水肥一体化负压灌溉土壤水分溶质运移特征研究

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负压灌溉技术作为一种无能耗、节水效果好、可持续恒定控制供水压力的亚表层精准灌溉技术,逐步与水肥一体化技术结合应用于生产实践中。研究水肥一体化负压灌溉施肥系统运行后土壤水分及溶质运移分布特征,对优化水肥一体化负压灌溉技术,提高水肥利用率具有重要意义。本文以南方红壤为研究对象,设置肥液质量浓度、负水头值、灌水器间距3个因素不同水平,将5种水溶性化肥作为供试水肥溶液,通过室内土箱模拟试验研究上述因素对土壤水分运动和溶质运移分布特征的影响,并取得以下主要研究结论:(1)探明了水肥一体化负压灌溉条件下硝酸铵肥液浓度对土壤水分及溶质分布规律的影响。试验结果表明:硝酸铵溶液促进土壤水分入渗,且其溶液浓度为15 mg/L时,累积入渗量、水平与垂向入渗距离均达到最大值;该溶液浓度处理下土壤硝态氮和铵态氮含量显著增加(p<0.05),较蒸馏水处理分别增加7.75倍、10.42倍。硝酸铵肥液各处理土壤含水率与硝态氮含量随入渗距离增加而增加,而土壤铵态氮含量随入渗距离增加则呈现出下降趋势,距灌水器同一距离土壤的铵态氮含量含均大于硝态氮量。(2)明确了水肥一体化负压双点源灌溉对土壤中水分及溶质的分布特点。相同入渗时间内,随着灌水器间距或负水头绝对值的增大,湿润体内平均含水率与交汇处含水率逐渐降低,交汇区域含水率小于相同土层其他位置土壤含水率。土壤氮素、有机质、盐离子含量随灌水器间隔距离增大表现出先增后减的趋势,在距灌水器间距1.5~3 cm时各溶质含量最高。海藻与氨基酸肥溶液入渗后,土壤有机质含量在负水头值为-0.25m时随灌水器间距增大逐渐减小,在负水头值为-0.5、-1m时则随灌水器间距增大呈先增后减的趋势。在相同负水头不同灌水器间距条件下,各水肥溶液处理盐离子含量较蒸馏水处理均有不同程度增加。(3)探究了水肥一体化负压双点源灌溉交汇入渗中土体湿润锋随时间的变化关系。入渗初期,湿润锋运移速率递减梯度较大,其后随着入渗时间增加递减梯度逐渐变小。湿润锋的整体运移特征以交汇面为轴基本呈对称分布,水平湿润锋距离在湿润锋交汇后停止增加,垂向湿润锋运移距离则继续增大直至交汇中心界面下方湿润锋逐渐趋近于水平线,且交汇面垂向湿润锋运移速率在交汇作用下加快。灌水器间距对水平湿润距离的影响要更大,负水绝对值大小对垂直距离的影响则更大。(4)综合分析了水肥一体化负压双点源灌溉条件下水肥溶液入渗特性。相同入渗时间内,累积入渗量与入渗率随灌水器间距增大而增大,随负水头绝对值增大而减小。负水头绝对值较小时,累积入渗量变化速率较大,且不同灌水器间距条件下土壤入渗能力表现为硝酸铵水肥溶液>氨基酸水肥溶液>尿素水肥溶液>海藻与大量元素水肥溶液;在负水头值为-1m时,各水肥溶液处理均抑制土壤水肥溶液入渗。
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