膜下滴灌土壤水盐氮运移特性及水盐肥生产函数研究

发布时间：2020-05-24 22:54

【摘要】：农业是我国国民经济的基础,但我国同时面临着水资源紧张,耕地面积资源不足等问题,因此节水灌溉以及盐碱地利用是我国农业发展的重要课题。近年来,随着化肥施用量的不断增加,面源污染现象频频发生,合理的水、盐、肥管理方案已成为解决农业可持续发展的重要途径之一。本文以经济作物棉花为研究对象,室内土柱试验采用二因素三水平完全设计,土壤含盐量设置非盐化土、轻度盐化土和中度盐化土三个水平,分别记为F、Q、Z;纯氮施用量设置0Kg·hm-2、150Kg·hm-2、300 Kg·hm-2三个水平,分别记为N0、N1、N2,共计9个处理。盆栽试验采用“3414”方案设计,设置氮(N)、盐(S)和水(W)三个因素,每个因素设4个水平,共计14个处理。其中灌溉定额分别为105、140、175和210 m3/亩,代号分别为W0、W1、W2、W3;氮肥用量分别为施纯氮0、150、300和450kg·hm-2,代号分别为N0、N1、N2、N3;试验土壤分别为非盐化土、轻度盐化土、中度盐化土和重度盐化土,代号分别为S0、S1、S2、S3。通过室内试验与盆栽试验相结合的方法,研究不同水盐氮处理下膜下滴灌土壤水、盐、氮以及离子的运移规律,探求棉花生理生态指标对水盐氮的响应,并通过水盐氮的三元二次回归模型、Jensen模型以及AquaCrop作物生长模型对试验结果进行模拟,并通过模型预测得到在不同盐分胁迫土壤中种植棉花的最优灌溉施肥方案。主要研究结果如下:(1)积水入渗条件下,盐氮耦合在水分入渗、水分再分布、土壤含水量、盐分运移、以及氮素运移等方面均呈现一定的协同效应。高盐高氮处理(ZN2)和低盐中氮处理(FN1)铵态氮转化为硝态氮的比例最高,达到了 63.21%和47.41%,中盐高氮处理(QN2)的转化比例最低,为11.04%。(2)试验变量对土壤含水量平均值以及土壤含盐量均值的影响由大到小排序为土壤含盐量灌水量施氮量。土壤含盐量与各离子均呈现极显著关系,,且呈现正相关关系,各离子对土壤含盐量的影响由大到小依次为氯离子镁离子钠离子钙离子钾离子。土壤硝态氮与土壤含盐量呈显著的负相关关系,殖土壤含盐量的增加基本呈现逐渐减小的趋势,随灌水量的增加而减少,随施氮量的增加呈现先减后增再减少的趋势。(3)膜下滴灌条件下,水盐氮在苗期和蕾期对棉花生态指标的影响较大,且土壤含盐量是制约棉花产量的主要因素。棉花的叶面积指数能够较准确的表征棉花的产量及生长状态,而叶片温度和气孔导度则对棉花生长指标有较为明显的影响。试验方案中产量最大的处理是12#N1S1W2,最小的处理是8#N2S2W0,12#比8#籽棉产量提升了 172.00%。(4)水盐氮三元二次回归模型的公式为Y=264.723-72.444N-111.158S+145.533W-53.276N2+42.732S2+34.802W2+129.537NS-93.775NW-43.447SW。水盐氮对棉花产量的影响由大到小进行排序为灌水量土壤含盐量氮盐耦合作用施氮量水氮耦合作用水盐耦合作用。水盐肥耦合最优区间为灌水量(173,184)(m3/亩)、施氮量202(kg·hm-2)、装土含盐量(2.46,3.37)(g·kg-1)。(5)三种模型模拟效果依次排列为水盐氮三元二次回归模型AquaCrop模型Jensen模型。运用AquaCrop模型对64个试验处理进行预测,模拟得到预测产量最大的处理为N1S1W3,产量为7.068t·hm-2。非盐化土的最佳灌溉施肥方案为N2S0W3,轻度盐化土的最佳灌溉施肥方案为N1S1W3,中度盐化土的最佳灌溉施肥方案为N0S2W3和N1S2W3,重度盐化土的最佳灌溉施肥方案为N2S3W3。研究结果可初步揭示水盐肥的耦合效应,为盐碱地膜下滴灌棉田灌溉施肥系统的优化提供一定的参考依据,对减少灌溉中产生的面源污染、提高水肥利用效率起到一定的指导作用。
【图文】：

技术路线图

示意图,盆栽试验,盐化土,示意图

3 N1S2W2 中度盐化土 150 1754 N2S0W2 非盐化土 300 1755 N2S1W2 轻度盐化土 300 1756 N2S2W2 中度盐化土 300 1757 N2S3W2 重度盐化土 300 1758 N2S2W0 中度盐化土 300 1059 N2S2W1 中度盐化土 300 14010 N2S2W3 中度盐化土 300 21011 N3S2W2 中度盐化土 450 17512 N1S1W2 轻度盐化土 150 17513 N1S2W1 中度盐化土 150 14014 N2S1W1 轻度盐化土 300 140本试验设置在西安理工大学露天场，上方设有雨棚，从而保证灌溉是唯一水源。试验水头为 1.5 米，化肥在水箱中溶解后随水滴灌。土箱下方用大理石和砖块垫高 15cm，，大理石中间钻直径 20cm 的圆形孔，用以土箱的排水和换气。具体布置详见图 2-2。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S275.6

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