基于HYDRUS-1D模型的典型农业区氮污染物包气带运移模拟研究

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农业面源是环境水体氮污染的主要来源,土壤-包气带是农业面源氮污染物垂向入渗进入地下水的必经之路。氮素在垂向入渗过程中发生一系列复杂的物理、化学及生物反应,如硝化作用、反硝化作用和吸附-解析等。开展不同自然条件和人为活动影响下土壤-包气带中氮素的迁移转化及其淋失规律研究,对于深入了解农业区氮循环及其通量过程具有重要的理论意义,可为浅层地下水氮污染防治提供实践指导。  本研究选择安徽省宿州淮河种业粮食产业联合体旱作农业区为研究区域。通过建立野外田间试验站,定期观测土壤水分运动和溶质运移过程,构建土壤水氮运移的HYDRUS-1D模型,并用实际观测数据对模型参数进行率定和验证。通过设计不同的农业生产条件,如施肥措施、降水条件以及土壤类型,对比分析各种设计条件下的土壤非饱和带水分平衡和氮素分配状况,定量评估土壤硝氮淋失率。主要结论如下:  1.野外田间试验观测表明,砂姜黑土试验点土壤含水率为0.252~0.455,潮土试验点土壤含水率为0.203~0.416。砂姜黑土试验点采集的土壤孔隙水样品中硝氮和氨氮的平均浓度为77.60和1.28mg·L-1,潮土试验点采集的土壤孔隙水样品中硝氮和氨氮的平均浓度为29.27和1.02mg·L-1。  2.砂姜黑土研究区的土壤含水率和土壤溶液硝氮浓度模拟值与实测值的决定系数R2均大于0.75,相对误差均小于20%;潮土研究区的模拟值与实测值的决定系数R2均大于0.60,相对误差均小于10%。表明HYDRUS-1D模型可以较好地描述研究区土壤水分运动及氮素迁移过程。  3.利用建立的HYDRUS-1D模型模拟分析表明,针对砂姜黑土常规施氮(N100)、施氮量占常规施氮量75%(N75)和施氮量占常规施氮量50%这三种氮肥施用方案下的氮素淋失量均为146kg·hm-2。常规施肥条件下,降雨保证率为50%、75%和90%的降雨过程,氮素淋失量分别为土壤氮素淋失分别为253.75、166.49和66.59kg·hm-2。模拟分析结果表明,降雨过程是影响土壤氮素淋失的主要影响因子。  4.在常规施肥及75%降雨保证率设计条件下,砂姜黑土和潮土的氮素淋失量分别为166.49和205.98kg·hm-2,潮土中残留的氮素更易流失主要与潮土储水性能较弱有关。
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