同土层深度内,肥液浓度越大,土壤含水率就越大,土壤中铵态氮和硝态氮的浓度也越大,且与铵态氮相比,硝态氮的分布范围更广。随着肥液再分布的进行,土层内最大含水率位置逐渐下移,且土壤含水率的分布也更加均匀;土壤中铵态氮和硝态氮浓度的变化趋势不同,浅层中铵态氮的浓度逐渐降低,而硝态氮的浓度先降低后增加;深层中铵态氮的浓度先增加后降低,而硝态氮的浓度逐渐增加。该研究成果可为进一步研究红壤区涌泉根灌肥液入渗氮素运移及转化提供理论参考。     

土壤初始含水率对浑水膜孔灌肥液自由入渗水氮运移特性影响

为了探究浑水膜孔灌肥液入渗在不同土壤初始含水率下水氮运移特性,通过室内肥液入渗试验,研究了不同土壤初始含水率(6.02%,7.40%,8.23%,10.08%和13.20%)条件下入渗特性、湿润锋运移、土壤水分分布以及铵态氮和硝态氮的运移特性,建立了浑水膜孔灌肥液入渗累积入渗量、各向湿润锋运移距离与土壤初始含水率之间的关系,提出了不同土壤初始含水率的累积入渗量以及各向湿润锋运移距离的经验模型。结果表明:累积入渗量、各向湿润锋运移距离以及湿润体内水分和氮素的分布规律均受到土壤初始含水率的影响;同一入渗时刻,累积入渗量随土壤初始含水率的增大而减小,而湿润锋运移距离却呈现出随时间增大的趋势;土壤初始含水率越大,湿润体体积越大,湿润体内水分、铵态氮以及硝态氮分布范围越广;土壤初始含水率越大,入渗系数K值越小,入渗指数α越大。灌水结束时,湿润体内铵态氮绝大部分分布在湿润体半径r≤5cm范围内,而湿润体半径10cmr5cm范围的土壤铵态氮含量随土层深度的增加而降低,当湿润体半径r≥10cm时,铵态氮含量明显降低;硝态氮主要集中分布在由膜孔中心至半径为10cm范围内,水平方向和垂直方向硝态氮含量均随着膜孔中心距离的增加而降低,距离膜孔中心越近硝态氮含量越高;在同一位置处,铵态氮和硝态氮质量分数均随土壤初始含水率的增大而增大;随土壤水分再分布,湿润锋逐渐下移,湿润体内铵态氮逐渐向下运移且其含量呈现降低趋势;随时间继续运移,上层土壤硝态氮含量逐渐减小,下层新湿润体中硝态氮含量逐渐增加,整个湿润体内硝态氮含量分布趋于均匀。研究成果为进一步研究浑水膜孔灌肥液入渗氮素运移及转化奠定了基础。     

肥液浓度对单膜孔入渗NO-3-N运移特性影响的室内试验研究

该文通过室内入渗试验，研究了不同浓度的单膜孔肥液入渗NO^-₃-N的分布特性。研究表明：不同浓度的膜孔肥液入渗土壤NO^-₃-N浓度的湿润锋运移距离与土壤水分运动的湿润锋一致；肥液浓度越大，相同入渗时间的NO^-₃-N浓度锋运移距离越大，土壤剖面NO^-₃-N浓度最大值越大，相同深度处土壤NO^-₃-N浓度也越大。肥液入渗土壤NO^-₃-N浓度分布特征与湿润体深度符合分段函数模型。供水入渗过程中，NO^-₃-N浓度锋运移距离和浓度最大值均随时间的延长而增大；再分布过程中，NO^-₃-N浓度锋运移距离继续增大，而NO^-₃-N浓度最大值逐渐减小。     

肥液浓度对涌泉根灌土壤水氮运移特性的影响

为了提高涌泉根灌水肥的利用效率,采用室内土箱入渗试验,探究了不同肥液浓度(0,15,30,60g/L)条件下湿润锋运移、土壤水分及氮素分布的规律。结果表明:入渗相同时间时,随着肥液浓度的增大,湿润锋运移距离、湿润体内相同节点处的土壤含水率、铵态氮及硝态氮质量分数均增大;湿润锋运移距离与入渗时间具有显著的幂函数关系,其决定系数均达到0.99;随着肥液入渗再分布的进行,湿润体内含水率分布更加均匀,最大含水率位置下移,铵态氮量逐渐减小,再分布5d湿润体内硝态氮量达到最大值;硝态氮运移规律和水分相似,易随水分流失。该研究成果为进一步研究涌泉根灌水氮高效利用技术奠定了基础。     

控释掺混肥对麦玉轮作体系农田温室气体排放和硝态氮残留的影响

为阐明控释肥对冬小麦-夏玉米轮作体系作物产量、温室气体排放和硝态氮残留的影响,该研究以郑单958（夏玉米）和济麦22（冬小麦）为供试材料,设不施氮对照（CK）、常规施氮（FFP）、优化施氮（OPT）、含30%控释尿素的控释掺混肥（夏玉米）和含50%控释尿素的控释掺混肥（冬小麦）（CRBF1）、含50%控释尿素的控释掺混肥（夏玉米）和含70%控释尿素的控释掺混肥（冬小麦）（CRBF2）共5个处理,对比分析了不同处理的冬小麦、夏玉米及周年产量、温室气体排放和土壤硝态氮残留的差异。结果表明,施氮可显著提高麦玉轮作系统单季和周年作物产量（P<0.05）。与FFP相比,CRBF1和CRBF2处理的夏玉米、冬小麦和周年产量分别提高了1.4%～3.0%、1.9%～3.4%和1.6%～3.1%（P>0.05）。施氮显著增加了麦玉轮作体系的土壤N₂O和CO₂的周年排放（P<0.05）。CRBF1和CRBF2处理的土壤N₂O周年排放总量较FFP处理显著降低了27.7%～34.6%（P <0.05）。施氮显著增加了麦玉轮作体系的周年全球增温潜势（GWP）（P<0.05）。CRBF1和CRBF2处理的周年GWP较FFP处理降低了4.2%和5.7%,其中CRBF2处理差异显著（P<0.05）。施氮降低了麦玉轮作体系的周年温室气体排放强度（GHGI）。CRBF1和CRBF2处理的周年GHGI较FFP处理降低了5.6%～8.6%（P>0.05）。与FFP相比,CRBF1和CRBF2处理的100~200 cm土层硝态氮残留降低30.6%～34.3%（P<0.05）,减少了硝态氮淋失风险。综上所述,控释掺混肥在稳定作物产量、减少温室气体排放和土壤硝态氮残留方面具有积极作用,研究结果可为麦玉轮作体系的轻简高效氮肥管理提供数据支持和理论支撑。     

施肥时机对土壤水氮运移转化规律的影响

为揭示不同施肥时机（全过程、前1/2和后1/2入渗水量施肥）下土壤水氮运移转化规律,以砂壤土和黏壤土质地的一维垂直肥液（尿素）入渗试验为基础,重点分析不同施肥时机下土壤水氮分布与再分布过程中的运移转化规律,并量化比较其对土壤中氮素含量的影响。结果表明,施肥时机对土壤累积入渗量和湿润体中水分分布影响微小,但对不同形态氮素运移转化影响显著;砂壤土和黏壤土入渗结束时刻,全过程和后1/2入渗水量施肥时,其尿素态氮、铵态氮（NH₄⁺—N）和硝态氮（NO₃^-—N）含量均随土层深度增大而减小;前1/2入渗水量施肥时,尿素态氮和NO₃^-—N含量在湿润体边缘累积,NH₄⁺—N呈先增大后减小趋势,且主要分布在5—25 cm土层;再分布阶段,全过程和后1/2入渗水量施肥时,砂壤土和黏壤土中尿素态氮分别在再分布3天和5天时基本水解完成,同时NH₄⁺—N含量达到峰值,NO₃^-—N含量再分布10天内未出现下降趋势;前1/2入渗水量施肥时,尿素态氮再分布10天时基本水解完成,NH₄⁺—N含量再分布5~10天达到峰值,NO₃^-—N含量则呈先增加后减小趋势;后1/2入渗水量和全过程施肥条件下,砂壤土和黏壤土再分布10天时0—40 cm土层中NH₄⁺—N和NO₃^-—N含量均大于前1/2入渗水量施肥,说明其氮素潜在利用效率高,故推荐畦（沟）灌合理施肥时机为后1/2入渗水量或全过程施肥。研究结果可为农田畦（沟）灌施肥系统的设计和管理提供理论基础和技术支撑。     

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。     

肥液浓度对不同形态氮素在土壤中运移转化特性的影响

为揭示肥液(尿素)浓度影响下土壤湿润体中不同形态氮素的运移转化规律,选取黏壤土和砂壤土作为肥液入渗试验供试土壤,量化分析肥液浓度对土壤累积入渗量和不同形态氮素在分布和再分布过程中运移转化特性的影响。结果表明:相同入渗时间内土壤累积入渗量随肥液浓度的增大而增加,Kostiakov公式的入渗系数与肥液浓度呈现线性关系,建立并验证了考虑肥液浓度影响的土壤累积入渗量估算公式,模拟值与实测值具有较高的一致性,两者间的相对误差绝对值均值均8.0%;入渗结束时,土壤湿润体相同位置处的尿素态氮、铵态氮(NH_4~+-N)和硝态氮(NO_3~--N)含量均随肥液浓度的增大而增加;NH_4~+-N主要分布在土壤湿润体深度20 cm以上,尿素态氮和NO_3~--N含量随着湿润体深度的增大呈现下降趋势;再分布过程中,土壤湿润体中尿素态氮含量随再分布时间的增加整体呈现减小趋势,且黏壤土和砂壤土湿润体中的尿素态氮分别在再分布5,3天时基本水解完成;NH_4~+-N含量呈现先增加后减小的趋势,黏壤土湿润体中的峰值约出现在再分布3～5天,而砂壤土约在再分布3天;黏壤土湿润体中NO_3~--N含量呈现先增加后减小的趋势,其峰值约在5～10天,而砂壤土中NO_3~--N含量在再分布10天时,始终保持在较高水平。研究结果为农田灌溉施肥系统的设计和管理提供理论基础和技术支撑。     

浑水膜孔灌入渗特性与致密层形成特性

水中带沙是浑水灌溉较清水灌溉的本质区别,为揭示浑水灌溉的节水减渗机制,通过浑水膜孔灌自由入渗室内试验,以清水入渗为对照,研究了浑水膜孔灌入渗能力、湿润锋运移距离、湿润体含水率、致密层土壤颗粒组成及落淤层厚度等随入渗时间的变化规律,提出了土壤含水率与湿润锋运移距离之间的量化模型,分别建立了落淤层厚度与入渗时间、滞留层的滞...     

浑水含沙率对膜孔灌肥液入渗土壤水氮运移特性的影响

为研究浑水膜孔灌条件下含沙率对膜孔灌肥液入渗土壤水氮运移特性的影响,通过室内膜孔入渗试验,设5个含沙率水平(0、3%、6%、9%、12%),观测累积入渗量、湿润锋运移距离、湿润体内水分以及NO-3-N和NH4+-N运移变化特性。结果表明:浑水含沙率越大,湿润锋运移距离越小,相同入渗历时内湿润体体积和高含水率区域越小,湿润体内同一位置处土壤含水率越小。单位膜孔面积累积入渗量与入渗时间符合Kostiakov模型(R2>0.9,P<0.01);随着浑水含沙率的逐渐增大,入渗系数逐渐减小,而入渗指数基本不变。垂直湿润锋运移距离和减渗率均与入渗时间呈极显著的幂函数关系,含沙率对减渗率的影响主要是通过对减渗系数的影响来实现。湿润体土壤NO-3-N和NH4+-N含量随着浑水含沙率的增大而减小,且在膜孔中心附近区域其含量均较高。土壤NO-3-N主要集中分布在湿润半径10 cm范围内,湿润体水平方向及膜孔垂向土壤NO-3-N含量均随着距膜孔中心距离的增加而降低;而土壤NH4+-N主要集中分布在湿润半径5 cm范围内,湿润半径5~10 cm范围内的土壤NH4+-N含量随着土壤深度的增加而降低。研究结果可为进一步深入研究浑水膜孔灌肥液入渗提供理论依据。     

Soil sealing and crusting effects on infiltration rate: a critical review of shortfalls in prediction models and solutions

Soil sealing and crusting is a common feature in most arid and semi-arid soils with severe agricultural and environmental implications. One of the main effects of soil sealing and crusting is a marked reduction in hydraulic conductivity and infiltration rate (IR), which triggers run-off and erosion. However, measurement of crust IR in the field is cumbersome, time-consuming and expensive. The extremely dynamic nature of processes involved in crusting and crust characteristics makes it very difficult to measure and predict infiltration. Resultantly, many researches aimed at identifying alternative indices of soil sealing and crusting or at improving the methods used to measure IR on crusted soils directly or indirectly have been conducted. Of particular importance is the use of models developed for estimating IR and hydraulic conductivity, but most of them do not account for the presence of a crust layer and therefore fall short on crusted soils. These methods and in particular models and their suitability in estimating IRs on crusted soils are discussed in this article. Trends and perspectives, gaps and conflicts relating to soil sealing and crusting effects on infiltration are also described.     

层状包气带黏土层厚度对硝态氮迁移的影响

层状包气带结构中黏土层对污染物进入地下水具有阻滞作用,黏土层的厚度对硝态氮(NO_3~--N)在包气带迁移中的淋失、累积以及反硝化作用等具有非常重要的影响,而目前关于这方面的研究还不足。该研究通过设置高度为40 cm、砂土与黏土层厚度比分别为3∶1,1∶1,1∶3的"上粗下细"型以及全黏土型的4组填充土柱,采用稳定浓度的定水头淋滤试验,研究黏土层厚度不同的土柱NO_3~--N溶液入渗过程、土壤NO_3~--N淋滤、累积和反硝化特征,进而阐明层状包气带黏土层厚度对NO_3~--N迁移的影响。结果表明:湿润锋运移深度和累积入渗量与入渗时间的关系在溶液穿越砂黏土层界面前后由非线性趋于线性,累积入渗量随黏土层厚度增加而显著减小(P0.05);当土柱内黏土层厚度达到40 cm时,其对NO_3~--N淋滤的阻滞作用明显强于黏土层厚度为10～30 cm的土柱;淋滤试验过程中在砂黏土层界面形成水分滞留层,界面处黏土层中NO_3~--N和NO_2~--N累积量均达到峰值,且随着深度的增加,NO_3~--N和NO_2~--N累积量降低;黏土层厚度差不小于20 cm的土柱内NO_3~--N累积量差异显著(P0.05),而40 cm黏土层的土柱反硝化量[(0.15±0.05) g]显著高于黏土层厚度为10～30 cm的土柱(P0.05),说明当黏土层达到一定厚度时(如40 cm),对NO_3~--N的阻滞作用和反硝化作用具有显著影响,对防止NO_3~--N淋失进入地下水产生重要作用。该研究可为层状包气带土壤条件下农田施肥管理与地下水保护提供科学依据。     

秸秆生物炭对黏壤土入渗规律的影响

为提高干旱半干旱区耕作土壤灌溉水的利用效率,采用秸秆生物碳对黏壤土进行改良,并用3种经典入渗模型进行入渗模拟,寻求适于描述研究区土壤入渗规律的模型及改良方案。采用双环入渗试验测定4种生物炭施用水平（10 t/hm²,20 t/hm²,30 t/hm²,50 t/hm²）的田间作物生育期内土壤含水率、入渗速率及累积入渗量,分别采用Green-Ampt模型、Philip模型和Kostiakov经验公式对试验组与对照组（CK）的入渗过程进行模拟。结果表明:施用量为30 t/hm²较CK效果最为明显,施用层（0—40 cm）入渗速率增加44.6%,耕作层土壤含水率增加8.9%,累积入渗量增加45.45%。比较3种模型的入渗过程拟合结果,认为Kostiakov经验公式拟合的效果符合实测规律,可为研究区改良土壤水分入渗过程提供理论依据。     

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。     

γ-聚谷氨酸对土壤水氮运移特性的影响

为了明确一种新型的环保型保水缓释剂γ-聚谷氨酸(简称γ-PGA)的节水保肥效应,在施氮量相同情况下(2 g/kg)设置了4种γ-PGA梯度的施加量(0,0.1%,0.2%,0.4%),以0作为对照处理,通过室内一维土柱入渗试验,研究了γ-PGA施加量对土壤氮素迁移特性的影响。结果表明:(1)定水头入渗条件下,累积入渗量、入渗速率、湿润锋迁移的距离均随着γ-PGA施量的增加而逐渐越小,与对照组相比,添加0.4%γ-PGA的试验组其累积入渗量、入渗率和湿润锋迁移的距离分别减少27.64%,73.45%,31.58%;(2)Philip公式模拟结果中,吸渗率S随γ-PGA施量的增加逐渐减小,呈负相关;Kostiakov公式模拟结果中,经验系数K随γ-PGA施量的增加逐渐减小,呈负相关,经验指数a随γ-PGA施量的增加逐渐增大,呈正相关;(3)随着γ-PGA施量的增加,表层土壤(0—15 cm)含水率随着γ-PGA施量的增加而逐渐增大,深层土壤(15 cm以下)则相反;同时,γ-PGA施量越大,同一时期各土层深度硝态氮、铵态氮含量越大,停止供水后的第4天,添加0.1%,0.2%,0.4%γ-PGA的试验组平均硝态氮含量比对照组分别增加29.55%,42.49%,59.50%,平均铵态氮含量比对照组分别增加43.97%,123.40%,156.74%。综上,向土壤中施加γ-PGA可有效减缓水分下渗,将水分更多地聚集在土壤浅层,同时降低肥料淋失率,提高水肥利用率,减少灌溉次数和费用,达到改善土壤结构,提高作物产量的目的。