波涌灌施肥农田地下水环境效应与灌溉质量评价方法研究

本项目拟结合我国北方旱区波涌灌和农田施肥特点，采用室内外试验、数值模拟和理论研究相结合、以试验为主的技术路线，在不同地下水位条件下，在室内外开展施氮肥条件下的波涌灌间歇入渗和灌水试验，研究波涌灌较传统连续灌农田土壤氮素运移、转化、水肥耦合规律和地下水环境效应及波涌灌技术要素、灌水定额、施肥方式和施肥量等因素的影响特性；建立波涌灌间歇入渗饱和-非饱和土壤氮素运移、转化模型；研究从水、肥两方面综合评价波涌灌灌水质量的指标体系和计算方法；波涌灌农田饱和-非饱和土壤氮素运移、转化的数值模拟，建立波涌灌灌水技术要素优化模型。该研究对于丰富地面灌溉理论、提高灌溉水肥利用率和保护地下水环境具有十分重要的科学价值和生产实际意义，研究成果为进一步提高波涌灌节水、保肥效益和减小地面灌溉施肥对地下水环境污染奠定科学基础。

本项目结合我国北方旱区波涌灌和农田施肥特点，在查阅国内外相关文献资料的基础上，采用试验、数值模拟和理论研究相结合、以试验为主的技术路线，在室内外开展了施氮肥条件下的波涌灌间歇入渗和灌水试验。研究了不同地下水位条件下均质土壤上升毛管水运动特性，揭示了地下水补给量与上渗时间之间的幂函数关系，毛管水上升高度与地下水补给量之间呈明显的线性函数关系；研究了肥液连续入渗和波涌灌间歇入渗能力、湿润锋运移、土壤含水率分布、土壤NO3--N运移特性及地下水NO3--N浓度的分布特性，提出了由连续入渗湿润锋运移资料计算间歇入渗湿润锋运移距离的模型。研究了波涌灌溉间歇入渗技术要素对肥液间歇入渗能力、湿润锋运移和土壤含水率分布、土壤NO3--N运移及其对地下水NO3--N分布的影响，建立了不同影响因素的肥液间歇入渗量和湿润锋运移模型；研究了不同浓度肥液间歇入渗情况下水肥耦合特性及地下水中NO3--N运移特性，建立了不同浓度肥液对应的地下水中NO3--N浓度增量与地下水深度之间的指数函数模型；研究了施肥方式对间歇入渗土壤水分、氮素运移特性及地下水NO3--N的影响，建立了不同施肥方式条件下地下水中硝态氮浓度的增量与地下水深度之间的指数函数模型，研究表明灌施的地下水硝态氮增量较表施和深施的小，灌施肥有利于提高氮肥利用效率，减轻氮肥对地下水的污染；建立了饱和-非饱和条件下土壤水、溶质耦合运移的一维数学模型，并验证了模型，用所建模型对波涌灌间歇入渗不同循环率1/2、/3、1/4分别进行了数值模拟，并提出了对波涌灌间歇入渗产生致密层的概化和动态变化处理方法，揭示了波涌灌间歇入渗水肥运移耦合机制。研究了从水、肥两方面综合评价波涌灌灌水质量的指标体系和计算方法，建立了波涌灌灌水技术要素的优化模型，提出了波涌灌水、肥的协同作用和提高氮肥利用率的关系。以上研究为进一步提高波涌灌节水、保肥技术奠定了科学基础，具有十分重要的科学价值和生产实际意义。项目研究成果已公开发表学术论文12篇，其中SCI/EI 收录6篇；结合该项目研究，培养硕士研究生2名。