()文章编号:00007-492920140901351--31
地面灌施条件下土壤水氮运移规律研究冯晓波,马娟娟,孙西欢,刘秋丽,郭向红,张凯凯,任 荣
)(太原理工大学水利科学与工程学院,山西太原030024
为了解地面灌施条件下土壤水氮运移的规律,通过室内垂直土柱试验,研究了不同土壤体积质量(3、1. 摘 要:
3
)//和不同肥液浓度(对水氮运移的影响。结果表明:1.4、1.5gcm00、500、700、900mNL)5cm范围内同一土30~5g
层土壤含水率随着土壤体积质量的增加而增加,土壤体积质量越大含水率越小,肥液浓度对含水5cm以下的土壤,5率分布规律基本没有影响;硝态氮含量为本底值的5~8倍,同0cm范围内硝态氮含量小于本底值,5cm以下,0~67一土层硝态氮含量随着体积质量的增大而降低。肥液浓度对硝态氮分布影响不大,但在湿润峰处,硝态氮含量随着肥液浓度的增大而减少;地表铵态氮含量随着时间的增加而降低,铵态氮含量随深度先增大后减小,地表铵态氮含量之后逐渐减小,湿润峰处铵态氮含量小于本底值。0~2体积质大于本底值,距离地面15cm达到最大,5cm范围内,但对铵态氮含量影响显著,肥量越大铵态氮含量越高,5cm以下的土壤则相反。肥液浓度对铵态氮分布影响不大,2液浓度越大,铵态氮含量越高,肥液浓度差值越大,铵态氮含量相差也越大。该研究对提高地面灌施条件下的水氮利用率具有重要意义。
土壤体积质量;肥液浓度;水氮运移;铵态氮;硝态氮 关键词:
S275.9 文献标识码:A 中图分类号:
esearchonSoilWaterandNitroenTransortationunderSurfaceFertilizationandIrriationR gpg
,MA,,,uFbhlhkENGXiaooJuanan,SUNXiuan,LIUiuiGUOXianonZHANGKaiaiRENRon------ jQggg
,),(ofTechnoloTaiuan030024,ChinaTaiuanUniversitolleeofWaterResourceScienceandEnineerinC ygygggyy
:,andfertilizerconcentrationonthewaterandnitroentransortationAbstractInordertounderstandtheeffectofsoildensit gpy
3
)/,1.3,1.4,1.5gcmdiscussestheeffectsofdifferentsoilbulkdensitthrouhindoorverticalsoilcolumnexerimentsthisstud gpyy(
/anddifferentfertilizerconcentration(300,500,700,900mNL)onwaterandnitroentransortation.Theresultsshowthatthe ggp,intheraneof0~55cmdethsoillaerwhileforsoillaerbesoilmoisturecontentincreaseswiththeincreaseofsoilbulkdensit -gpyyy ,thesmallerthesoilmoisture;thefertilizerconcentrationhasnoinfluenceonthesoilow55cmdeth,thereaterthesoildensitl pgy;,moisturethenitratenitroencontentintheraneof0~60cmdethislessthanbackroundvaluethenitratenitroencontentis5 ggpgg;imesofthebackroundvalueforsoillaerbelow75cmdethanddecreaseswiththeincreaseoffertilizerconcentrationthefer-~8t gyp,,tilizerconcentrationhaslittleeffectonthedistributionofnitratenitroenbutintheweteakthenitratenitroencontentdecreases gpg;,withtheincreaseofthefertilizerconcentrationtheammoniumnitroencontentincreasesfirstandthendecreasesreachesamaxi -g,,mumat15cm.Abovethe25cmdeth,thelarerthesoildensitisthehiherammoniumnitroencontentisandtheresultsis pgygg contrarforthelaerbelowthe25cmdeth.Thefertilizerconcentrationdoesnotaffectthedistributionofammoniumnitroenobvi- yypg ,,,ouslbutitseffectontheammoniumnitroencontentissinificantthehihertheconcentrationthereaterthecontentofammo- ygggg;,,niumnitroenfordifferentfertilizerthemorethedifferencethemorethedifferenceofammoniumnitroen.Thisstudhasareat ggyg imortantsinificancetoimrovethewaterandnitroenutilizationundersurfacefertilizationandirriation. pgpgg
:;;w;;eKewordssoildensitfertilizerconcentrationaterandnitroentransortationnitratenitroenammoniumnitron ygpggy
收稿日期:02014202--;;)基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金项目(山国家自然科学基金资助项目(51109154,5124900220111402120006,20121402110009)
)。西省攻关项目(20110311018-1
:,作者简介:男,主要从事节水灌溉以及土壤水动力学方面研究。E-m冯晓波(-)988ailxbzd@163.com。1yg
:m。,通讯作者:女,教授,马娟娟(博士生导师,主要从事节水灌溉方面的研究。E-m970ailauanuan@tut.edu.cn1-)jjy
41地面灌施条件下土壤水氮运移规律研究 冯晓波 马娟娟 孙西欢 等
土筒的000mm有机玻璃土筒作为垂直土柱的盛土容器,h=1 底部设有直径Φ1mm的孔起通气作用。马氏筒是为试验提供土筒底部垫上纱恒定不变水头的等压供水装置。在装土前,网,另外土柱边壁塞上塞子,以防止土及水的渗漏。
0 引 言
氮素和水分的低利用率历来就是制约我国农业可持续发
1-5]
,展的主要因素[这点在我国北方干旱半干旱地区表现得尤
为明显。灌溉施肥作为目前较为有效的施肥方式之一,将水分和氮肥进行更好的结合利用,已经在不少国家进行技术推广应
6],用,并日趋成熟[如以色列采用滴灌技术来对国内大部分的7]
,果蔬及大田作物进行灌溉[并取得显著效果。国内目前针对
1.2 试验方法
1.2.1 试验设计
本试验模拟的果园果树间距为3m×4m,果树的树冠面
233
。拟定灌水定额8,,积为7m每棵果树灌溉1.经换0m4m
蓄水坑灌、滴灌、喷灌、膜孔灌、波涌灌等灌施条件下水氮分布
8]8-2
,规律研究较多[并取得一定成果。但在我国大部分农村及
算可得本试验灌水量为3.5L。每公顷施氮量设4个水平360、,换算为肥液浓度后得300、500、700、900600、840、1080k g/mNL。g
本试验设置不同土壤体积质量,不同肥液浓度2个控制因
3
/)子。土壤体积质量设置(肥液浓3、1.4、1.5gcm1.3个水平,
落后地区地面灌施依然作为主要灌施方式,此种方式水肥利用率低下并造成一定的资源浪费。如何提高此方式下的水肥利用率已经成为学者们的关注热点。为此在室内进行模拟试验对地面灌施条件下水氮运移规律进行研究,为合理的农田地面
9]2
。灌施管理提供理论基础[
/度设置(300、500、700、900mNL)4个水平。g
初始入渗水头为5cm。分别在灌施肥液后的第1、3、5、7、1d进行取样。9、11.2.2 试验指标测定
土壤样品用土钻在侧壁每隔10cm进行取样。土壤含水率用烘干法测定,土壤铵态氮和硝态氮含量用AA3仪器测定。
1 材料与方法
1.1 试验材料与装置
1.1.1 试验土样
试验土样取自山西太谷县北洸村果园内地表至2m深度的土,土质为砂壤土。土样经风干,碾碎,过筛,混合,搅拌等处理使其土质均匀以备用。土壤初始含水率为2.硝态氮初6%,,。通过称重//铵态氮初始含量为2始含量70.5mk8mkgggg夯实法来达到不同土壤体积质量要求。试验肥液为尿素溶液。1.1.2 试验装置
试验装置主要有供水和盛土两部分构成。采用Φ147mm,
2 结果与分析
2.1 不同体积质量条件下水氮运移规律分析
/灌水量为3.研究不选取肥液浓度为700mNL,5L时,g同体积质量对水氮运移规律的影响。
2.1.1 不同体积质量对土壤含水率分布的影响
图1为灌后第3,7,11d土壤含水率分布图。
图1 不同体积质量条件下土壤含水率分布图
Fi.1Thedistributionofsoilmoistureunderdifferentsoilbulkdensit gy
不同时刻,不同土壤体积质量条件下的含 由图1可得出:
水率分布基本一致,土体内部含水率较为均匀,土体上部含水率大于下部含水率。地面至土深5同层土壤,体5cm范围内,积质量越大,土壤含水率越大。55cm以下的土层则相反。这是因为随着土壤体积质量的增加,土壤结构越密实,土壤孔隙减少,孔隙率不断降低,土壤水分运动受土壤吸力就会越大,使土壤水分的运动受阻,从而影响到入渗率,体积质量小的土壤水分受到的阻力小,可以快速地向土壤下层移动,所以土壤体
积质量越大则上层土壤含水率越大,而下层土壤则是体积质量大的土壤含水率较小。
2.1.2 不同体积质量对土壤硝态氮的影响
图2为灌后第3,7,11d土壤分布土壤硝态氮分布图。 由图2可以得出不同体积质量条件下硝态氮含量随深度变化较大,地面至土深60cm的湿润体内部硝态氮含量小于本底值,硝态氮含量开始变大,60cm以下的湿润体边缘附近,75硝态氮含量达到本底值的5~8倍。且同一土cm以下的土层,
地面灌施条件下土壤水氮运移规律研究 冯晓波 马娟娟 孙西欢 等51
图2 不同体积质量条件下土壤硝态氮分布图
Fi.2Thedistributionofsoilnitratenitroenunderdifferentsoilbulkdensit ggy
层,体积质量越大,硝态氮含量越低。这是因为:①硝态氮与土壤胶粒都带负电荷相互排斥,而硝态氮运移机理主要以对流为
0]3
,主[硝容易随水分向下运动,至75cm以下的土层湿润峰处,
式为主,受水分运移影响大,因此运移距离变短,到达湿润体边缘附近的硝态氮含量也就变少,所以湿润体边缘附近土层体积质量越大,硝态氮含量越低。
2.1.3 不同体积质量对土壤铵态氮的影响
图3为灌后第3,7,11d土壤分布土壤铵态氮分布图。
态氮便在此处累积;土壤结构越密实,土壤孔②体积质量越大,隙就越小,土壤水分就不易向下运移,而硝态氮运移以对流方
图3 不同体积质量条件下土壤铵态氮分布图
Fi.3Thedistributionofsoilammoniumnitroenunderdifferentsoilbulkdensit ggy
铵态氮含量随深度 由图3可以得出不同体积质量条件下,
先增大后减小,地表铵态氮含量达到铵态氮本底值7倍以上,在地表1随着深度增加,铵态氮逐渐减小,至5cm处达到最大,土体湿润峰处,铵态氮含量变得小于本底值。地面至土深25同一土层,铵态氮含量随着土壤体积质量的增大而cm范围内,
增大。2体积质量越小,铵态氮含量越大。随5cm以下的土层,着时间的推移,地表铵态氮含量逐渐降低。这是因为:①铵态氮带正电荷易被带负电荷的土壤胶粒吸附,初期入渗为恒定水头入渗,土壤含水率接近饱和,水分运动较快,铵态氮还未被土壤胶粒吸附就随水分向下运动并随水分淋失聚积在15cm附近达到最大,后期铵态氮以被土壤吸附方式为主,随着深度的增加,铵态氮随着水分向下运移的量减少,被土壤胶粒吸附的量也相应减少。因此地表铵态氮含量较大,随着深度增加铵态氮含量逐渐降低,湿润峰处铵态氮含量小于本底值;②铵态氮
1-34]3
,运移机理主要以扩散为主[土壤体积质量越大,结构越密
实,对铵态氮的吸附也就越强,另外体积质量大导致肥液的入渗率降低,因此上层土壤体积质量越大,铵态氮含量越高,而灌入的铵态氮总量不变,则下层体积质量越大,铵态氮含量越低;再加上在土体内部进行硝③地表铵态氮容易挥发到空气当中,
化作用,因此铵态氮随着时间的推移逐渐降低。
2.2 不同肥液浓度条件下水氮运移分析
3/,研选取土壤体积质量为1.肥液体积为3.4gcm5L时,
究不同肥液浓度对水氮运移规律的影响。2.2.1 不同肥液浓度对土壤含水率的影响
图4为灌后第3,7,11d土壤含水率分布图。
不同肥液浓度条件下,土壤含水率分布基 由图4可得出,
本一致,上部含水率大于下部含水率。但对比3图可以发现,在灌溉后期,土壤含水率受深度变化的影响越来越小,因此肥
61
液浓度对土壤含水率的分布影响不大。2.2.2 不同肥液浓度对硝态氮的影响
图5为灌后第3,7,11d土壤硝态氮分布图。
地面灌施条件下土壤水氮运移规律研究 冯晓波 马娟娟 孙西欢 等
态氮分布影响很小,湿润体边缘湿润峰处,硝态氮含量随着肥液浓度的增大而减少。这是因为随着肥液浓度的增大,土柱内的湿润范围增大,在施肥总量一定的情况下,湿润峰处硝态氮含量降低。
2.2.3 不同肥液浓度对铵态氮的影响
由图6可知不同肥液浓度条件下铵态氮含量随深度先增
不同肥液条件下,硝态氮含量随深度变 由图5可以得出,
化基本一致,硝态氮含量逐渐变大,湿润体边缘湿60cm以下,润峰处硝态氮含量达到本底值的5倍以上。但肥液浓度对硝
图4 不同肥液浓度条件下土壤含水率分布图
Fi.4Thedistributionofsoilmoisureunderdifferentfertilizerconcentration g
图5 不同肥液浓度条件下土壤硝态氮分布图
Fi.5Thedistributionofsoilnitratenitroenunderdifferentfertilizerconcentration gg
图6 不同肥液浓度浓度条件下铵态氮分布图
Fi.6Thedistributionofsoilammoniumnitroenunderdifferentfertilizerconcentration gg
地面灌施条件下土壤水氮运移规律研究 冯晓波 马娟娟 孙西欢 等地表铵态氮含量大于本底值,距地面1大后减小,5cm处达到最大。随着深度增加铵态氮含量逐渐减小,湿润峰处铵态氮含量又小于本底值。同一土层深度铵态氮含量随着肥液浓度的增加而增加,肥液浓度差值越大,铵态氮含量相差越大。铵态氮含量随着时间的增加而变低。这是因为肥液浓度越大,尿素经过水解转化的铵态氮含量就越多,因此同一土层深度,肥液浓度越大,铵态氮含量越高,肥液浓度差值越大,铵态氮含量相差也越大。
71
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3 结 语
()本试验是在室内进行的模拟地面灌施土壤水氮运移试1
验,土壤含水率基本上是上层大于下层。不同体积质量条件,下,湿润体内部(同一土层,土壤含水率随着体积质0~55cm)量的增加而增大。5土壤含水率则随着体积质5cm以下土层,量的增大而减小。不同肥液浓度条件下,土壤含水率的分布没有太大的变化,土壤含水率受深度变化的影响越来越小。
()20~60cm土体湿润范围内部硝态氮含量小于本底值,硝态氮含量开始变大,深度增加至7硝60cm以下,5cm以下,态氮含量达到本底值的5~8倍。不同体积质量条件下,60cm以下湿润体边缘附近土壤,同一土层,硝态氮含量随着体积质量的增大而减小。不同肥液浓度条件下,硝态氮分布变化不大,但在湿润峰处,硝态氮含量随着肥液浓度的增大而减小。
()地表铵态氮含量随着时间的增加逐渐降低。铵态氮随3
深度变化先增大后减小,地表铵态氮含量远大于本底值,在15铵态氮含量降低,在湿润cm处达到最大。之后随着深度增加,
峰处,铵态氮含量小于本底值。不同体积质量条件下,0~25同一土层,铵态氮含量随着体积质量的增大而增大,cm土层,
25cm以下的土层铵态氮含量随着体积质量的增大而减小。不同肥液条件下,铵态氮分布基本没有变化,但铵态氮含量变化显著,同一土层,肥液浓度越大,铵态氮含量越大,肥液浓度差值越大,铵态氮含量差值越大。参考文献:
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