沟畦灌溉地表水流中化肥运动的动力特性及灌水施肥技术要素设计理论

沟畦灌溉水肥分布不均是制约水肥资源高效利用的重要因素，化肥在灌溉水流中的运动规律不清是阻碍该问题研究的重要方面，而国内外关于揭示该问题的研究尚不充分。本项目研究化肥在沟畦灌溉地表水流中的对流扩散动力特性，构建地表水流中化肥运动的数学模型，分析灌水施肥技术要素对化肥分布的影响规律，提出基于水肥分布联合评价的地面灌溉施肥技术设计理论与方法。拟采用室内试验、田间试验、计算机模拟相结合的方法，重点分析不同灌水阶段地表水流中化肥溶质运动的动力结构，揭示化肥分布规律等关键科学问题。预期研究成果对于提高沟畦灌溉水肥分布均匀度和有效利用率、减轻农业面源污染具有重要的实际意义，为地面灌溉施肥管理与评价提供理论基础，对于丰富地面灌溉设计理论具有重要的理论价值。

地面灌溉水肥分布不均是制约水肥资源高效利用的重要因素，化肥在灌溉水流中的运动规律不清是阻碍该问题研究的重要方面。本项目针对沟畦灌溉过程中化肥随灌溉水流运动的对流扩散特性、灌水施肥质量评价等问题进行了研究，旨在提出筛选合理灌水施肥技术方案的理论与方法。试验在河北省南皮县双庙育种农场冬小麦试验田进行，在尿素撒施条件下，对灌水流量、改水成数、施肥成数等3个灌水施肥技术要素各设3个水平，按正交设计共9个处理3个重复，分别观测灌水过程中地表水流的推进与消退过程、地表水流中尿素浓度及灌水前后土壤中的水分、硝态氮、铵态氮和尿素态氮含量，分析了地表水流中氮素浓度随入渗时间的变化规律，灌水施肥技术要素对肥料分布的影响，构建了化肥撒施条件下水肥运动模型。结果表明：（1）在尿素撒施条件下，地表水流中氮素浓度随入渗时间的变化符合幂函数关系，于是将其与土壤入渗模型相结合，便可根据水流推进与消退过程估算各点的氮素入渗量，为模拟过程中的施肥质量评价提供了方法。（2）灌水流量和施肥成数对地表水流中尿素分布影响显著，因此在满足灌水质量要求的前提下，可通过调整灌水流量和施肥成数获得较高的施肥质量。在本项目试验区内，八成施肥（即按定额将肥料集中撒施在田块长度方向上的前80%，后20%的肥料依靠地表水流挟带后渗入土壤）情况下的施肥质量最高。（3）利用式有限差分法建立了一维地表水流溶质运动的对流-弥散模型，并提出了灌水施肥质量综合评价指标，为评价撒施肥料条件下的灌水施肥系统性能提供了数值模拟工具，从而可以针对各种自然因素（坡度、土壤质地等）和灌水施肥技术要素进行模拟，筛选出最合理的灌水施肥技术方案。