武海霞,費(fèi)良軍,程?hào)|娟

(1.河北工程大學(xué)水電學(xué)院,河北邯鄲056021;2.西安理工大學(xué)水資源所,陜西西安710048)

膜孔灌是在覆膜灌溉基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種旱作地面灌溉新技術(shù)[1-2],與傳統(tǒng)地面灌溉相比,其灌溉水流在田面膜上流動(dòng),通過作物孔滲入到作物根部土壤,既具有地面灌的特點(diǎn),又具有滴灌局部灌的效果,因此在我國(guó)干旱半干旱地區(qū)具有廣闊的推廣應(yīng)用前景[3-5]。

關(guān)于膜孔灌溉方面的研究,朱興華[6]對(duì)容重、初始含水量、肥液濃度和膜孔直徑對(duì)氮素運(yùn)移和分布作了系統(tǒng)研究,董玉云[7]對(duì)膜孔灌單點(diǎn)源自由入滲條件下的連續(xù)入滲和再分布24h的硝態(tài)氮的遷移和分布規(guī)律進(jìn)行了研究。然而以上只是在短時(shí)間段內(nèi)對(duì)硝態(tài)氮的遷移和分布規(guī)律進(jìn)行了研究,沒有涉及到長(zhǎng)時(shí)間段的氮素遷移轉(zhuǎn)化和分布規(guī)律。而且,不同的溶質(zhì)對(duì)入滲特性及氮素轉(zhuǎn)化特性的影響不同,施肥方式不同,土壤水分運(yùn)動(dòng)與氮素運(yùn)移轉(zhuǎn)化特性也不同。本文通過灌施不同尿素溶液下膜孔點(diǎn)源入滲試驗(yàn),分析了不同尿素溶液濃度對(duì)膜孔入滲量及土壤尿素轉(zhuǎn)化特性的影響,以期為尿素灌施下農(nóng)田氮素的高效利用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

利用自行研制的膜孔點(diǎn)源入滲試驗(yàn)裝置在室內(nèi)進(jìn)行膜孔土壤尿素運(yùn)移和轉(zhuǎn)化試驗(yàn)。試驗(yàn)裝置由土箱、膜孔裝置和自動(dòng)供水系統(tǒng)3部分組成。根據(jù)膜孔自由入滲試驗(yàn)濕潤(rùn)體的對(duì)稱性,采用1/4膜孔裝置。為了便于土壤濕潤(rùn)峰的觀測(cè),土箱利用10mm厚透明有機(jī)玻璃制成。為保證膜孔入滲為自由入滲,通過預(yù)備試驗(yàn)確定試驗(yàn)土箱尺寸為24cm×24cm×30cm;膜孔裝置采用1/4膜孔面積的方形水室,位于土箱的邊角處;供水系統(tǒng)利用帶有刻度截面積為30.5cm2的透明有機(jī)玻璃制作的馬氏瓶進(jìn)行自動(dòng)供水(圖1)。

將處理好的土樣按照預(yù)定的土壤容重分層(5cm厚)裝入試驗(yàn)土箱,試驗(yàn)土壤的初始含水率為9.17%、土壤容重為1.30g/cm3,土壤硝態(tài)氮含量的本底值為8.4mg/kg,膜孔直徑為6cm。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)水平,清水與肥液濃度分別為600mg/L、4g/L和8g/ L的膜孔自由入滲試驗(yàn)。在入滲過程中觀測(cè)入滲量,在供水停止后7d和12d時(shí)取土,測(cè)定土壤含水量,硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量。土壤含水量采用烘干法測(cè)定。硝態(tài)氮和銨態(tài)氮含量采用美國(guó)HACH公司DR/4000型紫外分光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)定。由程?hào)|娟[8]在膜孔灌灌施條件下硝態(tài)氮遷移分布規(guī)律研究分析中可知,灌施尿素結(jié)束后第7d和第12d時(shí)的土壤銨態(tài)氮含量和土壤硝態(tài)氮含量能表征尿素轉(zhuǎn)化的土壤銨態(tài)氮和土壤硝態(tài)氮分布特點(diǎn)。所以,本文以監(jiān)測(cè)尿素轉(zhuǎn)化后第7d和第12d時(shí)的土壤銨態(tài)氮和土壤硝態(tài)氮含量來(lái)研究不同施肥條件下的尿素轉(zhuǎn)化特性。

試驗(yàn)所用土壤為粉壤土,其粒徑級(jí)配組成及基本理化性狀分別見表1、表2。

2 結(jié)果分析

2.1 肥液濃度對(duì)膜孔入滲量的影響

圖2為不同濃度的尿素肥液灌施膜孔自由入滲量曲線。可以看出,相同的入滲時(shí)間,灌施肥液濃度越大,入滲量越大,且隨著入滲時(shí)間的延長(zhǎng),肥液濃度對(duì)入滲量的影響越大。大量的研究證明,土壤水力傳導(dǎo)度隨著土壤溶液濃度的降低或土壤溶液鈉吸附比(SAR)的增加而減小。土壤溶液濃度越高,土壤粘粒組成的擴(kuò)散雙電層厚度越小,吸引力起主導(dǎo)作用,粘粒聚合而形成凝絮狀態(tài),改善了土壤孔隙狀況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中灌施溶液表現(xiàn)為增滲作用是因?yàn)檎沉Ｐ跄纳屏送寥揽紫稜顩r而使土壤水力傳導(dǎo)度增大所致。

表1 供試土壤的顆粒級(jí)配組成表Tab.1 Gradation composition of the test soil

表2 供試土壤的基本理化參數(shù)表Tab.2 Physical and chemical properties of test soil

2.2 肥液濃度對(duì)土壤銨態(tài)氮含量的影響

圖3表示灌施尿素肥液濃度為600mg/L、4g/L、8g/L的膜孔入滲濕潤(rùn)體膜孔中心垂直剖面第7d時(shí)土壤銨態(tài)氮含量的分布圖?？梢钥闯?灌施尿素肥液第7d時(shí),3種肥液濃度對(duì)土壤銨態(tài)氮含量在剖面的分布影響較小,其規(guī)律基本相似,以膜孔中心為最高,隨著距膜孔中心距離的增大而減小。但是3種肥液濃度對(duì)土壤銨態(tài)氮含量影響較大,尿素肥液濃度為600mg/L、4g/L、8g/L的土壤銨態(tài)氮含量在膜孔中心分別為174.6mg/kg、309.24mg/ kg和801.18mg/kg,對(duì)于相同位置,灌施尿素肥液濃度越大,土壤銨態(tài)氮含量越大。這是因?yàn)槟蛩厥┯梅绞较嗤?尿素在土壤中分布規(guī)律相同,所以轉(zhuǎn)化生成的土壤銨態(tài)氮分布規(guī)律也相同,但肥液濃度越大,土壤中尿素含量越高,轉(zhuǎn)化生成的土壤銨態(tài)氮含量越高。

圖4表示灌施尿素肥液濃度分別為600mg/L、4g/L、8g/L第12d時(shí)濕潤(rùn)體膜孔中心垂直剖面土壤銨態(tài)氮含量的分布圖?？梢钥闯?灌施尿素后第12d時(shí),肥液濃度對(duì)土壤剖面銨態(tài)氮含量的分布影響較小。與第7d相比,3種肥液濃度的土壤銨態(tài)氮含量有所減小,在膜孔中心處,肥液為600mg/L的土壤銨態(tài)氮含量由174.6mg/kg減小到104.4mg/ kg,肥液為4 g/L的土壤銨態(tài)氮含量由309.24mg/kg減小到228.42mg/kg,肥液為8g/L的土壤銨態(tài)氮含量由801.18mg/kg減小到456.84mg/kg。可見,轉(zhuǎn)化第12d時(shí),土壤中銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化量下降。

2.3 肥液濃度對(duì)土壤硝態(tài)氮含量的影響

圖5為灌施尿素肥液濃度為600mg/L、4g/L、8g/L的膜孔入滲轉(zhuǎn)化7d時(shí)濕潤(rùn)體膜孔中心垂直剖面的土壤硝態(tài)氮含量分布圖?？梢钥闯?灌施尿素肥液第7d時(shí),除在濕潤(rùn)體邊緣外,3種尿素肥液濃度的濕潤(rùn)體內(nèi)土壤硝態(tài)氮含量明顯小于土壤本底值,表明灌施尿素肥液后第7d時(shí),土壤中尿素轉(zhuǎn)化以生成銨態(tài)氮為主,硝化作用很弱。

圖6為灌施尿素肥液濃度為600mg/L、4g/L、 8g/L轉(zhuǎn)化第12d濕潤(rùn)體膜孔中心垂直剖面的土壤硝態(tài)氮含量分布圖。可以看出,灌施尿素肥液后第12d,3種尿素肥液濃度的濕潤(rùn)范圍內(nèi)土壤硝態(tài)氮含量明顯大于土壤本底值,表明灌施尿素肥液后12d的硝化作用較強(qiáng)。灌施肥液濃度越大,相同位置轉(zhuǎn)化生成的硝態(tài)氮含量越大,硝態(tài)氮含量分布范圍越大,這是因?yàn)楣嗍┠蛩胤室簼舛仍酱?增滲作用越強(qiáng),相同入滲時(shí)間濕潤(rùn)范圍越大,土壤中尿素含量越高,所以轉(zhuǎn)化生成的硝態(tài)氮含量越高,分布范圍越大。

3 結(jié)論

1)在同一入滲時(shí)間下,灌施肥液濃度越大,入滲量越大;且隨著入滲時(shí)間的延長(zhǎng),肥液濃度對(duì)入滲量的影響越大。

2)不同肥液濃度對(duì)灌施尿素土壤銨態(tài)氮含量在剖面的分布影響較小,其分布規(guī)律基本相似,表現(xiàn)為以膜孔中心為最高,隨著距膜孔中心距離的增大而減小。

3)灌施尿素肥液濃度越大,相同位置轉(zhuǎn)化生成的土壤硝態(tài)氮含量越大,土壤硝態(tài)氮分布范圍也越廣。

[1]徐首先,魏玉強(qiáng),聶新山,等.膜孔灌理論及實(shí)用技術(shù)初步研究[J].水土保持研究,1996,3(3)：23-29.

[2]徐首先,吳珊玲.膜孔灌的基本原理初探[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電,1997(1)：9-10.

[3]吳軍虎,費(fèi)良軍,王文焰.膜孔灌溉單孔入滲特性研究[J].水科學(xué)進(jìn)展,2001,12(3)：307-311.

[4]費(fèi)良軍,賈麗華.膜孔灌肥液入滲氮素運(yùn)移特性研究進(jìn)展[J].沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,38(4)：451-456.

[5]董玉云,費(fèi)良軍.膜孔灌充分供水點(diǎn)源入滲研究進(jìn)展[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2005,23(6)：200-203.

[6]朱興華.施肥條件下膜孔自由入滲水、氮運(yùn)移特性試驗(yàn)研究[D].西安：西安理工大學(xué),2006.

[7]董玉云,費(fèi)良軍,穆紅文.肥液濃度對(duì)單膜孔NO3-N滲運(yùn)移特性影響的室內(nèi)試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2006,22(5)：204-206.

[8]程?hào)|娟,費(fèi)良軍,雷雁斌,等.膜孔灌灌施條件下硝態(tài)氮遷移分布規(guī)律研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2008, 26(1)：237-240.