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硝态氮淋失不仅是提高化肥利用率的土壤物理问题,而且是环境科学中水质污染研究的重大问题。 本文主要研究土壤环境中硝态氮运移的土壤水分物理过程与机制,用TDR技术监测硝态氮在土柱中的移动,引进最新CXTFIT模型描述硝态氮在土壤中的运移规律,并尝试应用于太湖地区乌栅土硝态氮运移规律的研究。本研究阐明土壤中硝态氮的运移,为描述水稻土中硝态氮淋失的规律提供科学依据,为太湖地区氮素迁移与环境污染的研究提供参考。主要的研究结果如下: 采用比利时鲁汶地区质地为砂质壤土的原状土柱研究了TDR测定溶质运移过程中的影响因素,发现TDR测定溶质的溶度范围存在着上、下限。用Ca(NO3)2作为示踪剂时,浓度低于40mg/L是TDR测定的下限;温度是主要的影响因素之一,随着温度的升高,TDR的电阻值下降,不同的溶质流速和不同的溶质浓度均对TDR测定溶质运移平衡时间有影响。此外,TDR探头的粗细及长短等也对测定结果有一定的影响。因此,用TDR测定溶质运移规律时,必须进行TDR探头的校正。 硝态氮在原状土柱中运移时,与土壤的基本性质、水流的速度、溶质的浓度等均有很大的关系。硝态氮运移速度随着水的流速增加而加快;且硝态氮的浓度升高时,硝态氮的运移速度也相应加快。硝态氮运移过程中实测的穿透曲线与用CXTFIT模型模拟的穿透曲线基本吻合,决定系数达到0.9以上。在模拟过程中可同时得到硝态氮运移过程中的弥散系数和平均孔隙水流速等参数。硝态氮的弥散系数与土柱的土层厚度呈幂函数关系,平均孔隙水流速与土层厚度呈直线正相关;弥散系数与平均孔隙水流速也呈直线正相关。 在采自太湖地区主要水稻土类型之一的乌栅土的物理性参数的研究中,得出该土壤的饱和导水率变化于0.72×10-4~6.33×10-4cm/s之间,属于低透水强度范围。饱和导水率在土壤剖面中的变化从上到下呈下降的趋势,与其粘粒含量呈极显著负相关;土壤水分特征曲线在土壤剖面中的变化总的趋势一致。成土母质中存在着许多贝壳类侵入体导致土壤的饱和含水量、田间持水量和凋萎系数均呈从上到下降低的趋势。这种土壤的有效水含量也较低,仅在44.2~74.9g/kg之间。由于该地区的地下水位较高,且降水较频繁,故能充分满足作物生长用水的需要。供试土壤的非饱和导水率是土壤基质势的函数,非饱和导水率与负压水头呈极显著的负相关,在负压水头达10 kPa时,非饱和导水率最小,且基本趋于稳定。 用水平土柱法研究硝态氮在没有重力势作用情况下的运移规律,可得供试上壤的非饱和上壤水扩散率变化于1.053X10’~1.886X10-’c价min之间,非饱和上壤水扩散率随含水量的增加而迅速升高,且呈指数曲线关系。硝态氮水平运移的浓度随离示踪剂源的距离增加而逐渐减小并呈对数曲线变化;硝态氮水平运移的浓度与含水量有密切的关系,随着土壤水分含量的增加而成指数比例增加,这是由于硝态氮的浓度梯度与水势梯度共同作用的结果;硝态氮水平运移速率与运移距离之间的关系并非是一个恒定的直线线性关系,而是呈现幂函数关系。 硝态氮入渗过程中的运移规律表明,在饱和条件下硝态氮运移过程的穿透曲线呈现不对称形状和拖尾现象,主要由于土场中存在着动水和不动水的比例不同和土壤的物理性质所致。与硝态氮结合的阳离子价数对硝态氮的垂直运移基本没有什么影响。在非饱和条件下,硝态氮运移过程的时间明显加长,穿透曲线的峰值增高,优先流不明显,穿透曲线平缓,硝态氮的流速减小。试验区的硝态氮在土壤中的含量随季节的不同而呈现有规律的变化,结果表明,冬、春两季硝态氮在土壤中的含量较高,夏、秋两季则较低。地下水中的硝态氮污染现象不显著,主要由于上壤质地粘重,阻碍了硝态氮向地下水中的运移。在室内模拟试验中,可用测定硝态氮运移过程中的电导率来反映硝态氮浓度的变化。 CXTFIT硝态氮运移模型完全可以运用于太湖地区乌栅土中硝态氮运移规律的研究。模型的模拟值与硝态氮的实测值相比,误差范围在3%以下,因此可用此模型对试验区土壤中硝态氮运移规律进行预测、预报。