蓄水坑灌单坑土壤氮素迁移转化的数值模拟

【引言】蓄水坑灌法是一种适用于我国北方山丘果林地区的节水灌溉方法，与传统的地面灌溉相比它具有节水、节肥、防止铵态氮挥发损失和有效防止水土流失等特点。利用蓄水坑进行灌溉时，由于坑内水位较高，且随着入渗时间的延长，坑内入渗水头不断下降，因此坑内水分入渗是在变水头作用下进行的。目前，马娟娟对蓄水坑灌变水头作用下的土壤入渗规律及土壤水分运动特性进行了系统的研究，结果表明蓄水坑灌入渗条件下，入渗水头对入渗率有一定的影响，水分在土体中运动以水平方向占优势，大大减少了水分的深层渗漏；在室内试验的基础上，栗岩峰、周青云建立了蓄水坑灌条件下土壤水分运动的数学模型，并采用有限差分法进行了求解，利用入渗水头与入渗率的关系给出了坑内水位随时间的变化关系式，但不便于推广应用；郭向红根据质量守恒原理建立了坑内水位变化过程的数学模型，较好地模拟了水位变化这一过程。中国是目前世界上最大的氮肥生产和消费国，然而不合理的灌溉施肥，可因氨挥发作用、硝化作用和反硝化作用造成养分的损失并对环境构成威胁。大量研究表明,地下水硝态氮污染与农业化肥施用量呈明显的正相关关系，因此为保证作物高产优质的同时降低资源消耗和防止环境污染，需要对氮素在土壤中的转化和运移规律进行定量研究。但直至目前，尚未见到关于蓄水坑灌条件下土壤氮素迁移转化方面的相关研究报道。因此，本文建立了蓄水坑灌单坑土壤水氮运移的数值模型，并采用有限体积法进行了求解，旨在为蓄水坑灌法的水肥调控技术提供依据。