蓄水单坑灌施条件下不同土温和水温对土壤水氮运移规律的影响

太原理工大学硕士研究生学位论文蓄水单坑灌施条件下不同土温和水温对土壤水氮运移规律的影响摘要温度对作物的生长、发育和土壤质地的形成有着重要的影响，它是农业生产中进行耕作、灌溉和施肥的一个重要影响因素。在一定的范围内，随着土壤温度的升高，作物的生长发育速度加快；在其它条件满足时，灌溉水温过低，会抑制作物根系对土壤水分和养分的吸收利用。蓄水坑灌法是一种新型的节水灌溉方法，可有效解决干旱和起到保持水土的作用。温度是控制土壤微生物活性的一个关键因素。温度的变化会影响土壤中氮素的分布，而氮素对作物生长起着重要作用，土壤中氮素的积累有助于提高土壤肥力，促进作物经济产量的提高。为了明确不同土壤温度和灌溉水温对土壤水氮运移规律的影响，以及设计合理的灌溉制度，本文通过室内土箱模型试验与理论分析相结合的方法，研究了在蓄水单坑灌施条件下不同土壤温度(20，25，30℃)和不同灌溉水温(15，20℃)，所对应单坑灌水量(7l)在灌后不同时间(1，5，10，15d)对土壤水氮运移规律的影响。主要结论为:⑴蓄水单坑灌施条件下不同温度对土壤水分运移规律的影响，主要包括:①随着入渗时间的延长，蓄水坑土体湿润范围不断扩大，土壤含水率在空间分布上表现为先增大后减小的趋势。②灌溉水温一定时，土壤I 太原理工大学硕士研究生学位论文温度越高，水分在蓄水坑土体内的运移范围越大，含水率越小；土壤温度一定时，灌溉水温越高，水分在蓄水坑土体内的运移范围越大，土壤水分在湿润体内分布越均匀。③不同土壤温度和灌溉水温条件下的湿润锋动态差别不大，土壤含水率空间分布规律基本一致。⑵蓄水单坑灌施不同土壤温度(20，25，30℃)条件下氮素运移的规律，主要表现为:①土壤铵态氮含量在垂向分布上随着时间的延长，表现为先增大后减小的趋势。在20—30℃范围内，随着土壤温度的升高，铵态氮含量达到最大值的时间逐渐缩短。土壤铵态氮含量在水平方向上，随着径向距离的增大表现为逐渐减小的趋势。②不同土壤温度条件下的硝态氮含量随着时间的推移而逐渐增大，在灌后15天土壤硝态氮浓度到达最大值。在20—30℃范围内，随着土壤温度的升高，硝态氮含量增幅加快。⑶蓄水单坑灌施不同灌溉水温(15，20℃)条件下土壤氮素运移的规律，主要表现有：①土壤铵态氮含量在垂向分布上，随着时间的延长表现为先增加后减小的趋势，灌溉水温20℃时所对应的铵态氮峰值要大于15℃下铵态氮峰值；土壤铵态氮含量随着径向距离的不断增大而逐渐减小。②土壤硝态氮含量在垂向分布上呈现出中间低两边高的特点，随着时间的不断延长，土壤硝态氮含量逐渐增大；土壤硝态氮含量随着径向距离的不断增大而逐渐增大，在土体湿润锋的边缘处，硝态氮含量达到最大值。在15—20℃范围内，随着灌溉水温的升高，土壤硝态氮浓度增大。II 太原理工大学硕士研究生学位论文⑷铵态氮在蓄水坑土体内的运移方式主要以扩散作用为主，大部分土壤铵态氮集中在湿润体内部；硝态氮在蓄水坑土体内的运移方式以对流作用为主，大部分土壤硝态氮集中在土体湿润锋边缘处。关键词：蓄水单坑灌施，水氮运移，土壤温度，灌溉水温，铵态氮，硝态氮III 太原理工大学硕士研究生学位论文EFFECTOFDIFFERENTSOILTEMPERATUREANDWATERTEMPERATUREONTRANSPORTOFWATERANDNITROGENUNDERWATERSTORAGEPITIRRIGATIONABSTRACTTemperaturehasasignificantimpactonthegrowthanddevelopmentofcrop,andtheformationofsoiltexture,anditisaveryimportantfactortoagriculturalproduction,irrigationandfertilization.Studieshaveshownthat:inacertainrange,withtheincreaseofsoiltemperature,thegrowthofcropaccelerate;whenotherconditionissatisfied,lowwatertemperaturewillhaveainhibitionintheuseofcroprootsystemonsoilmoistureandnutrients.Waterstoragepitirrigationmethodisanewtypeofwater-savingirrigationmethod.Itcaneffectivelysolvethewaterdeficitandplayaroleinsoilandwaterconservation.Temperatureisakeyfactorofcontrollingsoilmicrobialactivity.Thetemperaturevariationwillaffectthesoilnutrientcontent,andthenitrogenplaysanimportantroleinplantgrowth.Theaccumulationofnitrogeninthesoilwillimprovesoilfertilityandincreasecropyields.Theindoorexperimentwasconductedwiththeoreticalanalysis.Thegoalsofthisstudyare:1)determiningthenitrogendistributioninsoilwateratthedifferentsoiltemperature;2)determiningthenitrogendistributioninsoilwateratdifferentV 太原理工大学硕士研究生学位论文temperatureofirrigationwater3)designingareasonableirrigationsystembasedonresultsofthefirsttwopoints.Throughtheindoorsoilboxsimulationtest,studiedatthesinglewaterstoragepitirrigation,differentsoilootemperatures(20,25,30C)andirrigationwatertemperature(15,20C),correspondingtoasinglepitirrigationamount(7l)anddifferenttimes(1,5,10，15d)afterfilling,effectsonsoilmoistureandnitrogenmigrationrule.Mainresearchresultsare:⑴Underthewatersinglepitirrigationconditionofdifferenttemperature,effectsonsoilmoisturemigration，included:①sincethewaterbottomismadeofsealbaffle,thesimulatedsoilfertilizersolutionpouredintothetank,atthebeginningoffertilizerismainlyhorizontalinfiltrationonliquidinfiltration,soilwettingrangeincreasingwithtime.Withtheincreaseofsoilwaterstorageofpitdepthandtheradialdistance,soilmoistureshowedadecreasingtrendafterthefirstincrease;wettingfrontdynamicundertheconditionofdifferenttemperatureshaslittledifference,moisturecontentofthespatialdistributionruleisalmostthesame.②Irrigationwatertemperatureisconstant,thehigherthesoiltemperature,thesmallerthemoisturemigrationarea,thegreaterthemoisturecontent.③Undertheconditionofacertainsoiltemperature，thehighertheirrigationwatertemperature,thegreatertherangeofmoisturemigration,themorehookthesoilmoisturedistributioninthewet.⑵Underthewatersinglepitirrigationconditionofdifferentsoiltemperature,thelawofnitrogenmigration,mainlyfor:①OntheverticalVI 太原理工大学硕士研究生学位论文distributionofsoilammoniumnitrogencontentovertime,showedadecreasingtrendafterthefirstincreasewiththeincreaseofsoiltemperature.Thecontentofammoniumnitrogenreachmaximumgraduallyshortenthetime,thenammoniumnitrogencontentdecreasesgraduallyovertime,nitrificationismoreonoticeableduring20—30C.②Thecontentofnitratenitrogenindifferentsoilotemperatureconditionsincreasesovertime，intherangeof20—30C,thenitratecontentrisefasterwiththeincreaseofsoiltemperature.⑶Underthewatersinglepitirrigationconditionofwatertemperature,thelawofnitrogenmigration,mainshowis:①Ontheverticaldistributionofsoilammoniumnitrogencontentshowatrendofdecreaseafterthefirstincrease.oIrrigationwatertemperature20Cwhenthecorrespondingammoniumnitrogenopeakismorethan15Cunderammoniumnitrogenpeak.Soilammoniumnitrogencontentdecreasesgraduallywiththeincreasingofradialdistance.②Thecontentofnitratedistributionhasthecharacteristicsofthehighmiddlewhilethelowaround.Thesoilnitratecontentgraduallyincreasedwiththetimecontinues.Thecontentofnitratedecreaseswiththeincreasingofradialdistance.Inthesoilwettingfrontedge,thecontentofnitratereachesthemaximum.Intheorangeof15—20C,withtheincreaseofwatertemperature,thenitrateconcentrationincreases.⑷Themaintransportwayofammoniumnitrogenismigration,mostoftheammoniumnitrogenconcentratedintheinsideofmoistbody.Themigrationpatternsofnitratenitrogenismainlycomposedofconvection,mostofnitrateVII 太原理工大学硕士研究生学位论文concentratedattheedgesofthewetbody.KEYWORDS:waterstoragepitsirrigation;transportofwaterandnitrogen;soiltemperature;watertemperature;ammoniumnitrogen;nitratenitrogen;VIII 太原理工大学硕士研究生学位论文目录第一章绪论......................................................................................................................11.1研究目的及意义..................................................................................................11.2土壤水氮运移研究进展......................................................................................31.2.1土壤水分运移研究进展...........................................................................31.2.2土壤氮素运移研究进展...........................................................................31.2.3水肥耦合研究进展...................................................................................51.2.4水热耦合研究进展...................................................................................61.3节水灌溉理论与技术研究进展..........................................................................71.3.1节水灌溉理论与技术研究现状...............................................................71.3.2节水灌施条件下土壤氮素运移转化特性...............................................81.4蓄水坑灌法研究进展.......................................................................................101.4.1蓄水坑灌法简介.....................................................................................101.4.2蓄水坑灌条件下土壤水分入渗研究进展.............................................111.4.3蓄水坑灌条件下土壤氮素运移特性研究进展.....................................131.5本文研究内容和技术路线...............................................................................141.5.1研究内容................................................................................................141.5.2技术路线................................................................................................14第二章蓄水单坑水肥灌施室内试验设计....................................................................182.1试验土样............................................................................................................182.2试验方案...........................................................................................................182.3试验装置............................................................................................................182.4试验流程............................................................................................................232.4.1试验准备工作........................................................................................232.4.2试验过程................................................................................................242.5试验测定项目和方法.......................................................................................24第三章蓄水单坑灌施条件下不同土壤温度对土壤水氮运移规律的影响................263.1一定灌溉水温条件下不同土壤温度对土壤水分运移规律的影响...............26IX 太原理工大学硕士研究生学位论文3.1.1湿润锋运移的影响.................................................................................263.1.2再分布过程中土壤含水率分布的影响.................................................273.1.3含水率的二维分布规律.........................................................................303.2一定灌溉水温条件下不同土壤温度对土壤氮素运移规律的影响................313.2.1土壤铵态氮含量变化特性....................................................................313.2.2土壤硝态氮含量变化特性.....................................................................343.2.3土壤铵态氮硝化反应速率.....................................................................373.3小结....................................................................................................................37第四章蓄水单坑灌施条件下不同灌溉水温对土壤水氮运移规律的影响................414.1一定土壤温度条件下不同灌溉水温土壤水分运移特性的影响....................414.1.1湿润锋运移的影响.................................................................................414.1.2再分布过程中土壤含水率分布的影响.................................................424.1.3含水率二维分布对比分析.....................................................................454.2一定土壤温度条件下不同灌溉水温对土壤氮素运移特性的影响................464.2.1灌溉水温对铵态氮分布和转化的影响.................................................464.2.2灌溉水温对硝态氮分布和转化的影响.................................................484.2.3土壤铵态氮硝化反应速率.....................................................................514.3小结..................................................................................................................51第五章结论与建议........................................................................................................545.1结论....................................................................................................................545.2建议....................................................................................................................55参考文献..........................................................................................................................56附录................................................................................................................................64硕士期间参加的科研项目......................................................................................64硕士期间发表的论文..............................................................................................64致谢..................................................................................................................................66X 太原理工大学硕士研究生学位论文第一章绪论1.1研究目的及意义水资源短缺和氮肥的利用率不高对我国的农业发展有着重要的影响。我国农业用水浪费现象一直比较严重，且灌溉施肥后的降雨容易引起土壤氮素的淋溶损失，同时也会对地下水资源造成一定的污染，不利于水资源的可持续利用。因此，合理使用有限的水资源，有效提高水资源和氮肥利用率至关重要。由于农田中氮素的流失，导致地表和地下水中的硝态氮含量增加，从而引起地表水体的富营养化和地下水的污染；另外，土壤氮素硝化、反硝化损失还将引起大气中氮氧化物温室气体的增多，氨挥发会导致大气中氮的沉降，土壤中过量铵盐的存在则会使土壤质地变坏，同时在一定程度上促成酸雨的形成等，对大气环境构成一定的危害。从90年代开始，我国开始逐渐关注氮肥的不合理使用及氮污染的危害，并通过进行有效的氮肥管理措施和合理的灌溉方式，以及实现总氮的回收处理技术来提高肥料利用率。目前，有关土壤中氮的研究已经成为国内外研究的热点。研究表明，通过在农田水利中将灌溉和施肥有机结合起来，可有效提高土壤氮素的利用率。土壤温度影响着土壤中各种物理和化学过程，同时它还对土壤中各种微生物的活动存在着一定的影响。研究表明，土壤有机质的转化与温度的关系很大，热带地区温度高，土壤有机质分解快；寒温带温度低，土壤有机质分解慢[1-3]。植物的生长和发育会受到不同土壤温度的促进和抑制[4]。不同的土壤温度会对土壤有机质的分解速率产生不同的影响。有机质分解在南方高温地区比较快，而在北方的寒冷地区表现为相反的变化趋势。太阳辐射和大气循环因素的不断变化也会对土壤温度产生着一定的影响，土壤中的能量和大气中的能量进行着不断的交换和变化，同时促使着土壤温度也跟着表现为一定的规律性的变化趋势[5]。李仁杰等[6]的研究结果可以发现：土壤表层的温度变化情况比较明显，即随着土壤深度的不断增加，当土壤深度一定的时候，土壤温度几乎不会随深度的变化而变化，稳定在一定的温度范围内；土壤地表的温度和外部室外的温度表现为相同的变化规律，有的时候则会出现一定的滞后情况。在一定的土壤温度范围内，随着土壤温度的升高，土壤中各种生物化学过程的进行会1 太原理工大学硕士研究生学位论文得到促进作用；反之，当土壤中的温度太低时，将会抑制土壤有机质的分解，降低土壤呼吸作用的进行，影响土壤质地的稳定[7-8]。研究表明，对我国北方不少地区的农作物及果树来说，一定程度上的增温可以对其生长及发育起到促进作用，进而提高农作物的经济产量[9-10]。灌溉水温是农业生产中进行耕作、灌溉和排水的一个重要因素，在其它条件满足时，灌溉水温的变化对作物的生长发育和土壤肥力具有重要的影响，灌溉水温过低，会抑制作物根系对土壤水分和养分的吸收利用[11-12]。王树萱，顾承志等的研究表明，灌溉水温的不同会对水稻生长发育及经济产量产生不同的影响，灌溉水温过低将会使农田发生不同程度的寒害，形成水稻不发育、甚至烂秧等情况[13]。赵玉荣等的研究则表明，适宜的水温为28℃—30℃，提高灌溉水温是实现水稻增产的一条理想途径[14]。蓄水坑灌法[15-20]是针对我国北方山丘地区干旱和水土流失问题，因地制宜提出的一种高效节水灌溉技术，致力于提高农业灌溉中土壤水氮的利用率。该方法主要适用于果林地灌溉，能够有效保持水土和提高水分利用效率，且方法比较简单，成本低廉，适合进行大面积的推广和发展。对于蓄水坑灌技术的研究，在过去主要集中在土壤水分入渗方面，并取得了不错的成果。而对于灌溉施肥条件下蓄水坑土体中氮素的分布、随水分的迁移和转化机理的问题，以及影响因素方面研究还相对较少。因此，本文开展蓄水单坑灌施条件下土壤水分和氮素运移特性的研究，分别以土壤温度和灌溉水温作为单因素控制变量，研究蓄水单坑灌施条件下不同土壤温度和灌溉水温对土壤水氮运移规律的影响，对于提高蓄水坑灌条件下农业氮肥利用率，减少农田氮素流失损失，进一步丰富蓄水坑灌法及完善水肥热耦合理论体系，具有重要的理论价值和现实意义，是蓄水坑灌法理论体系的一个重要组成部分。本文通过室内土箱模型试验，研究蓄水单坑灌施条件下不同土温和水温对土壤中水氮分布的影响，从而为蓄水坑灌田间不同温度或季节施肥提供理论依据。2 太原理工大学硕士研究生学位论文1.2土壤水氮运移研究进展1.2.1土壤水分运移研究进展土壤水分是指土壤表层至地下水潜水面以上土壤层中的水分。土壤水分作为作物吸收水分的主要来源，对农作物的生长发育有着至关重要的作用，是农作物进行各种生命活动的必须物质，有机物的各种物理和化学过程都离不开水在其中的参与。水可以使作物的体温始终维持在其生长发育需要的水平。假设农作物的细胞出现缺水现象，将会严重影响农作物的生长和发育，情况严重甚至会造成农作物的灭亡[21]。研究表明，农作物的根系对固态的有机物和无机物不能直接有效的去利用，必须得在水中发生溶解之后，再通过水分的运移输移送至农作物的根层活跃区[22]。我国在土壤水分运移方面的研究起步较晚，但取得的成就却是显著的。国内土壤水分研究多限于非饱和土壤水分运动。研究认为，土壤中水势梯度是土壤水分运动的驱动力[23]。从上世纪80年代中期开始，我国进行土壤水分异质性方面的研究，如雷志栋等进行了田间土壤水分入渗的空间分布研究，编制了非饱和土壤水一维流动的计算程序[24]。刘云鹏运用分形理论对不同土壤质地结构对土壤持水性能、水分运动影响进行了研究[25]。李笑吟等通过对土壤剖面水分动态的研究，得出剖面土壤水分呈上高下低的分布特征[26]。1.2.2土壤氮素运移研究进展土壤中氮素存在形态主要是有机态氮和无机态氮两种不同的形态，其中土壤中的绝大部分氮素以有机态的形式存在，是植物矿物质氮主要来源，但有机态氮不能被作物直接吸收利用，必须得通过土壤中微生物的促进和转化作用，变成能够为植物所吸收和得到有效利用的无机形态的铵。土壤中的无机态氮主要以铵态氮、硝态氮和亚硝态氮的形态存在。其中的铵态氮肥能够为作物直接吸收，且肥效比较快。硝态氮肥吸湿性强，不易被土壤胶体所吸附，具有较大的移动性，比较适合干旱地区使用。土壤中的氮素通过水解、吸附、硝化、反硝化、挥发等一系列复杂的物理、化学和生物过程来实现其循环，从而反复供植物利用。土壤氮素转化作用包括硝化作用、反硝化作用、氮素矿化—生物固持作用、铵的吸附—解吸作用、铵的粘土矿物固定—3 太原理工大学硕士研究生学位论文释放作用、铵—氨平衡以及氨挥发等过程。氮素转化在土壤的各个环节之间有着紧密的联系，存在着不同程度抑制或促进作用。因此，我们在发展农业生产的过程中，除了大力增施氮肥外，必须增强对土壤中氮素迁移和转化方面的了解，以便在农田水利中采取合理的灌溉措施。⑴氮的矿化作用氮素的矿化主要是指土壤中有机氮在土壤微生物活动的作用下，分解为无机氮的过程。土壤矿化氮是供给作物所需氮素及其他养分的重要环节[27-28]。研究表明，矿化作用强度不仅与土壤中有机氮化合物的多少有关，而且与土壤微生物活动的外部条件例如水分、温度、土壤的理化性质等其它因素也有关。在诸多的影响因素当中，温度对土壤矿化作用的影响被认为是一个比较重要的影响因素[29-30]，研究者大多通过培养试验来研究温度对土壤氮矿化强度的影响，一般认为在20℃—35℃的温度范围内，比较适宜土壤矿化作用的进行，温度过低或过高都会对土壤矿化作用产生一定程度的抑制。⑵铵态氮吸附作用由于土壤胶体颗粒本身带有负电荷，因此对带正电荷的铵态氮具有吸附作用，土壤中被吸附的铵态氮主要以两种形态存在，交换态铵和非交换态铵，其中交换态铵能够被作物直接吸收利用，属于速效性氮素。土壤对铵态氮的吸附规律和能力，影响着作物根系对铵态氮的吸收以及无机态氮素的迁移、转化等过程。另外，铵态氮在一定程度上可以抑制氮素在土壤中的流失[31]。⑶土壤硝化和反硝化作用土壤硝化作用是指在硝化细菌的作用下将铵态氮转化成硝态氮的过程，土壤中硝化过程的进行对氮素的循环过程有着重要的影响，同时对土壤氮素的供应和损失有明显的影响[32]。反硝化作用是指在土壤中反硝化细菌的作用下，将硝态氮还原为气态氮的过程。土壤温度是影响硝化和反硝化作用的一个重要因素，大量的实验和理论研究表明，高温和低温都将抑制硝化作用的进行。在一定的温度范围内，随着土壤温度的升高，土壤反硝化速率增强[33]；土壤pH值对硝化作用的进行也有着一定的影响，中性至碱性土壤最有利于土壤硝化作用的进行[34]；土壤反硝化速率与土壤N之间存在显4 太原理工大学硕士研究生学位论文著正相关的变化关系[35]，它们之间的关系也可以用Michaelis．Menten数学方程来进行描述[36]。(4)土壤氨的挥发研究表明，土壤中的氨挥发损失占到0.4-50%，主要与土壤质地、土壤pH值、氮肥种类、水分、温度等因素有关。当土壤pH值从酸性变到碱性时，铵态氮转变成氨气，氨挥发便开始发生[37]；随着土壤温度的升高和施入的尿素或铵态氮含量的增加，氨挥发量也显著增大[38]；稻田中土壤氨挥发量(18％)要比旱地土壤的大(9%)；粗砂土的氨挥发损失大于细粒土壤的氨挥发损失，砂土、壤土和砂壤土的氨挥发分别为粘土的5.2、3.4、4.6倍[39]。1.2.3水肥耦合研究进展水肥耦合是指在农业生态环境系统中，我们将把水和肥作为一个有机统一整体来对农作物的生长和发育产生作用[40]。在进入新世纪以前，世界上各国就已经将水和肥作为一个统一的整体进行了很多方面的研究，通过其研究来达到农业用水利用率的提高。水肥耦合能够对农作物的生长发育发挥促进作用，我们在农业生产中主要是利用其中相互之间的促进作用来达到对灌溉用水利用率的提高[41]，使其不断起到积极的影响，推动农田水利的不断建设，最终达到促进经济社会的不断发展。(1)水肥耦合对水分利用的影响我们可以通过一定的施肥来达到促进农作物生长发育的目的，使其很好的利用周围的生长空间去吸收其需要的营养物质，做到对水分和养分的合理利用，促进对水分利用率的提高。以往的研究发现，合理有效的节水灌溉方式不仅能够达到增加土壤保持水分的能力，同时能够充分的实现对水资源的利用。兰晓泉的实验研究表明，灌溉施肥可以有效的提高农作物对水分的利用率[42]。李生秀等的研究则发现，如果在土壤发生干旱的时候去进行灌溉施肥，一方面能够促进农作物根系的生长发育，另一方面还可以对水分的摄取量起到积极作用，并且会加快农作物本身的水分运移以及蒸腾，实现灌水利用率的提高[43-45]。杨建昌的研究表明，在农田干旱的状况下，不同程度的干旱和灌施氮肥量的差异对水资源的利用率有着重要的影响，在土壤稍微干旱的时候，我们可以通过增加对氮肥的施用量来达到促进农作物生长发育的目的，最终使5 太原理工大学硕士研究生学位论文农作物的经济产量得到增加[46]。(2)水肥耦合对肥料利用率的影响肥料是指能够为农作物提供若干种生长发育必不可少的营养元素，同时可以对土壤肥力以及其它各种物理、化学性质起到积极的作用。氮素作为植物新陈代谢的一种重要元素，主要是通过铵态氮和硝态氮这样的形态进入土壤中被农作物所吸收，它是作物进行光合作用以及呼吸作用不可或缺的一部分。对氮素不同程度的施用将会对农作物的生长发育产生促进或抑制的作用，例如，农田中大量的施入氮素，可能会造成农作物叶茎过长、作物组织出现柔软，对病虫害等不能形成有效的抵抗，其它各种抗性也发生消极的影响。反之，如果农作物的生长发育中得不到氮素的有效供应，可能出现，作物枝干瘦小，生长出现迟缓现象，以至于导致农作物没有经济产量的情况。水肥耦合能够促进农作物对肥料的利用率，考虑到水分能够直接对肥料的吸收和利用产生重要的影响作用。合理有效的灌水能够对农作物吸收利用各种营养元素发挥积极的作用[47-48]。王喜庆等通过对水肥耦合的研究结果表明，认为水分能够促进农作物对氮素的吸收，达到农作物产量实现增收的目的。李韵珠等的实验研究结果发现，在一定的情况下，如果农作物供应量一定的时候，通过不断的灌水能够减少土壤中存在的N，从而提高农作物对氮肥的利用效率。反之，假如灌水太多，氮素的损失会增加，不利于氮利用率的提高。王翠玲等的研究结果则表明，水量的多少是影响农作物生长发育最重要的一个影响因子，我们可以通过调节农作物含水量的多少来达到改善其生长发育的目的。当土壤水分得到有效供应的时候，通过增施一定量的氮肥促进对氮素的吸收利用，从而使农作物的经济产量得到提高。1.2.4水热耦合研究进展不同的土壤温度和水分含量的多少会对农作物生长和发育产生不同程度的影响，一方面土壤中的热量变化可以引起土壤中水分分布的变化，尤其是水分向周围环境的迁移，同时土壤中水分的多少可以通过影响土壤本来的热特性对土壤温度产生作用。土壤水分和温度彼此制约，考虑到水热耦合对农作物生长发育的重要作用，水热耦合模型由此而产生，也就是把土壤温度和水分的对应变化情况，通过一定的数值模拟模型给建立了起来，因此可以对农田水分的分布实现动态监测，从而达到提高农田水利6 太原理工大学硕士研究生学位论文7 1.3节水灌溉理论与技术研究进展1.3.1节水灌溉理论与技术研究现状21世纪以来，随着科技的进步以及社会的不断发展，水资源短缺已经成为制约我国经济社会发展的重要因素。2013年全国水资源总量为27957.9亿m3，其中，生活用水占12.1%；工业用水占22.8%；农业用水占63.4%；生态环境补水占1.7%。因此，能否有效提高水资源的利用效率，发展现代化的农业节水灌溉技术，对我国社会的可持续发展将起到重要的作用。从我国地理分布形式上看，南方的水资源含量分布要普遍的大于北方的水资源分布含量[56]，水资源从根本上得不到有效合理的分配，导致我国经常出现不同程度的南涝北旱现象。另外，我国农业灌溉的效率一直处于比较低的状态，根据2013年统计得到的数据，目前我国的农业灌溉效率可以达到0.5，和之前的0.4相比较，虽说有所提高，但考虑到欧美发达国家已经达到0.7~0.8的灌溉效率，仍然是一个不小的差距[57-58]。我国农业节水发展相对滞后，农业灌溉用水效率较低，截至2013年底，全国节水灌溉工程面积仅占有效灌溉面积的50%。要想使我国的农业实现可持续发展，需要因地制宜的制定用水制度，根据灌溉制度合理实施水资源的灌溉，有效的提高农业水资源的利用率。我国历来重视农田水利的建设，不断增加节水灌溉面积，加快推进农业水利设施的建设，同时不断进行新的节水灌溉技术的研究，使得我国农业节水灌溉得到了有效平稳的发展和进步。但是，由于我国目前的节水灌溉现状，以及我国的用水国情，节水灌溉的面积正在不断的减小。研究表明，目前我国真正实际采用新型节水灌溉方式的土地面积，只能占到我国节水灌溉面积的35.5%左右，剩下很大一部分节水灌溉面积基本上都为渠道防渗，我国现今还有差不多60%的节水灌溉面积仍在一直沿用落后的节水灌溉方式。因此，除节约用水外，发展新型节水灌溉方式，有效提高水资源的利用率，是缓解我国水资源紧缺矛盾的战略选择。1.3.2节水灌施条件下土壤氮素运移转化特性蓄水坑灌法是将肥液储存在蓄水坑内，通过蓄水坑侧壁直接将肥液输送到果树根系周围的一种新型节水灌溉方法。蓄水坑灌与滴灌、膜孔灌相比，其土壤入渗属于三维入渗，然而滴灌入渗为非充分供水条件下的点源入渗，膜孔灌入渗为充分供水条件下的点源入渗，蓄水坑灌入渗为充分供水条件下的变水头面源入渗。目前，关于滴灌和膜孔灌条件下土壤氮素迁移转化特性的研究成果相对比较多，因而下面主要对滴灌8 太原理工大学硕士研究生学位论文和膜孔灌方面进行综述。1.3.2.1滴灌条件下土壤中氮素的分布转化特性(1)滴灌土壤氮素的运移机理国内对于滴灌条件下土壤中氮素的分布研究开始比较晚，尿素溶于水施入土壤中后，尿素分子在土壤中运移的机制主要为对流作用[59]:滴灌条件下铵态氮在土壤中运移的机制主要为扩散作用，由于土壤胶体存在吸附作用，铵态氮在土壤中主要分布在滴头附近，且在滴头附近出现浓度锋；土壤中硝态氮的运移机制主要是对流作用，土壤中湿润体内硝态氮分布较均匀，硝态氮的浓度锋出现在湿润锋边缘，并在湿润锋边缘产生较明显的累积[60-62]。(2)滴灌条件下的土壤氮素转化特性研究表明[63]，尿素施入土壤后，土壤胶体对尿素分子有少量的吸附作用，尿素分子在土壤中的水解需要3—7天完成，在Zhou[64]的研究中，施用尿素后，铵态氮在5天后浓度到达最大值，到10天后开始减少；侯红雨[65]对滴灌条件下土壤中氮素的迁移转化进行了研究，结果表明，滴灌条件下铵态氮在15天内硝化作用基本完成，硝化作用的速度表现为初期转化速率大于中后期的趋势。(3)影响滴灌土壤中氮素迁移转化的因素在影响尿素水解的因素中，施肥的时段对尿素分解转化速度有明显影响，提前施肥时段可以促进尿素分子在土壤中的分解速率和提高尿素在土壤中的运移速度[66]；常温下随着施入尿素含量的增加，尿素水解速率增加，随着温度的升高，尿素水解速率加快，而阳离子交换量、土壤质地和C/N对尿素水解速率影响不明显[59]。在相同的土壤条件下，肥料的类型对土壤中铵态氮和硝态氮的分布有着明显的影响，使土壤中含量的比例存在较大的差异，而氮素的不同形态对作物的营养价值有着不同的影响，所以可以通过控制土壤介质中的比例，来对作物的生长起到积极的作用[67]。(4)滴灌施肥条件下氮素的淋溶损失从氮肥的淋失形态上来看，硝态氮>尿素态氮>铵态氮[67]，硝态氮的淋失主要受施肥量、灌水量、土壤质地、施肥方式，有机质含量等因素的影响。在干旱和半干旱地区，过量灌溉可能是导致硝态氮淋溶的一个主要原因[68]，硝态氮的淋失量会随着9 太原理工大学硕士研究生学位论文降雨量、灌水量和施用氮肥的增加而增加[69-72]。因此，为了避免硝态氮的淋失，应当根据当地的作物需求、气候条件和土壤的类型进行合理的灌溉施肥。1.3.2.2膜孔灌土壤氮素迁移转化的特性研究(1)膜孔灌土壤氮素的分布规律在膜孔灌灌施条件下，土壤中氮素的分布表现为，铵态氮主要集中分布于膜孔的中心附近，并以膜孔为中心向外逐渐减小，而硝态氮在土壤中以膜孔为中心先增大后减小[73-75]。董玉云[76]研究了单膜孔入渗条件下的尿素运移与转化特性，结果表明，尿素分子在5d内水解基本完成，土壤铵态氮在施肥5d后达到最高峰，而土壤硝态氮一直平稳升高，在施肥后15d达到高峰值；程东娟[77]的研究也表明膜孔灌施尿素条件下，0—5d内铵态氮含量逐渐增大，到5d后逐渐减小；0—7d内水平方向转化生成的硝态氮含量大于垂直方向，尿素在转化过程中有一定程度的氮素损失。董玉云[76-80]通过室内单膜孔入渗试验，研究了土壤质地对土壤硝态氮分布的影响，不同土壤质地下的N含量在土体表层10cm范围内分布比较均匀，且N含量相差比较小；脱云飞[77]研究了土壤容重对膜孔灌条件下土壤氮素分布以及均匀性的影响，结果表明，土壤的容重越大，土壤铵态氮和硝态氮在水平方向和垂直方向分布范围越小，土壤硝态氮分布的均匀性系数越小，且土壤铵态氮分布的均匀性系数越大。(2)膜孔灌土壤氮素迁移转化模型费良军[79]给出了湿润体内土壤硝态氮浓度与土壤质量含水率之间的关系式，建立了膜孔肥液自由入渗土壤硝态氮浓度的分布模型；董玉云建立了膜孔灌肥液入渗土壤硝态氮浓度与湿润体深度之间的分段函数模型:脱云飞[78]提出了湿润体内土壤硝态氮及其转化量和转化率、土壤铵态氮及其转化量和转化率与土壤容重和运移转化时间的经验公式。1.4蓄水坑灌法研究进展1.4.1蓄水坑灌法简介蓄水坑灌法是孙西欢教授根据我国北方具体的地理环境条件，提出的一种致力于提高水氮利用率的高效节水灌溉措施，经过这些年不断的研究和试验，以及理论和实10 太原理工大学硕士研究生学位论文践方面的不断结合，蓄水坑灌法的理论研究逐渐的走向了成熟。图1-1蓄水坑灌方法示意图Fig1-1Thediagrammaticmapofwaterstoragepitirrigation从上图可以看出，蓄水坑灌法这种节水灌溉措施是利用灌溉渠道，以及在果树周边挖好的蓄水坑来进行灌溉和保水的，通过周围的蓄水坑(4—6个)起到了很好的水土保持作用，将节水灌溉技术的理论与实践有效的结合起来，该方法适合现代化农业的大规模发展。1.4.2蓄水坑灌条件下土壤水分入渗研究进展蓄水坑灌法作为一种新型的节水灌溉方法，经过这些年的不断发展，在以下的一些研究领域方面取得了不错的成果，具有扎实的理论基础和广阔的应用前景。⑴土壤水分运动数值模拟研究栗岩峰等通过运用数值模拟的方法对对土壤水分分布及运移规律进行了研究，促进了这方面的理论的发展[81-82]。郭向红等通过对不同状态及类别的土壤进行的三维数值模拟研究，从定性分析拓展到了定量分析地步[83]。王芳等的研究表明：在一定的边界条件下，单因素变化下的土壤水分入渗可以通过一定的方法来进行拟合[84]。⑵土壤水分入渗研究栗岩峰的研究认为，蓄水坑灌条件下的土壤水分入渗是非恒定水位条件下的三维入渗[85]。郭向红等通过对蓄水坑灌不同灌水量条件下的土壤水分运移试验发现，随着入渗时间的不断推移，湿润锋的推进距离呈现出对数函数型的变化趋势，且湿润锋的空间分布随着灌水量的不断增大，推进的越来越大[86]。李嵘等的研究表明，蓄水11 太原理工大学硕士研究生学位论文单坑灌施条件下的土壤水分运移规律会受到不同土壤容重和灌水量多少的影响，且不同的灌溉施肥量会对氮素在土壤中的分布和运移产生变化[87-89]。通过蓄水坑灌不同土壤密度和不同肥液浓度条件下，对一维土柱进行的土壤水氮运移规律的研究，刘秋丽认为，水分入渗率可以用与入渗时间有关的函数关系表示出来[90]。尹燕喆等通过对蓄水多坑灌施条件下，不同复水量对土壤水氮运移规律的影响研究，认为在一定的范围内，随着复水量的不断增加，土壤含水率在空间上分布趋向平均化[91]。冯晓波等通过对地面灌溉条件下的土壤水氮运移规律的研究，认为不同灌溉施肥量的多少对土壤含水率的分布影响不大[92]。①入渗水头的影响考虑到在蓄水坑灌条件下，土壤水分在蓄水坑土体内的入渗水头是一个逐渐降低的过程，所以在研究土壤水分入渗参数过程中，水头的不断变化就成为一个关键的问题。马娟娟等的研究结果表明，蓄水坑灌不同水头条件下的土壤水分入渗会对其入渗参数产生一定程度的重要影响[93-94]。关于入渗水头对土壤入渗参数的影响，研究表明：土壤的入渗参数可以通过一定的函数关系，用入渗水头的变化表示出来[95-97]。⑵湿润锋运移的影响根据田间蓄水坑相对比较深的情况，为了降低土壤水分的深层渗漏所带来的损失，模拟的水室采用了隔水形式，在土壤水分入渗的初期，水分在土箱内入渗主要是以水平入渗为主的，土壤基质势在水分入渗的过程起到了较大的影响。从空间分布来看，湿润锋在水平方向上的推进速率要大于其在垂直方向上的推进速率，且随着入渗时间的不断推移，蓄水坑土体湿润锋在垂直方向上的推进速率逐渐增大，而在水平方向上的推进速率逐渐减缓，蓄水坑灌条件下的土壤湿润体范围近似呈“半椭圆状”，垂直湿润锋和水平湿润锋与入渗时间表现为幂函数关系[98-99]。研究表明，在蓄水坑灌条件下，灌水量越大，湿润体范围越大；蓄水坑直径越大，垂直湿润锋推进的距离则越小，而水平湿润锋推进距离越大；蓄水坑深度越大，垂直湿润锋推进距离越大，水平湿润锋推进距离越小；初始含水率越大，垂直湿润锋和水平湿润锋推进距离都增大。蓄水坑灌条件下不同因素对土壤湿润锋推进距离的影响，可以用一定的函数关系表示出来[100]。⑶土壤水分分布特性12 太原理工大学硕士研究生学位论文通过对蓄水单坑灌施条件下的土壤水分运移规律的研究发现:土壤含水率随着蓄水坑深度的增加，表现为先增大后减小的趋势，在蓄水坑底部附近出现土壤含水率的最大值，而随着土壤径向距离的不断推进则呈现逐渐减小的趋势；土壤水分的入渗会随着灌水过程的完成而进入水分再分布阶段，随着土壤入渗时间的不断增加，其在空间分布上的推进速率逐渐减缓，蓄水坑灌水完成7d之后，蓄水坑土壤内含水率依然保持一个较高的范围内，可见蓄水坑灌技术具有良好的保水、节水效果[101-102]。⑷果园蒸发蒸腾特性蓄水坑灌灌施条件下不同蒸发强度对土壤含水率的影响，可以用简单的函数关系来表示；有研究表明，在土壤含水率一定的情况下，水分蒸发在田间地表的强度要远大于蓄水坑土壤坑壁；与普通的田间地面灌溉方式相比，蓄水坑灌条件下土壤蒸发量要远小于普通地面灌溉蒸发量，仅为地面灌溉的52％[103]。1.4.3蓄水坑灌条件下土壤氮素运移特性研究进展李靖羿等的研究结果表明，蓄水坑灌条件下的土壤氨的挥发量要小于我们普通田间地面灌溉的氨挥发量，充实证明蓄水坑灌法这种节水灌溉技术措施的先进性[104]。龙远莎等的研究结果表明，蓄水坑灌条件下不同灌水量对土壤中氮素的分布具有重要的影响[105]。蓄水坑灌条件下，从空间分布上看，土壤铵态氮含量随着径向距离的增加而不断减小，而随着蓄水坑土体垂向距离的不断增加，呈现出先增大后减小的趋势，在蓄水坑底部附近铵态氮含量出现其峰值；土壤硝态氮含量随着径向距离的不断增加而逐渐增大，并在蓄水坑土体湿润锋边缘处出现累积，土壤硝态氮含量随着垂向距离的不断增大表现为先减小后增大的趋势，考虑蓄水坑灌法的特点，不难发现硝态氮在蓄水坑附近的淋洗情况比较严重，对流作用在土壤硝态氮的运移过程中是一个关键影响因素[106-110]。肥液浓度对土壤氮素的影响表现为，在距离蓄水坑中心20—25cm范围内，土壤铵态氮含量随着肥液浓度的增大而增大；在距离蓄水坑中心距离大于35cm范围内，铵态氮含量随肥液浓度的增大变化不显著。湿润锋附近N含量随着肥液浓度的增大而增大[111]。灌水量对土壤氮素的影响表现为，垂直方向和水平方向铵态氮含量随灌13 太原理工大学硕士研究生学位论文水量的增大而增大，这可能与土壤含水率增大利于尿素的水解有关；灌水量对坑壁附近N含量影响较明显，坑壁附近N含量随灌水量的增大明显减小。根据以上所述不难发现，有关蓄水坑灌法方面的研究主要集中在土壤水分运移规律、果园蒸发蒸腾、土壤水分运动数值模拟等方面，而对土壤氮素的运移研究则较少，且研究大多只是停留在氮素运移分布规律的研究层面上，而对土壤中水氮分布的定量研究、蓄水坑灌条件下不同土壤温度及不同灌溉水温对土壤水氮分布及迁移转化的特性等方面的研究较少。因此，本文开展蓄水坑灌条件下不同土壤温度及一定土壤温度条件下不同灌溉水温对土壤水氮迁移转化特性的试验研究，对于丰富蓄水坑灌理论，减少氮素由于反硝化、挥发作用而造成的损失，提高水氮的利用率具有重要的理论价值和现实意义。1.5本文研究内容和技术路线1.5.1研究内容本文以温度作为单因素控制变量，主要研究蓄水单坑灌施不同土壤温度及一定土壤温度条件下不同灌溉水温，对土壤水氮运移规律的影响。即以下几个研究方面:（1）不同土壤温度条件下土壤水分和氮素运移特性研究①蓄水单坑灌施不同土壤温度条件下湿润锋动态及含水率分布的研究②蓄水单坑灌施不同土壤温度对铵态氮运移规律的影响研究③蓄水单坑灌施不同土壤温度对硝态氮运移规律的影响研究（2）不同灌溉水温条件下土壤水分和氮素运移特性研究①蓄水单坑灌施不同灌溉水温对湿润锋动态及土壤含水率分布的研究②蓄水单坑灌施不同灌溉水温对铵态氮运移规律的影响研究③蓄水单坑灌施不同灌溉水温对硝态氮运移规律的影响研究1.5.2技术路线本文是在蓄水单坑灌施条件下进行的试验分析研究。具体技术研究路线如下:1.测定土壤样品的基本参数，其中包括田间持水率、土壤饱和含水率、土壤干容重、土样铵态氮和硝态氮含量本底值等。14 太原理工大学硕士研究生学位论文2.进行室内试验前准备，布置试验模型。3.将试验区的土样进行晾晒、风干、碾压和过筛处理。4.根据田间灌溉施肥量和灌水定额，计算出本试验研究条件下的灌溉肥液浓度和灌水量。5.安装土箱，按照规定要求对土箱进行分层装土，来研究不同土壤温度及一定土壤温度条件下不同灌溉水温，对土壤中水分和氮素的运移规律的影响。研究技术路线图如图1-2所示15 太原理工大学硕士研究生学位论文图1-2研究技术路线图Fig1-2Technicalrouteofresearch16 太原理工大学硕士研究生学位论文17 太原理工大学硕士研究生学位论文第二章蓄水单坑水肥灌施室内试验设计2.1试验土样山西省农科院果树研究所是本次试验所用土壤样品的来源地，该地区的土壤类型主要为褐土，其结构主要呈现为屑粒或碎块状，且具有比较好的耕性。土壤质地为砂壤土，本次试验所用土壤为砂质壤土，实验设置土壤容重为1.47g/cm3，供试肥料为尿素分析纯，田间持水量为0.32cm3/cm3，土壤初始含水率为0.04。铵态氮的初始含量为17.68mg/kg，硝态氮的初始含量为7.55mg/kg。土样需要经过晾晒、风干、碾碎、过筛、混合、搅拌等环节使土样充分均匀。2.2试验方案本试验条件下模拟的蓄水单坑灌施深度为60cm，水室的初始灌水深度设置为50cm。考虑到所取太谷果树区的实际灌溉情况，结合试验研究的实际需要，将本次试验条件下的灌水量确定为7L，灌施肥液浓度为700mgN/L。试验土样容重为1.47g/cm3，以尿素作为本试验条件下的灌施肥料。本试验是单因素控制条件下的室内土箱模拟试验，分别以土壤温度和灌溉水温作为控制变量研究对土壤水氮运移规律进行研究。温度的选取是以所取土样田间实际灌溉情况作为参考依据，土壤温度设置3个温度水平，具体如下：20℃，25℃，30℃。灌溉水温设置2个温度水平，分别为15℃和20℃。不同土壤温度和灌溉水温条件下的试验周期均设置为15天，分别在灌后1、5、10、15天对模拟的试验土箱进行取样测定。2.3试验装置本次实验条件下的试验装置主要由以下几部分组成:1．土箱18 太原理工大学硕士研究生学位论文图2-1土箱示意图Fig2-1Thediagrammaticmapofsoilbox图2-1所示为蓄水单坑灌施条件下所用土箱示意图，根据室外田间实际蓄水坑的大小，模拟设计的试验土箱。⑴本试验土箱高度100cm，半径为60cm。水室的高为60cm，半径为20cm。⑵试验过程中采用土钻从图示土箱的侧壁取样孔中取土，取样孔采用一定的规则均匀的分布在土箱的侧面，如图所示，从取样孔的空间分布上看，垂向和径向均每隔10cm分布一个取样孔，垂向最大延伸至90cm,径向最大延伸至45cm。⑶本试验所用水室由有机玻璃粘和而成，在水室弧面上的一侧均匀的在分布着细小的孔眼，以模拟蓄水单坑灌下的土壤水分入渗过程。2．恒温箱19 太原理工大学硕士研究生学位论文电机内胆大门航插制冷机组制冷压缩机热风机图2-2恒温箱示意图Fig2-2DiagrammaticmapofConstant-TemperatureIncubator如图2-2所示，为本试验条件下用来控制模拟蓄水坑土体温度的恒温箱示意图。恒温箱关键的控制部分主要有3个，温度探头，热风机，制冷压缩机。由于温度探头的测量端直接伸到内部空气中，因此可以动态监测恒温箱内部的环境温度，在一定的可测量温度范围内，我们能够通过恒温箱外部的控制面板设置试验所需要的温度，当探头所测温度低于设置温度时，开启热风机进行加热，温度逐渐升高；反之，当探头所测温度高于预定温度时，开启制冷压缩机进行制冷，温度逐渐降低，如此循环控制。另外，为了便于温度水分传感器将信号传输至数据采集器上，在恒温箱内部与外部之间通过安装具有信号传输功能的转换器作为传输的媒介。3．马氏筒20 太原理工大学硕士研究生学位论文图2-3马氏筒示意图Fig2-3DiagrammaticmapoftheMarkovtube图2-3所示，为蓄水单坑灌施条件下试验所用马氏筒的结构示意图，其主要材料为有机玻璃。蓄水单坑灌施条件下，马氏筒的主要作用，一方面是用来控制试验土箱水室内的水以一定的水头入渗，另一方面可以通过其上固定的刻度尺记录恒定入渗的过程。图中开关A和开关B的作用是分别用来控制水箱中的水到马氏筒，以及马氏筒中的水流入土箱中水室的流通过程。图中的透气阀可以调节马氏筒内水的水压。4．温度水分传感器图2-4温度水分传感器示意图Fig2-4Thediagrammaticmapoftemperatureandhumiditysensor21 太原理工大学硕士研究生学位论文如上图所示，为蓄水单坑灌施条件下所用的5TM温度水分传感器。考虑到本试验是以温度作为单因素变量进行试验研究，因此需要在试验全程中，对土壤温度和灌溉水温进行实时的监测。采用如上图所示的温度水分传感器进行测量，温度水分传感器是指能感受温度和水分并转换成可用输出信号的传感器。本试验所用的传感器，具有良好的性能，能在较大的温度范围进行监控而不受外部环境温度的影响。在试验中需要注意的是，外部电缆线必须连接在与传感器配套的数据采集器上，数据采集器可以每10分钟固定记录一次温度和水分数据，我们可以通过将电脑和数据采集器连接在一起，将其中存储的数据读取出来。5．水位传感器水位传感器是能将被测点水位参数实时地转变为相应电量信号的仪器。考虑到蓄水单坑灌施条件下，所灌施的肥液从土箱水室渗入到土体的过程中，我们不能有效的记录其连续入渗的过程，因此，本试验中用水位传感器来实时监测水分的动态入渗过程，将水位传感的探头部分放入土箱内水室当中，通过与之连接的显示器来读取水位高度。6．AA3流动注射分析仪图2-6AA3流动注射分析仪示意图Fig2-6ThediagrammaticmapofAA3AutoAnalyzer3HRAA3连续流动化学分析仪由五个部分组成:一个自动进样器，一个高精度蠕动22 太原理工大学硕士研究生学位论文泵，一个化学分析模块，一个比色计和一个数据处理系统。自动进样器通过由与之相连接的一台电脑来进行控制，按其内部设定的方法对试验所需要的样品进行测定。高精度蠕动泵可以精确的将试验所需要的各种样品，以及用于对样品进行分析的试剂进行输送。化学分析模块是用来完成对测定样品进行的各种化学反应，比色剂是将在化学分析模块中完成反应的液体来对比显色的。数据处理系统就是将我们测定的不同参数和标准参数进行校核，分析，处理成我们能够识别的数据。本试验是测定在蓄水单坑灌施条件下土壤铵态氮和硝态氮含量。2.4试验流程2.4.1试验准备工作1.在对试验土箱进行装土之前，我们首先需要检测土箱的完整性。看其是否存在漏土等现象，并且将提前晾晒、处理好的土样放在土箱一侧以备装土之用。2.装土从土箱的底部开始，每隔5cm装填一层，用一定规格的夯土工具夯实，每层装土所需要的量，根据土壤容重及一层土所占的容积相乘计算出来。在往模拟的蓄水坑土箱装土的过程中，我们需要注意的是，一定要保证夯土过程中土壤质地的均匀性。另外，考虑到土箱一侧布满取样孔，另一侧均匀的分布有用来测量土壤温度和含水率的探头，对装土会产生一定的干扰，我们需要确保控制传感器探头塞子粘合紧密，不至于在后续灌水的过程导致漏水现象的发生，从而导致试验装土过程的失败。3.水室的安装是在土箱中装土深度达到60cm的时候，将符合试验要求的凡士林沿着水室的侧面和底部进行均匀的涂抹，同时应当注意避免将凡士林粘到水室的弧形面上，而影响灌施肥液在土壤中的入渗过程。另外，在把水室往土箱上安装之前，还得在水室的弧形面上垫一个铜网，此铜网的目的一方面是用来控制肥液在土箱中入渗的速率，另一方面是为了达到均匀入渗的要求。4.当土箱装土完毕之后，将土箱推进到用来控制温度的大型恒温箱之内，通过恒温箱外部控制按钮，将恒温箱启动运行，同时把温度与本试验条件下土壤温度设置为一致。23 太原理工大学硕士研究生学位论文2.4.2试验过程⒈当温度水分传感器记录的土壤温度与试验设置的温度一致时，开始灌施肥液。在此，需要说明的是，本试验条件下的灌施肥液首先经过恒温箱内部的加热装置进行处理，水室中的那部分肥液是通过量筒一次灌入，另外马氏筒内那部分肥液由泵直接从水箱之中抽取上去。⒉在灌施肥液通过连通装置进入马氏筒之后，蓄水单坑条件下肥液入渗过程开始。在肥液恒定入渗阶段，通过马氏筒上部固定的刻度尺每隔1-2min读一次数，直到马氏筒中的肥液全部经过连通管进入水室内；接下来再记录与水位传感器相连接的显示器上的读数，初始阶段每隔5min记录一次读数，到后期肥液快要入渗完毕的时候，每隔1min记录一次读数。另外，在灌施肥液开始入渗之后，每隔1h我们需要用特定的绘图笔在模拟的土箱侧壁，描绘出湿润锋的运移动态。⒊灌施肥液完成后第一天，我们进行第一次取样，以后分别在灌后5、10和15天进行取样。2.5试验测定项目和方法1.湿润峰的测定湿润锋通过在灌施肥液的过程中，描绘在蓄水坑土箱侧壁上的曲线而得。2.土壤含水率的测定本试验条件下的土壤含水率由插在模拟土箱中的温度水分传感器测得。3.土壤铵态氮和硝态氮含量的测定本试验条件下的土壤铵态氮和硝态氮含量，通过AA3连续流动分析仪测定。24 太原理工大学硕士研究生学位论文25 太原理工大学硕士研究生学位论文第三章蓄水单坑灌施条件下不同土壤温度对土壤水氮运移规律的影响土壤中各种生物化学反应过程的进行都会对土壤温度产生改变，它是农业生产中进行耕作、灌溉和排水的一个重要因素，土壤温度对农作物的生长发育有着不同程度的影响。在一定的土壤温度范围内，随着土壤温度的升高，土壤中各种生物化学过程的进行会得到促进作用；反之，低温将会抑制土壤有机质的分解，降低土壤呼吸作用的进行。有研究表明，对我国北方不少地区的农作物来说，在一定程度上的提高温度，可以对其生长及发育起到促进作用。因此，土壤温度的研究对提高农作物的经济产量具有重要而深远的意义。蓄水坑灌法作为一种先进的节水灌溉方法，将灌水时间、灌水量、复水时间、复水量、肥液浓度和体系温度等作为单因素控制变量，以及分别在单坑灌施和多坑灌施条件下做了大量的室外试验和室内模拟研究。但是，将不同的土壤温度作为控制变量还不曾研究过。本章研究在蓄水单坑灌施条件下不同土壤温度对土壤水氮运移规律的影响，具体研究如下几个方面：湿润锋动态，土壤含水率的分布，土壤铵态氮和硝态氮运移分布规律。在灌溉水温为15℃的条件下，土壤温度设置3个水平：20℃，25℃，30℃。蓄水坑初始入渗水头为50cm，灌水量为7L，灌施肥液浓度为700mg/L，土壤容重为1.47g/cm3。3.1一定灌溉水温条件下不同土壤温度对土壤水分运移规律的影响3.1.1湿润锋运移的影响本试验条件下的湿润锋是指在水分灌入到蓄水坑土体的过程中，水分湿润到的部分与土体中还没湿润到部分之间的一个分界线，也就是说，湿润土体的前锋所推进到达的距离[51]。在农业水利灌溉中，由于水分较少不利于作物的生长发育，影响其根系吸水层对水分的吸收和利用。因此，在田间实际灌溉中都是尽量多灌，不能做到对26 太原理工大学硕士研究生学位论文农作物有效合理的灌溉，导致水资源的不断浪费及土壤水分的深层渗漏现象，有时甚至形成恶性循环，使我国的农业灌溉效率一直处于一个比较低的状态。因此，湿润锋运移规律的研究就显得很有必要，对提高农业灌水利用率及作物的经济产量具有重要的意义。蓄水单坑灌施不同土壤温度条件下湿润锋推进过程分析(a)t=20℃(b)t=25℃(c)t=30℃图3-1不同土壤温度条件下湿润锋推进示意图Fig3-1Advancingprocessmapofwettingfrontunderdifferentsoiltemperature图3-1为蓄水单坑不同土温条件下肥液入渗的土壤湿润锋随时间的变化曲线。从图可以看出，在入渗初期，水平湿润锋的推进距离（距离蓄水坑壁）大于垂直湿润锋的推进距离（距离蓄水坑底），20℃-30℃，随着温度的升高，水平湿润锋和垂直湿润锋的推进速率加快。由于蓄水坑底采用不透水形式，在入渗初期，基质势为土壤肥液入渗的主要驱动力。湿润体范围随着土壤中灌施肥液不断入渗而逐渐增大，垂直湿润锋的推进速率逐渐大于水平湿润锋的推进速率，随着入渗时间的不断延长，蓄水坑土体内土壤含水率逐渐增加，土壤重力势梯度在灌施肥液运移的过程成为主导作用。不同土壤温度条件下的二维湿润锋边界形状近似呈“半椭圆状”。通过对蓄水单坑灌施不同土壤温度条件下湿润锋动态对比分析，发现基本规律一致。3.1.2再分布过程中土壤含水率分布的影响由于土壤水分在氮素运移转化过程中起着重要的作用，因此要研究不同土壤温度对土壤铵态氮和硝态氮运移规律的影响，我们首先就应该弄清楚，水分在蓄水坑土体27 太原理工大学硕士研究生学位论文中迁移转化的规律。本节是在一定灌溉水温条件下（15℃），研究蓄水单坑灌施不同土壤温度（20，25，30℃）对水分运移规律的影响。⑴不同土壤温度下含水率垂向分布规律(a)r=25cm,t=20℃(b)r=25cm,t=25℃(c)r=25cm,t=30℃(d)r=35cm,t=20℃(e)r=35cm,t=25℃(f)r=35cm,t=30℃图3-2不同土壤温度下土壤含水率垂向分布曲线图Fig3-2Chartofverticaldistributionofsoilmoistureunderdifferentsoiltemperature图3-2所示为蓄水单坑灌施不同土壤温度（20，25，30℃）条件下，土壤含水率随深度变化的垂向分布曲线图。分别取灌后1、5、10、15天的含水率分布曲线图进行对比分析，所取的径向距离为25，35cm。由图中可以看出，不同土壤温度条件下的土壤含水率垂向分布规律基本一致。①从空间分布上看，不同土壤温度条件下土壤含水率，随着蓄水坑土体深度的增加而呈现先增大后减小的趋势，在土层深度为40-60cm范围内出现峰值，土壤水分在到达蓄水坑土体底部之后逐渐减小。②从时间分布上看，土壤含水率随着时间的推移表现28 太原理工大学硕士研究生学位论文为逐渐减小的趋势。另外，不同径向距离下土壤含水率在灌施肥液到达5天后，随着时间的延长，其垂向含水率分布曲线图变化差别减小，说明蓄水坑土体内的土壤含水率分布趋向均匀。这是由于灌施肥液结束后，蓄水坑土体内的水分在土壤重力势和基质势的共同作用下，土壤水分进行再分布的结果，湿润锋随着时间的延长不断的由水室周围向外扩散。而随着时间的延长，土壤水吸力在蓄水坑土体内表现的作用越来越强。因此，蓄水单坑灌施不同土壤温度条件下土壤垂向含水率，在灌后5、10、15天分布曲线差异不大。⑵不同土壤温度下含水率的径向分布规律(a)h=30cm,t=20℃(b)h=30cm,t=25℃(c)h=30cm,t=30℃(d)h=50cm,t=20℃(e)h=50cm,t=25℃(f)h=50cm,t=30℃图3-3不同土壤温度下土壤含水率径向分布曲线图Fig3-3Chartofradialdistributionofsoilmoistureunderdifferentsoiltemperature如上图所示，为蓄水单坑灌施不同土壤温度（20，25，30℃）条件下，土壤含水率随时间变化的径向分布曲线图。取灌后1、5、10、15天的土壤含水率分布结果进29 太原理工大学硕士研究生学位论文行对比分析，分别取距土箱顶端垂向30，50cm。由图中可以看出，不同土壤温度条件下对应的土壤含水率径向分布规律基本一致。①从时间分布上看，不同土壤温度条件下的土壤含水率随着时间的推移逐渐减小。②从空间分布上看，不同垂向距离条件下的土壤含水率，土壤深度50cm处的含水率要大于30cm处的含水率。随着径向距离的增大，土壤含水率表现为减小的趋势。这是因为，水势梯度在土壤水分的分布的过程中起主导作用，距离水室越近的地方土壤含水率越大，其水势梯度就越小，且灌施肥液在蓄水坑土体的运移中存在滞后现象。因此，不同土壤温度条件下的土壤含水率，随径向距离的增大而逐渐减小。3.1.3含水率的二维分布规律(a)t=20℃(b)t=25℃(c)t=30℃图3-4不同土壤温度下含水率二维分布图Fig3-4Dimensionaldistributionofsoilmoistureunderdifferentsoiltemperature如上图所示，是由suffer软件绘制的蓄水单坑灌施条件下土壤含水率二维分布图，描述了在土壤温度为20，25，30℃时土壤含水率在二维空间上的分布特征。分别取灌施肥液后1天测定的土壤含水率分布数据进行分析研究。分析不同土壤温度（20，25，30℃）条件下的含水率二维分布图，可以看出，它们的空间分布规律基本一致。随着蓄水坑土体深度的增大，土壤含水率表现为先增大后减小的趋势。在土壤深度40-60cm的范围内出现最大值。通过对不同土壤温度条件下，土壤含水率分布进行对比分析，发现差别不大，因此，蓄水单坑灌施条件下不同土壤温度对土壤含水率分布规律影响不大。30 太原理工大学硕士研究生学位论文3.2一定灌溉水温条件下不同土壤温度对土壤氮素运移规律的影响3.2.1土壤铵态氮含量变化特性氮肥被以尿素的形式施入土壤中之后，由于具有水解作用而生成铵态氮，一定范围内适当的增温能够促进水解作用的进行，铵态氮再通过土壤的硝化作用生成硝态氮。研究表明，提高土壤中铵态氮的含量，能够加快土壤硝化反应速率的进行。因此，对土壤铵态氮含量变化特性的研究，一方面可以为农作物更好的吸收和利用氮素，提高农田灌溉氮肥利用率起到积极作用，另一方面能够对土壤铵态氮运移特性有更深刻的了解，为农民有效合理的制定灌溉制度提供理论依据。本节是在蓄水单坑灌施条件下，灌水温度15℃，灌水量为7L，灌施肥液浓度为700mg/l，土壤容重为1.47g/cm3，铵态氮的本底值为17.68mg/kg，硝态氮的本底值为7.55mg/kg，研究不同土壤温度（20，25，30℃）对土壤铵态氮运移规律的研究。⑴不同土壤温度对铵态氮含量垂向分布的影响(a)r=25cm,t=20℃(b)r=25cm,t=25℃(c)r=25cm,t=30℃31 太原理工大学硕士研究生学位论文(d)h=35cm,t=20℃(e)h=35cm,t=25℃(f)h=35cm,t=30℃图3-5不同土壤温度下铵态氮垂向分布图Fig3-5Thediagramofverticaldistributionofammoniumnitrogenunderdifferentsoiltemperature如上图所示，为蓄水单坑灌施不同土壤温度（20，25，30℃）条件下，铵态氮含量随土体深度变化的垂向分布曲线图。取灌后1、5、10、15天的土壤铵态氮含量分布曲线进行对比分析，所取的径向距离分别为25，35cm。从图中可以发现，不同土壤温度条件下，土壤铵态氮在蓄水坑土体垂向分布上具有如下特性:①时间分布上看，土壤温度为20℃和25℃时，土壤铵态氮含量随分布时间的延长先增大后减小。20℃时灌后十天土壤铵态氮含量达到最大值，随着时间的延长，土壤铵态氮含量逐渐减小；25℃时第五天土壤铵态氮达到最大值，随着时间的延长，土壤铵态氮含量逐渐减小；土壤温度为30℃时，随着时间的延长，土壤铵态氮含量逐渐减小。这是因为，土壤温度在20—30℃范围内时，随着土壤温度的升高，尿素的水解反应和硝化反应的速率加快。因此，随着土壤温度的不断升高，土壤铵态氮含量达到最大值的时间缩短。另外，从图3-5中还可以看出，在土壤温度为25℃，30℃的条件下，灌施肥液后10天和15天的土壤铵态氮含量随时间变化差别不大；对比同一时刻不同土壤温度条件下的铵态氮含量随时间变化曲线，发现蓄水单坑灌施肥液后10、15天，30℃条件下的铵态氮整体含量要明显小于20℃条件所对应的铵态氮含量。这是由于，当土壤温度为20℃时，对土壤硝化作用的进行有一定的抑制作用，随着时间的延长铵态氮还没有大量转化为硝态氮。而当土壤温度为25℃，30℃时，硝化反应开始变得明显，且30℃条件下土壤硝化反应的速率大于25℃时硝化反应的速率。32 太原理工大学硕士研究生学位论文②从空间分布上看，当土壤温度一定时，不同径向距离条件下25cm处所对应铵态氮总体含量要大于35cm处所对应的铵态氮含量。这是由于，铵态氮在土壤中带正电荷，易被带负电荷的土壤胶体颗粒所吸附而不易于随水分运移。因此，随着土壤径向距离的增大，土壤铵态氮含量表现为减小的趋势。不同土壤温度条件下的铵态氮的含量，随着土壤深度的增加呈现先增大再减小的趋势，在蓄水坑土体深度为40-60cm范围内，土壤铵态氮含量达到最大值。这是因为，随着灌施肥液入渗时间的不断延长，蓄水坑土体对土壤中铵态氮的吸附作用接近饱和，且距离水室近的土体内含水率较大，不能够被土壤胶体所吸附的那部分铵态氮就会随着土壤中的水分继续向前运移。土壤温度为30℃时，氮素的矿化过程受到影响，不同位置铵态氮含量差异较大。⑵不同土壤温度条件下铵态氮径向分布规律(a)h=30cm,t=20℃(b)h=30cm,t=25℃(c)h=30cm,t=30℃(d)h=50cm,t=20℃(e)h=50cm,t=25℃(f)h=50cm,t=30℃图3-6不同土壤温度下铵态氮径向分布曲线图Fig3-6Comparisondiagramofradialammoniumnitrogenunderdifferentsoiltemperature33 太原理工大学硕士研究生学位论文如上图所示，为不同土壤温度（20，25，30℃）条件下，蓄水坑土体中土壤铵态氮含量随时间变化的径向分布曲线图。分别取灌施肥液1、5、10、15天后的测定土壤铵态氮含量进行对比分析，分别取距土箱顶端垂向30，50cm。从图中可以看出，在土壤温度为20—30℃的范围内，土壤铵态氮含量随径向距离的增加其变化规律一致，离水室近的地方土壤铵态氮含量比较高。从时间分布上看，20℃时灌后10天土壤铵态氮含量达到最大值，之后随着时间的延长，土壤铵态氮含量逐渐减小；25℃时灌后5天土壤铵态氮达到最大值，之后随着时间的延长，土壤铵态氮含量逐渐减小；土壤温度为30℃时，随着时间的延长，土壤铵态氮含量不断减小。3.2.2土壤硝态氮含量变化特性本节研究在蓄水单坑灌施条件下，不同土壤温度（20，25，30℃）对土壤硝态氮运移规律的影响。土壤容重为1.47g/cm3，灌水量为7L，肥液浓度为700mg/l时，铵态氮，硝态氮的本底值分别为17.68mg/kg，7.55mg/kg。⑴不同土壤温度对硝态氮垂向分布的影响(a)r=25cm,t=20℃(b)r=25cm,t=25℃(c)r=25cm,t=30℃34 太原理工大学硕士研究生学位论文(d)r=35cm,t=20℃(e)r=35cm,t=25℃(f)r=35cm,t=30℃图3-7不同土壤温度条件下硝态氮垂向分布图Fig3-7Diagramofverticaldistributionofnitratenitrogenunderdifferentsoiltemperature如上图所示，为蓄水单坑灌施不同土壤温度（20，25，30℃）条件下，土壤硝态氮含量随土壤深度变化的垂向分布曲线图。取灌后1、5、10、15天的土壤硝态氮含量分布曲线进行对比分析，所取的径向距离分别为30，50cm。从图3-7可以看出，不同土壤温度条件下硝态氮含量具有如下分布特性:①从时间分布上看，不同土壤温度条件下，土壤硝态氮含量随着时间的推移而逐渐增大。这是由于，随着时间的延长，土壤中铵态氮不断进行硝化反应的结果。通过对不同土壤温度条件下，硝态氮含量垂向分布曲线图进行对比分析，还能发现，在土壤温度20—30℃范围内时，随着土壤温度的升高，硝态氮含量增幅加快。②从空间分布上看，通过对不同径向距离条件下，土壤温度为20℃，25℃和30℃的硝态氮垂向分布曲线图对比分析，发现不同土壤温度条件下，径向距离25cm处的土壤硝态氮含量小于35cm处的硝态氮含量，且一定径向距离不同土壤温度条件下，蓄水坑土体表层和底部的土壤硝态氮含量要大于中间的硝态氮含量。这是因为，硝态氮带有负电荷且易溶于水，在蓄水坑土体内的运移方式以对流作用为主，随水分运移而在土壤湿润体边缘产生积累。从图中还可以看出，土壤温度为30℃时所对应的硝态氮浓度较大，且不同土壤温度条件下的硝态氮的含量，蓄水坑土体表层的含量要大于中下层的含量。由于土壤中硝态氮易溶于水而随着水分进行运移，且土壤温度为30℃下的土体表层蒸发强度要大于20℃和25℃下的蒸发强度。因此，土壤温度30℃条件下硝态氮随水分向上运35 太原理工大学硕士研究生学位论文移而到达土壤表层的量要多，其土壤硝态氮浓度就大。⑵不同土壤温度对硝态氮径向分布的影响(a)h=30cm,t=20℃(b)h=30cm,t=25℃(c)h=30cm,t=30℃(d)h=50cm,t=20℃(e)h=50cm,t=25℃(f)h=50cm,t=30℃图3-8不同土壤温度下硝态氮径向对比图Fig3-8Comparisondiagramofradialnitratenitrogenunderdifferentsoiltemperature如上图所示，为蓄水单坑灌施不同土壤温度（20，25，30℃）条件下，土壤硝态氮含量随径向距离变化的分布曲线图。取灌后1、5、10、15天的土壤铵态氮分布结果进行对比分析，分别取距土箱顶端垂向30，50cm。从图3-8可以看出，当土壤温度在20—30℃范围内时，不同垂向距离条件下土壤硝态氮含量具有如下分布特性：灌施肥液后1、5、10、15天土壤硝态氮含量随着径向距离的增大而增大。当土壤温度为20℃时，由于硝化作用的进行受到一定的抑制，其硝化反应速率比较慢，因此其土壤硝态氮随着时间的延长变化不是很大；虽然土壤温度25℃相比20℃时，随着温度的升高，硝化反应的速率有所增加，但土壤硝36 太原理工大学硕士研究生学位论文化作用的进行仍然受到一定的抑制；土壤温度30℃时，随着时间的延长，硝态氮含量增幅比较明显。通过对一定径向距离，不同土壤温度（20，25，30℃）条件下的土壤硝态氮径向分布曲线，进行对比分析发现，都是在灌施肥液15天后土壤硝态氮含量达到最大值。这是由于，随着时间的不断延长，蓄水坑土体中的铵态氮不断进行硝化反应的结果。3.2.3土壤铵态氮硝化反应速率为定量研究不同土壤温度条件下铵态氮硝化反应速率，本试验设置灌溉水温为15℃，忽略铵态氮亚硝化作用阶段，引用一级动力学方程微分形式，根据测定的灌后不同时刻土壤样品的铵态氮浓度和硝态氮浓度，计算土壤铵态氮硝化反应速率常数。计算方程如下：式中：为灌后某一时刻土壤样品的硝态氮含量，；为铵态氮的硝化速率常数，；为灌后某一时刻土壤样品的铵态氮含量，。根据试验所测得的数据，由式（3-1）计算出不同土壤温度条件下铵态氮硝化反应速率如表3-1所示：表3-1不同土壤温度条件下铵态氮的硝化速率Tab3-1Nitrificationnitrogenrateconditionofammoniumunderdifferentwatersoiltemperature土壤温度20℃25℃30℃（）0.0390.0670.085从表3-1可以看出，随着土壤温度的升高，铵态氮的硝化反应速率逐渐加快，土壤温度为25℃时硝化速率是20℃时的1.725倍，30℃时对应的硝化速率是25℃时的1.272倍。这是由于，随着蓄水坑土体温度的升高，土壤中硝化细菌的活性得到增强。3.3小结本章通过对蓄水单坑灌施条件下不同土壤温度（20，25，30℃）对土壤水氮运移37 太原理工大学硕士研究生学位论文规律的影响，研究了一定灌溉水温（15℃）条件下不同土壤温度对湿润锋动态、土壤含水率分布、土壤氮素运移规律的影响，得出结论如下:(1)土壤水分①蓄水单坑灌施不同土壤温度（20，25，30℃）条件下的湿润锋动态相差不大。湿润土体以鸭梨状的形式向外扩展，在土壤水分入渗的初期由于基质势起主要作用，因此湿润锋在水平方向上的推进比较明显；但是随着土壤水分入渗时间的不断延长，土壤水势梯度的作用也逐渐加强，湿润锋的径向和垂向最大推进距离均随着时间延长而增加。②不同土壤温度条件下，土壤含水率随着蓄水坑土体深度的增加，呈现出先增大后减小的趋势，土体中下层含水率较高。随着蓄水坑土体内的水分再分布，湿润锋在土壤水势梯度差的作用不断向前推进，不同径向距离条件下的土壤垂向含水率，随着入渗时间的不断延长而逐渐减小，但是由于入渗过程中的土壤水吸力逐渐增大，导致土壤湿润锋的推进速率逐渐减缓，不同温度条件下土壤垂向含水率在灌后不同时刻，随着时间的延长差别逐渐减小。不同垂向距离条件下的土壤含水率在径向上的分布，随着时间的延长而逐渐减小。③综合以上分析得出，在灌溉水温为15℃时，蓄水单坑灌施条件下不同土壤温度（20，25，30℃）对土壤含水率空间分布影响不大。(2)铵态氮①蓄水单坑灌施不同土壤温度（20，25，30℃）条件下，铵态氮含量由于硝化作用的影响，随着时间的不断推移而逐渐减小，且当土壤温度在20—30℃范围内，随着温度的不断升高，土壤硝化反应的速率逐渐加快，因此随着时间的不断延长，土壤温度为30℃时其铵态氮含量更小。随着土壤温度的升高，铵态氮含量达到最大值的时间逐渐缩短。②从空间分布上看，土壤中的铵态氮由于受到土壤胶体颗粒的吸附作用，而滞后于土壤水分的运移，因此灌施肥液后一定时刻，不同径向距离条件下25cm处所对应土壤铵态氮总体含量要大于r=35cm条件下的铵态氮含量。从灌施肥液10、15天后，不同土壤温度条件下铵态氮空间分布可以发现:随着土壤温度的升高，铵态氮含量逐渐减小。38 太原理工大学硕士研究生学位论文(3)硝态氮①蓄水单坑灌施不同土壤温度（20，25，30℃）条件下，土壤硝态氮含量随着时间的延长而逐渐增大。①从时间分布上看，不同土壤温度条件下，土壤硝态氮含量随着时间的增加而增大。通过对不同土壤温度条件下，垂向硝态氮含量分布曲线图进行对比分析，还能够看出，随着土壤温度的升高，土壤硝化反应的速率加快。②从空间分布上看，通过不同径向距离条件下，分别对土壤温度为20℃，25℃和30℃的硝态氮纵向分布曲线图对比研究，不同径向距离条件下土壤硝态氮含量，随着径向距离的增加而增大。且一定径向距离不同土壤温度条件下，蓄水坑土体表层和底部的土壤硝态氮要大于土体内部的硝态氮含量，这是因为，土壤硝态氮带有负电荷，易溶于水并随水分运移而在土壤湿润体边缘产生积累。39 太原理工大学硕士研究生学位论文40 太原理工大学硕士研究生学位论文第四章蓄水单坑灌施条件下不同灌溉水温对土壤水氮运移规律的影响灌施水温是农业水利灌溉中的一个重要影响因素，且土壤中尿素的水解作用，铵态氮的硝化和反硝化作用都受灌溉水温的影响，适宜的灌溉水温能够促进作为对氮肥的吸收和利用。因此，研究蓄水单坑灌施条件下，不同灌溉水温对土壤水氮运移规律的影响研究，对提高农作物的经济产量和土壤氮素的利用率具有重要的意义。本章具体研究如下几个方面：湿润锋动态，土壤含水率的分布，土壤铵态氮和硝态氮运移分布规律。在土壤温度为30℃的条件下，灌溉水温设置2个水平：15℃，20℃。蓄水坑初始入渗水头为50cm，灌水量为7L，灌施肥液浓度为700mg/L，土壤容重为1.47g/cm3。4.1一定土壤温度条件下不同灌溉水温土壤水分运移特性的影响4.1.1湿润锋运移的影响蓄水单坑灌施条件下的土壤水分入渗是以自由入渗为主，即土壤水分在土壤重力势和基质势的共同作用下在蓄水坑土体内运移，不断的向周围扩散形成湿润体。(a)t=15℃(b)t=20℃图4-1不同灌溉水温下湿润锋推进图Fig4-1Advancingprocessmapofwettingfrontunderdifferenttemperatureofirrigationwater图4-1为蓄水单坑灌施不同灌溉水温（15，20℃）条件下土壤湿润锋随时间的变41 太原理工大学硕士研究生学位论文化曲线。从图中可以看出:①入渗初期湿润锋径向推进距离大于垂向推进距离，灌后5h垂向推进距离增加开始明显。这是由于，水分在蓄水坑土体内入渗的初始阶段，主要受土壤基质势的作用；但是随着时间的不断延长，灌施肥液5h以后，土壤重力势的作用逐渐显现出来，土壤湿润锋逐渐向下推移。②不同灌溉水温条件下，随着土壤水分入渗时间的不断延长，湿润锋在垂直方向上推进速率逐渐加快，湿润锋在水平方向上推进速率逐渐减缓，重力势逐渐在蓄水坑土体水分的运移中占主导作用，土壤水势梯度逐渐变小，湿润锋在土体中的推进速率逐渐减缓，灌施肥液后不同时间的二维湿润锋边界形状近似呈“半椭圆状”。通过对蓄水单坑灌施不同灌溉水温（15，20℃）条件下湿润锋动态对比分析，发现差别不大。4.1.2再分布过程中土壤含水率分布的影响⑴土壤含水率垂向分布特性。(a)r=25cm,t=15℃(b)r=25cm,t=20℃42 太原理工大学硕士研究生学位论文(c)r=35cm,t=15℃(d)r=35cm,t=20℃图4-2不同灌溉水温下土壤含水率垂向分布图Fig4-2Thediagramofverticaldistributionofsoilmoistureindifferenttemperatureofirrigationwater图4-2为蓄水单坑灌施不同灌溉水温（15，20℃）条件下土壤含水率随深度变化的垂向分布图，取灌后第1、5、10、15天的土壤含水率的垂向分布情况进行对比分析。所选取径向距离为25，35cm。从图中可以看出:不同灌溉水温（15，20℃）条件下土壤含水率，在蓄水坑土体内的垂向分布曲线大致相同，土壤表层含水率较小，中下层土壤含水率较大，在蓄水坑土体深度为40-60cm范围达到最大值，之后随着土壤深度逐渐增加又开始减小。①不同灌溉水温条件下土壤含水率分布曲线较为集中，含水率推进情况并不明显。这是由于，取样日期最早为灌后1天，土壤中含水率分布已接近均衡且普遍要比本底值高，蓄水坑土体内含水率较大，土壤水势梯度较小。灌后10天和15天不同灌溉水温（15，20℃）条件下土壤含水率垂向分布相差不大。②在图（a）r=25cm的垂面中，土壤表层含水率出现先增大后减小，中下层土壤含水率不断减小，而土壤底层含水率逐渐增大。这是由于湿润锋在土体推进的过程中，上层的湿润锋推进速率较慢，故上层的土壤含水率随着时间的推移而增大，蓄水坑土体表层和中下层的水分在水势梯度作用下逐渐向底层运移，因而出现表层土壤和中下层土壤含水率减小，底层的土壤含水率增加。由于随着土壤中含水率的不断增大，土壤水势梯度逐渐减小。因此，蓄水坑土体底层含水率推进速率减缓。③图（b）r=35cm的垂面中，蓄水坑深度在40-60cm区域的土壤含水率较大，然后随着时间推移逐渐减少。这是因为蓄水坑灌法为中深层灌溉，在水势梯度作用下，43 太原理工大学硕士研究生学位论文进行垂向运移，因此，随着时间的推移出现湿润锋下移现象；同时在基质势作用下导致30-50cm处土壤水分出现累积，其累积的水分在水势梯度作用下又会向下移动，使得土壤中水分逐渐达到均衡。⑵土壤含水率径向分布特性(a)h=30cm,t=15℃(b)h=30cm,t=20℃(c)h=50cm,t=15℃(d)h=50cm,t=20℃图4-3不同灌溉水温下含水率径向分布图Fig4-3Diagramofradialdistributionofsoilmoistureunderdifferenttemperatureofirrigationwater图4-2为蓄水单坑灌施不同灌溉水温（15，20℃）条件下土壤含水率随时间变化的径向分布曲线图，取灌后第1、5、10、15天的土壤含水率的垂向分布情况进行对比分析。分别取距土箱顶端垂向30，50cm。从图中可以看出，一定垂向距离不同灌溉水温条件下，蓄水坑土体含水率在径向分布上随时间的变化规律基本一致。这是由于，距离水室近的区域内蓄水坑土体含水率较大，随着湿润锋在径向距离的不断推移，土壤水势梯度越来越小，土壤含水率逐44 太原理工大学硕士研究生学位论文渐越小。分析灌溉水温20℃条件下的含水率径向分布图，发现在灌后5天，土壤含水率随着径向距离的增大而先增加后减小。这是由于，灌水后前几天，水分大量集中在坑壁附近，坑壁附近的土壤水分接近饱和，所以径向距离较小处土体含水量较大，导致水势梯度作用较小，水分运移速度较为缓慢。4.1.3含水率二维分布对比分析(a)t=15℃(b)t=20℃图4-4不同灌溉水温下含水率二维分布图Fig4-4Dimensionaldistributionofsoilmoistureunderdifferenttemperatureofirrigationwater图4-4为蓄水单坑灌施不同灌溉水温（15，20℃）条件下，用suffer软件绘制的土壤含水率二维空间分布图。取灌施肥液1天后测定的土壤含水率进行对比分析。从上图能够直观的看出土壤水分的分布特性。通过对不同灌溉水温条件下的土壤含水率二维空间分布图进行比较发现，其分布规律基本一致，差别不大。蓄水坑土体表层和底层的含水率比较小，距离水室近的区域内土壤水分分布比较集中，土壤含水率大。因此，本试验条件下不同灌溉水温（15，20℃）对土壤含水率分布的影响不大。45 太原理工大学硕士研究生学位论文4.2一定土壤温度条件下不同灌溉水温对土壤氮素运移特性的影响4.2.1灌溉水温对铵态氮分布和转化的影响本节在蓄水单坑灌施条件下，土壤容重为1.47g/cm3，灌水量为7L，肥液浓度为700mg/l时，铵态氮的本底值为17.68mg/kg，硝态氮的本底值为7.55mg/kg，研究不同灌溉水温（15，20℃）对土壤铵态氮分布规律的影响。（1）铵态氮含量垂向分布规律(a)r=25cm,t=15℃(b)r=25cm,t=20℃(c)r=35cm,t=15℃(d)r=35cm,t=20℃图4-5不同灌溉水温下铵态氮垂向分布图Fig4-5Diagramofverticaldistributionofammoniumnitrogenunderdifferenttemperatureofirrigationwater图4-5所示为蓄水单坑灌施不同灌溉水温（15，20℃）条件下，土壤铵态氮含量46 太原理工大学硕士研究生学位论文随深度变化的垂向分布图。分别取灌施肥液后1、5、10、15天的土壤铵态氮含量分布曲线图进行对比分析，所取的径向距离分别为25，35cm。从图中可以看出，①灌后一天灌溉水温为20℃时所对应的铵态氮含量，要大于15℃时的土壤铵态氮含量。这是因为，尿素在土壤中的转化受灌溉水温的影响，当土壤温度适宜时，灌溉水温越高，尿素水解作用转化成的铵态氮越多。②随着蓄水坑深度的增加，土壤铵态氮含量呈现出先增大后减小的变化趋势。在蓄水坑附近区域土壤铵态氮的含量较高，而在土壤的表层和下层的土体湿润锋边缘处铵态氮的含量较低。这是因为，铵根离子带正电荷，土壤中带负电荷的胶体颗粒对其有很强的吸附作用，铵态氮在土壤中的运移方式主要是通过扩散作用来进行的，一定程度上阻碍了土壤铵态氮向远处的运移。（2）铵态氮含量径向分布规律(a)h=30cm,t=15℃(b)h=30cm,t=20℃(c)h=50cm,t=15℃(d)h=50cm,t=20℃图4-6不同灌溉水温下铵态氮径向分布曲线图Fig4-6Comparisondiagramofradialammoniumnitrogenunderdifferenttemperatureofirrigationwater47 太原理工大学硕士研究生学位论文图4-6所示为蓄水单坑灌施不同灌溉水温（15，20℃）条件下，土壤铵态氮含量随深度变化的垂向分布图。取灌施肥液后1、5、10、15天的土壤铵态氮分布结果进行对比研究，分别取距土箱顶端垂向30，50cm。从图中可以看出，蓄水单坑灌施不同灌溉水温条件下，随着径向距离的不断增大，土壤铵态氮的含量逐渐减小。这是由于，蓄水坑土体中带正电荷的铵态氮受到带负电荷的土壤胶体颗粒的吸附作用，而不易随水分在土壤中产生运移。灌施入土壤中的有机态氮肥尿素，通过土壤中脲酶的作用，水解生成铵态氮，而灌溉水温会影响土壤中脲酶的活性。通过对一定垂向距离不同灌溉水温（15，20℃）条件下，土壤铵态氮径向分布曲线进行对比发现，随着时间的延长其变化规律相同。4.2.2灌溉水温对硝态氮分布和转化的影响（1）土壤硝态氮含量垂向分布特性(a)r=25cm,t=15℃(b)r=25cm,t=20℃48 太原理工大学硕士研究生学位论文(c)r=35cm,t=15℃(d)r=35cm,t=20℃图4-7不同灌溉水温下硝态氮垂向分布曲线图Fig4-7Diagramofverticaldistributionofnitratenitrogenindifferenttemperatureofirrigationwater图4-7所示为蓄水单坑灌施不同灌溉水温（15，20℃）条件下，土壤硝态氮含量随深度变化的垂向分布曲线图。取灌施肥液后1、5、10、15天的土壤硝态氮含量分布曲线图进行对比分析，所取的径向距离分别为25，35cm。从图中可以看出，①不同径向距离下硝态氮分布规律为，灌溉水温为20℃时对应的硝态氮整体含量，要大于15℃所对应的硝态氮含量。这是因为，当土壤温度适宜时，在15—20℃的温度范围内，随着灌溉水温的升高，土壤硝化作用加强。②不同灌溉水温条件下，随着灌施肥液时间的延长，蓄水坑土体硝态氮的含量逐渐增大；且随着土壤深度的逐渐增加，硝态氮含量表现为先增大后减小的趋势。蓄水坑土体表层和底层的硝态氮浓度较大。这是因为，土壤表层通气性好，硝化作用加强而反硝化作用减弱，致使土壤硝态氮含量增大。随着蓄水坑土体深度的不断增加，土壤中的通气状况逐渐变差，而有利于土壤中反硝化作用的进行，导致土壤硝态氮浓度减小；蓄水坑底层的土壤含水率较小，利于铵态氮硝化作用的进行，所以底层硝态氮出现增大的情形；且硝态氮受到水分运移的影响，而水分在湿润锋边缘处比较集中，水分的垂向运移也在一定程度上会造成土体中部的硝态氮含量低于表层和底层。（2）土壤硝态氮含量径向分布特性49 太原理工大学硕士研究生学位论文(a)h=30cm,t=15℃(b)h=30cm,t=20℃(c)h=50cm,t=15℃(d)h=50cm,t=20℃图4-8不同灌溉水温下硝态氮径向分布曲线图Fig4-8Comparisondiagramofradialnitratenitrogenunderdifferenttemperatureofirrigationwater图4-7所示为蓄水单坑灌施不同灌溉水温（15，20℃）条件下，土壤硝态氮含量随深度变化的垂向分布曲线图。取灌施肥液后1、5、10、15天的土壤硝态氮含量分布曲线图进行对比分析，分别取距土箱顶端垂向30，50cm。从图中可以看出，20℃条件下的硝态氮含量要大于15℃条件下的硝态氮含量。分析不同垂向距离条件下土壤硝态氮分布，可以看出，蓄水坑土体中土壤硝态氮的含量，随着时间的推移而逐渐增大。这是由于，带负电荷的土壤胶体颗粒与同样是带负电荷的土壤硝态氮存在排斥作用，造成硝态氮在土壤水分的运移中具有较强的流动性，能够随着湿润锋不断的由水势高的地方向水势低的地方迁移。因此，不同灌溉水温条件下，土壤硝态氮含量随着径向距离上的不断推进而逐渐增大，土壤硝态氮含量在蓄水坑土体湿润锋边缘处产生积累。50 太原理工大学硕士研究生学位论文4.2.3土壤铵态氮硝化反应速率为定量研究不同灌溉水温条件下铵态氮硝化反应速率，本试验设置土壤温度为30℃，忽略铵态氮亚硝化作用阶段，引用一级动力学方程微分形式，根据测定的灌后不同时刻土壤样品的铵态氮浓度和硝态氮浓度，计算土壤铵态氮硝化反应速率常数。计算方程如下：式中：为灌后某一时刻土壤样品的硝态氮含量，；为铵态氮的硝化速率常数，（）；为灌后某一时刻土壤样品的铵态氮含量，。根据试验所测得的数据，由式（3-1）计算出不同灌溉水温条件下铵态氮硝化反应速率如表4-1所示：表4-1不同灌溉水温条件下铵态氮的硝化速率Tab4-1Nitrificationnitrogenrateconditionofammoniumunderdifferentthewatertemperature灌溉水温15℃20℃（）0.0850.093从表4-1可以看出，随着灌溉水温的升高，铵态氮的硝化反应速率逐渐加快，灌溉水温为20℃时硝化速率是15℃时的1.088倍。这是由于，随着灌溉水温的升高，蓄水坑土体中硝化细菌的活性得到加强。4.3小结本章对蓄水单坑灌施条件下，土壤温度为30℃时，不同灌溉水温（15，20℃）对土壤水氮运移规律的影响进行了分析，研究了蓄水单坑灌施条件下湿润锋动态，蓄水坑土体含水率在空间上的分布特性，以及土壤氮素的运移转化规律，得出结论如下:⑴蓄水单坑灌施不同灌溉水温（15，20℃）条件下，在土壤水分入渗的初始阶段，湿润锋在空间分布上的推进以径向为主，灌施肥液达到5h之后，在土壤基质势和重力势的共同作用下，湿润锋在垂直方向上的推进速率逐渐加快。不同土壤温度条件下的二维湿润锋边界形状近似呈“半椭圆状”。通过对蓄水单坑一定土壤温度不同灌溉水温条件下，土壤含水率在空间上的分布特性进行对比分析，发现15℃和20℃下51 太原理工大学硕士研究生学位论文土壤含水率空间分布规律基本一致，差别不大，随着时间的延长，蓄水坑土体水分分布趋向均匀。且随着时间的推移，减小的幅度也越来越小。⑵铵态氮由于受到土壤胶体颗粒的吸附作用，因此，铵态氮在土体中的运移方式以扩散作用为主。蓄水单坑灌施不同灌溉水温（15，20℃）条件下，土壤铵态氮含量在灌后1天出现最大值，且20℃下所对应的峰值要大于15℃条件下的峰值，之后随着时间的推移逐渐减小，在垂向分布上呈现中间大两边小的特点；在蓄水坑土体径向分布上则表现为随着径向距离的不断推进而逐渐减小趋势。⑶蓄水坑土体内硝态氮在土壤水分的运移中以对流作用为主。蓄水单坑灌施不同灌溉水温（15，20℃）条件下，土壤硝态氮含量在空间分布上，随着时间的推移呈现逐渐增大的趋势，在垂向分布上具有中间低周围高的特点。土壤硝态氮含量在灌施肥液后15天达到最大值，灌溉水温20℃条件下增加的速率要大于15℃所对应的增加速率。52 太原理工大学硕士研究生学位论文53 太原理工大学硕士研究生学位论文第五章结论与建议5.1结论本文是蓄水单坑灌施条件下水肥热运移规律研究试验，研究不同土壤温度（20，25，30℃）和不同灌溉水温（15，20℃）条件下水氮运移规律，得出如下结论:⒈蓄水单坑灌施不同土壤温度（20，25，30℃）和不同灌溉水温（15，20℃）条件下，土体湿润锋的动态差别不大。湿润体随着时间的推移，在空间上均以土壤水室为中心向外扩展，在土壤水分入渗的初期主要以水平推进为主，灌施肥液后5h，在垂向距离上的推进逐渐明显起来。但在一定时刻土壤温度和灌溉水温不同的条件下，土壤湿润体的范围差别不大。通过对不同温度条件下土壤含水率，在空间分布上随时间的变化趋势，发现其运移规律基本一致。蓄水坑土体表层和底层土壤含水率较小，土壤水分主要集中在土箱水室附近的范围内。因此，不同土壤温度和灌溉水温对土壤含水率的空间分布影响不大。⒉蓄水单坑灌施不同土壤温度条件下，土壤铵态氮含量随着土壤温度的升高，达到最大值的时间逐渐缩短。20℃时灌后10天土壤铵态氮含量达到最大值，25℃和30℃时分别在灌施肥液后5天和1天达到最大值。随着时间的推移，土壤铵态氮含量在垂向分布上呈现先增大后减小的趋势，20—30℃范围内，随着土壤温度的升高，土壤铵态氮含量的变化幅度增大。不同土壤温度条件下土壤硝态氮含量，随着时间的延长逐渐增大，20—30℃范围内，随着土壤温度的不断升高，土壤硝态氮增加幅度逐渐变大。⒊蓄水单坑灌施不同灌溉水温条件下，灌施肥液后1天土壤铵态氮含量达到最大值，且20℃下的土壤铵态氮峰值要大于15℃下对应的峰值，之后随着时间的不断推移，其含量逐渐减小。15—20℃范围内，随着灌溉水温的升高，其减小幅度逐渐加快。不同灌溉水温条件下的土壤硝态氮含量，随着时间的延长不断增大，灌施肥液后15天达到最大值，20℃条件下土壤硝态氮峰值要大于15℃条件下所对应的峰值。54 太原理工大学硕士研究生学位论文5.2建议⒈本文是在不同土壤温度和灌溉水温条件下，对蓄水坑土体中土壤水氮运移规律进行的模拟试验研究，采用的是将尿素溶解于水中之后灌施入土壤样品中，有研究表明，尿素在土壤溶液中的变化规律，对于作物吸收和利用氮素也有着一定程度的影响，建议今后在蓄水坑灌条件下的试验研究中，对尿素在土壤溶液中的运移转化进行定量的分析研究。⒉考虑到农田土壤中氨的挥发会受到灌溉水温改变的影响；对不同灌溉水温条件下氨挥发特性的影响研究，有助于我们从根本上减少农田氮素损失及提高氮素利用效率，从而提高作物的经济产量。⒊由于适当的增温能够促进作物的生长发育，因此，可以在农业生产中采取耕翻松土、镇压、垄作等措施来调节土壤温度。⒋由于一定范围灌溉水温的提高，能够促进土壤硝化作用的进行，因此，可以在农业生产中采取适当的措施来提高灌溉水温。例如根据地形条件，通过增加流程来调节水温；加宽延长灌溉渠道；设置晒水池；用塑料薄膜覆盖渠道；科学安排灌水时间等。⒌由于研究的需要和条件的限制，本文是以土温和水温分别作为控制变量进行的试验分析，建议将气温的研究加入到今后的试验中。⒍本文中的土箱模拟试验是蓄水单坑条件下的研究，考虑到田间灌溉实际情况的复杂性，可以在今后试验中进行蓄水多坑方面的研究。55 太原理工大学硕士研究生学位论文参考文献[1]CFang,J.BMoncrieff.ThedependenceofsoilCO2effluxontemperature[J].SoilBiologyandBiochemistry,2001,33:155-165.[2]YanJ,LiH,YueX,etal.SignificanceofsoiltemperatureandmoistureforsoilrespirationinaChinesemountainarea[J].AgriculturalandForestMeteorology,2008,148:490-503.[3]PiaoS,PengS,etal.TemperaturesensitivityofsoilrespirationindifferentecosystemsinChina[J].SoilBiologyandBiochemistry,2009,41:1008-1014.[4]PaulKI,PolglasePJ,etal.Soiltemperatureunderforests:asimplemodelforpredictingsoiltemperatureunderarangeofforesttypes[J].AgriculturalandForestMeteorology,2004,121:167-182.[5]LambertyBB.Spatiotemporalmeasurementandmodelingofstand-levelborealforestasoiltemperatures.AgriculturalandForestMeteorology,2005,131:27-40.[6]李仁杰,朱世东,袁凌云等.温室内地温变化规律及与气温的相关性[J].中国农学通报2010,24:209-212.[7]T.B.Cai,Q.L.Dang.Effectsofsoiltemperatureonparametersofacoupledphotosynthesis—stomatalconductancemodel[J].TreePhysiology,2002,22:819-829.[8]SAXEH,CANNELMGR,JOHNSENO,eta1.TreeandforestfunctioninginanenrichedCO2atmosphere[J].NewPhytologist,1998,139:369-400.[9]DANBYRK,HIKDS.Responsesofwhitespruce(Piceaglauca)toexperimentalwarmingatasubarcticalpinetreeline[J].GlobalChangeBiology,2007,13,437-451.[10]KAUPPIP,POSCHM.Sensitivityofborealforeststopossibleclimaticwarming[J].ClimaticChange,1985,(7):45-54.[11]于江海,周和平.农业灌溉水温研究[J].现代农业科技,2008,(08):123-127.[12]张庆一,李世宁.提高灌溉水温抗御低温冷害[J].中国水利,1987,(12):27-28.[13]王树萱,顾承志.治淮[J].1990,(3):43-45.[14]赵玉荣,李影,姚百超.关于三江平原地区提高灌溉水温的思考[J].黑龙江科技信息,2012,(17),23856 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太原理工大学硕士研究生学位论文附录硕士期间参加的科研项目(1)国家自然基金项目（51249002）:《蓄水坑灌施条件下土壤水氮热耦合效应与机理分析》(2)国家自然基金项目（51109154）:《蓄水坑灌果园根区土壤水分动态与高效利用研究》(3)国家自然基金项目（50979065）:《蓄水坑条件下土壤水氮的运移特性研究》(4)山西省科技攻关项目(051115):《蓄水坑灌法技术要素与设施研究》(5)山西省太原市节水型社会建设试点补助项目：“太原市校园节水研究”(6)高等学校博士学科点专项科研基金项目(20111402120006):《不同时间尺度蓄水坑灌灌水效率研究》(7)山西省科技攻关资助项目(20110311018-1):《蓄水坑灌条件下果园SPAC系统水分高效利用研究》(8)《山西省高等学校创新人才支持资助计划》硕士期间发表的论文王军,马娟娟,孙西欢,郭向红.蓄水坑灌条件下不同土温对土壤水氮运移规律的影响[J].节水灌溉.（待刊）64 太原理工大学硕士研究生学位论文65 太原理工大学硕士研究生学位论文致谢转眼间，三年的时光匆匆而过，回首三年的研究生生活。在举笔完成这篇致谢的时候，猛然间意识到自己将要离开校园，人生又将写下新的篇章。这三年是我努力拼搏的三年，给我留下美好的时光，这三年承载着我对未来的期盼的等待。人生中这宝贵的三年也深深镌刻在我内心深处,即使以后走的再远，时间过得再久，我也不能忘怀。在这离别之际，真心的感谢每一个曾经帮助过我的人！首先，我要感谢能够有幸参加山西省科技创新团队“节水新技术与水资源高效利用科技创新团队”。在这个团队中我的导师马娟娟老师，让我在三年的研究生学习生涯中懂得许多，马老师渊博的知识和严谨的治学态度让我受益匪浅，从论文的选题，设计试验方案，论文的写作过程中倾注了导师大量的心血，在此，我衷心的对马老师表示感谢，祝马老师在以后的人生道路中身体健康，一帆风顺。另外，在试验的设计和实施，以及论文的撰写过程中，也得到了团队中孙西欢老师、郭向红老师、李永业老师和周义仁老师莫大的帮助，我在此向他们表示诚挚的谢意，你们永远是我学习上的榜样。其次，感谢师兄张凯凯、冯晓波，师姐任荣、郝锋珍，同学郑利剑、马艳容、张文锦、李俊杰、王颖苗、张敏、雷涛、刘婧妍、严亚龙，师弟桑永青、秦聪、魏磊，师妹郭力琼、狄楠、张学琴在实验中给予的支持和帮助。最后，我要感谢我的父母，是他们给了我所拥有的一切，感谢他们为我所做的一切。王军2015年3月66