膜孔灌自由入渗铵态氮运移特性试验研究.pdf

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第33卷第5期人民黄河VD1．33．No．52011年5月YELL0WRIVERMay，2011【灌溉·供水】膜孔灌自由人渗铵态氮运移特性试验研究高然，程东娟，费良军，呼唤(I．河北工程大学，河北邯郸056021；2．西安理工大学水资源研究所，陕西西安710048)摘要：以铵态氮为入渗溶液，模拟研究了铵态氮在膜孔灌肥液自由入渗条件下的运移过程。结果表明：在水平和垂直方向上铵态氮浓度与灌施时间呈比较明显的相关关系，在相同深度，随着灌施铵态氮时间的延长，铵态氮浓度逐渐增大；同一灌施时间，铵态氮浓度随着距离膜孔中心距离的增大而减小，在膜孔中心铵态氮浓度最大，并且浓度峰值随着时间的延长而增大；土壤保持铵态氮的最大含量为土壤对铵态氮的吸附量，灌施180rain时吸附量达到饱和。关键词：膜孔灌；自由入渗；铵态氮；运移特性中图分类号：S152．72文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1000．1379．2011．05．034膜孔灌是适合我国国情、具有广阔应用前景的节水灌溉新mg／kg。土样经风干、过孑L径为2mm筛，初始含水量为10％，按技术1J，结合膜孔灌技术进行施肥，有利于减少硝态氮淋失，对预定容重分层(5cm厚)装入土箱，试验中所用肥料为硫酸铵，于提高氮肥利用率、预防潜在的环境污染具有重要意义。目纯氮肥液浓度为600mg／L。用马氏瓶自动供液，在供水1O、前，国内外学者在农田氮素运移方面的研究，多集中在畦灌、滴30、60、180rain时停止试验，立即在土壤剖面沿水平和垂直两灌、喷灌等灌溉方式，费良军、缴锡云、李发文、程东娟等对膜孔个方向按布设的取土点取样，每个点取4个样品，其中2个样灌条件下土壤水分和氮素运移及分布规律进行了探索，但品测定土壤含水量，2个样品采用钠试剂法在420nm下测定铵主要是针对清水膜孔灌入渗的土壤水分运移特性、影响因素及态氮浓度。数学模型等方面。土壤中的铵态氮运移十分复杂，是在溶质表1试验土样颗粒级配的浓度梯度、土壤水势梯度等多重作用下进行的，伴随水分运移的铵态氮在土壤中的运移既有离子的交换与吸附作用，又有离子解析等作用。1试验条件与方法本次试验利用自行研制的膜孔点源入渗装置(见图1)，在2试验结果与分析室内进行单膜孔点源充分供肥液的人渗试验。试验土箱采用10姗厚的有机玻璃板制作，为使试验过程膜孔为自由入渗，图2为人渗l0、3O、60、180rain时沿膜孔中心垂直方向和试验土箱长×宽×高为24cm×24cm×30cm。为了便于观测水平方向不同位置的土壤铵态氮浓度变化曲线。由图2可以湿润锋的运移过程，入渗点源采用1／4膜孑L面积的方形水室，看出，垂直方向和水平方向的土壤铵态氮浓度的变化规律相置于土箱的一角。同：相同深度，随着灌施铵态氮时间的延长，铵态氮浓度逐渐增大；同一灌施时间，铵态氮浓度随着距离膜孔中心距离的延长而提高；在膜孔中心，铵态氮浓度最大，表明铵态氮浓度峰在膜孔中心，并且浓度峰值随着时间的延长而提高，灌施180rain时，浓度分布曲线在0～3．75cm内几乎水平，表明土壤对铵态氮吸附量达到饱和，浓度峰值达到最大。图3为人渗1O、30、60、180min沿膜孔中心垂直方向和水平方向不同位置的土壤铵态氮相对浓度(灌施结束时土壤铵态氮浓度C与土壤初始铵态氮浓度之比)变化曲线。收稿日期：2010—12-07图1膜孔自由入渗装置基金项目：邯郸市科学技术研究与发展计划项目(0922101023—2)。试验土样为西安粉土，颗粒级配见表1。土壤容重为1．30作者简介：高然(1981一)，女，北京人，讲师，研究方向为农业资源利用与环境保护g／cm，饱和体积含水量为47％，初始铵态氮浓度为17．0E—mail：gaoran0130@yahoo．eom．cn·80· 人民黄河2011年第5期一1_一、嘁堪一1．、越聪姻螭由此推断，土壤铵态氮的运移主要由土壤对铵离子吸附的饱和程度决定，其在土壤中的运移过程可以分为几个阶段：刚开始供肥液时，膜孔中心附近水势梯度很大，土壤铵态氮离子随着水分在土壤中作饱和流运动，其运移以对流为主，运移速度较快，溶液中的大量的铵态氮离子来不及被土壤吸附就随着水溶液向前移动。这一阶段土壤铵态氮以对流运移为主，如灌施10min时，由膜孑L中心到浓度前锋处，随着距离膜孑L中心距离的增大，铵态氮含量迅速减小；随着运移距离的增大，土壤中的水分运移变为不饱和流，铵态氮带正电荷，土壤溶液中的NH4与土壤胶体颗粒接触后被大量吸附，进而使主要通过扩散机理迁移的铵态氮迅速减少，阻碍了土壤铵态氮向远方土壤迁移。当运移较长时间，土壤对铵离子的吸附量达到饱和时，土壤铵态氮才在水流作用和扩散作用下缓慢地向远处迁移，浓度基本不变如灌施180rain后，在水平方向和垂直方向上，铵态氮含量在距离膜孔中心的一定距离内基本不变，与膜孔中心处的含量接近。土壤保持铵态氮的最大含量为土壤【b)垂直方向对铵态氮的吸附量。在多重因素的作用下，土壤铵态氮浓度于图2铵态氮浓度分布曲线溶质锋处最低，而后逐渐缓慢上升，从水分湿润锋开始达到土壤铵态氮初始浓度。3结语(1)随着灌施铵态氮时间的延长，在相同深度铵态氮浓度逐渐增大；同一灌施时间，铵态氮浓度随着距离膜孑L中心距离的增大而减小。(2)在膜孔中心，铵态氮浓度最大，表明铵态氮浓度峰在膜fa1永平方向孔中心，并且浓度峰值随着时间的增长而增大，土壤保持铵态氮的最大含量为土壤对铵态氮的吸附量。(3)在水平方向和垂直方向上，灌施180min时铵态氮含量在距离膜孔中心的一定范围内基本不变，与膜孔中心处的含量接近，达到饱和。(4)灌施不同时问，在水平和垂直方向上，铵态氮相对浓度在膜孔中心至铵态氮溶质锋之间大于1，在铵态氮溶质锋到水分湿润锋之间小于1。垂直方向参考文献：图3铵态氮相对浓度分布曲线显然，土壤铵态氮相对浓度在剖面垂直方向和水平方向的[1]董玉云．膜孔灌充分供水点源人渗研究进展[J]干旱地区农业研究，2005，的变化规律与铵态氮含量的变化规律相同。灌施l0、3O、6O23(6)：2oo一203．[2]费良军，李发文，吴军虎．膜孔灌单向文汇湿润体特性影响因素[J]．水利学min时，铵态氮相对浓度只在距膜孔中心6em的范围内很大，报，2003(5)：62—68尤其在膜孔中心，相对浓度远高于1，如60min为5．74；在6em[3]缴锡云．膜孔灌溉理论与技术要素试验研究[D]．西安：西安理_l：大学，1999．至水分湿润锋之间，铵态氮相对浓度小于1；在水分湿润锋后，[4]李发文膜孔灌溉交汇人渗特性及其影响因素研究[D]．西安：西安理工大相对浓度为1，即铵态氮浓度为初始土壤中本底浓度。灌施学．2002180min时，铵态氮相对浓度在距膜孔中心8．75em的范围内[5]程东娟，高然，王海峰．施肥方式和肥量对膜孔自由入渗量的影响[J]．人很大，其中在0—3．75cm内几乎相等，8．75cm至水分湿润锋民黄河，2010，32(9)：73—75．[6]程东娟，赵新宇，费良军．膜孔灌灌施尿素条件下氮素转化和分布室内模拟之间小于l。总之，在灌施的不同时间，铵态氮被吸附在土壤表试验[J]．农业工程学报，2009，25(12)：58—62．层的很小范围，在膜孔中心至铵态氮溶质锋之间，铵态氮相对[7]费良军，程东娟，贾丽华．膜孔灌灌施铵态氮迁移转化分布特性研究[c]∥浓度大于1，在铵态氮溶质锋至水分湿润锋之间，灌施肥液只使中国农业工程学会．中国农业工程学会2008年学术年会论文集．北京：科土壤含水量增大，而没使铵态氮含量增大，因此在铵态氮溶质学出版社，2008：81—86．锋至水分湿润锋之间，铵态氮相对浓度小于1。可见，灌施铵态[8]侯红雨．温室滴灌条件下氮素转化运移规律研究[D]北京：中国农业科学氮只对膜孔附近的铵态氮浓度产生影响。研究院，2002．【责任编辑赵宏伟】·81·