玛纳斯河流域不同绿洲灌溉区棉田土壤的水盐与养分运移数值模拟

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Hydrus-1D模型是模拟水分和溶质运移有效工具。为了探究不同绿洲土壤水盐与养分的空间异质性与运移特征以及在不同滴灌量或施肥量条件下土壤水盐与养分运移变化。本研究选取玛纳斯河流域的山前绿洲、人工平原绿洲和荒漠过渡带为研究区,于2019年5-10月在山前绿洲、人工平原绿洲以及荒漠过渡带采集土壤样品进行土壤水盐与养分的分析,2021年5-8月,在处于荒漠过渡带的150团场对棉田土壤进行原位监测采集,并测定和记录环境因子。运用Hydrus-1D模型模拟2019年5-8月山前绿洲和荒漠过渡带区土壤水盐与养分运移特征,借助Hydrus-1D模型分析荒漠过渡带的150团场棉田在300m~3/ha~2和600m~3/ha~2滴灌量下土壤盐分的变化特征,在尿素8kg/亩和18kg/亩施肥条件下土壤铵态氮和硝态氮的运移特征。这对于支持干旱区膜下滴灌棉田可持续发展具有重要意义。主要结论如下:(1)山前绿洲、人工平原绿洲和荒漠过渡带的土壤水盐与养分的变异强度属于中等或强变异。土壤水分和盐分在垂直剖面上呈现随土层加深而增加的趋势,土壤铵态氮和硝态氮在各土层无明显趋势。变异的主导因素是土壤类型,气候和地下水位,滴灌和施肥是影响土壤水盐与养分分布的重要人为因素。(2)Hydrus模型可用于不同绿洲灌溉区的膜下滴灌棉田土壤的水盐与养分的数值模拟。2019年5至8月,0-5、5-10、10-20cm土层模拟的土壤水盐与养分变化波动较大,土层20-40、40-60cm土壤水盐和养分的变化相对较平稳。通过比较纳什效率系数和均方根误差这2个指标,发现不同土层模拟效果存在一定差异。在垂直剖面上,浅层0-5和5-10cm的土壤水分、盐分和养分的NSE小于深层,表明浅层土壤受干扰因素多。在水平方向上,滴灌带处的模拟效果比膜间裸地模拟效果好。总体上土壤水分、盐分和养分的模拟值和实测值基本吻合,山前绿洲和荒漠过渡带的土壤水盐与养分的平均纳什效率系数均表现为水分>铵态氮>硝态氮>盐分。可以反映不同绿洲灌溉区不同层土壤水盐与养分随时间变化的情况,该模型可用于干旱区膜下滴灌农田土壤水盐与养分动态变化的模拟。(3)Hydrus的运移数值模拟显示在生育期5-8月随着滴灌施肥而锯齿状波动,盐分在生育期内呈现下降趋势。在收获后期10月,不同绿洲灌溉区棉田土壤的水分、铵态氮和硝态氮呈现下降趋势,盐分呈现下降趋势。在棉花花铃期,20-40和40-60cm处土壤水分波动弱于出苗期。(4)Hydrus模拟表明不同滴灌量对土壤盐分的降低有明显差异,相对于滴灌前,滴灌后10天,300m~3/ha~2的滴灌量下,滴灌带下土壤盐分下降了14.25%,膜间裸地下降了8.09%,600m~3/ha~2的滴灌量下土壤盐分下降了32.93%。膜间裸地下降了18.79%,不同施肥量对土壤铵态氮和硝态氮的变化有明显差异,相对于滴灌前,滴灌后9天,尿素8kg/亩的施肥量下,滴灌带下土壤铵态氮下降了50.46%,硝态氮增加了18.47%,膜间裸地土壤铵态氮态氮下降了31.78%,硝态氮增加了39.66%;尿素18kg/亩的施肥量下,滴灌带下土壤铵态氮增加了5.31%,硝态氮增加了137.20%。膜间裸地土壤铵态氮态氮下降了19.25%,硝态氮增加了189.3%。
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