微咸水滴灌条件下果树根区氮素的空间运移及变化特征研究

塔里木大学毕业论文PAGEPAGE16目录TOC\o"1-2"\h\z\u1引言 12国内外研究现状 12.1微咸水的特点 12.2国内外微咸水研究现状 12.3氮素概况 22.4国外氮素运移、转化规律研究现状 22.5国内氮素运移、转化机理研究现状 33.试验区概况 44.试验材料与方法 44.1灌溉处理设置 44.2土壤氮素的测定 54.3土样采集方法 54.4土壤湿润体测定 54.5试验数据分析 55.结果与分析 55.1果树根区土壤碱解氮的空间运移变化 55.2果树根区土壤碱解氮的变异性 85.3果树根区土壤碱解氮的垂直分布特征 85.4不同咸淡配比（矿化度）对碱解氮的影响 106.结论与讨论 14参考文献 16致谢 171引言我国水资源总量2.811万亿m3，居世界第6位，但人均占有量仅2317m3，居世界第109位，其中黄河流域、淮河流域和海河流域人均占有量分别为全国人均占有量的32%、21.6%和15.1%，水资源短缺成为制约我国尤其是西北、华北地区社会经济发展的突出问题。我国有着丰富的地下咸水资源，据初步统计，华北、河北平原水矿化度2～5g/L的地下水分布面积占43%～48%，咸水资源达56亿m3，整个华北平原浅层咸水资源达75亿m3，西北地区（新疆、甘肃、宁夏、陕西、青海、内蒙的部分地区)水矿化度2～5g/L的地下咸水资源88.6亿m3南疆地处天山南麓，干旱少雨，多年平均降水量不足100mm，蒸发量却高达2000mm以上，淡水资源极其缺乏，开源节流寻求新的灌溉水源是解决水资源不足的有效方法，而南疆的微咸水资源比较丰富，并且开发利用的程度不高，为此合理的开发利用南疆丰富的微咸水资源进行农业灌溉，可解决当前水资源短缺的问题，也必将是未来该滴灌技术被视为当今比较成熟有效的节水灌溉技术而得到很多国家和地区的应用，它不仅能节约淡水，有效利用咸水资源，且不因大面积灌溉咸水，引起土壤盐碱化，又能利用滴灌控制灌溉特性减少深层渗漏，达到一个综合的节水增产效果，是先进的栽培技术与灌水技术的集成。在结合国内外微咸水灌溉试验成果的基础上，通过对不同矿化度微咸水进行枣苗滴灌处理后，红枣根区氮素的空间运移及变化特征研究，为制定适宜南疆地区枣树生长的微咸水灌溉制度及施肥方案提供试验的依据，对缓解淡水危机及枣树微咸水滴灌的普及具有重要的意义。植物能直接从土壤中吸收可利用的有效氮主要是无机氮和一些易分解的小分子有机氮，其供氮水平的高低直接反映土壤肥力，因此，在测定时主要选择了碱解氮为研究对象。另外，碱解氮能够较灵敏地反映土壤氮素动态和供氮水平，其在土壤中的含量与后作产量和吸氮量高度相关[5]。许多研究表明，农田土壤表层有机质、全氮、碱解氮均存在极显著的相关关系[6]～[8]，因此，土壤碱解氮可在一定程度反映农田土壤肥力状况，通过对农田土壤碱解氮的评估，不仅可以用来指导当地的化肥施用，而且还可以用于农田土壤环境质量的评估。2国内外研究现状2.1微咸水的特点根据新疆盐碱地特点和水资源的现状，在保证土壤含盐量不超过作物耐盐度的临界值条件下，利用微咸水灌溉是改良盐碱地的一种有效的措施。一方面微咸水可以与碱性水混合灌溉，碱性水中的CO32-和HCO3-与咸水中的Ca2+和Mg2+结合后，产生碳酸盐和重碳酸盐类沉淀，克服了碱性危害。这样既淡化咸水，又降低了土壤中盐分含量，改良土壤盐碱化和防止次生盐碱化，减轻盐分对作物的危害。另一方面微咸水膜下滴灌不但对作物不减产，不会造成土壤盐分的积累，可以维持土壤现有的现状，而且可以净化土壤水的水质[9]。2.2国内外微咸水研究现状我国北方地区蕴藏着丰富的咸水资源，却没有有效地加以利用，仅黄、淮海平原地区浅层咸水区面积就有4.7×104Km2，2～5g/L微咸水资源约5.4×109m3，其分布面积约占浅层咸水区面积的80%以上，如果能将这部分微咸水资源用于农田灌溉，将会提高灌溉保证率，减少农业淡水用量，从而有效地缓解水资源短缺危机。由于南疆地处极端干旱的荒漠区，淡水资源极度缺乏，但分布着较多的咸水和微咸水资源，传统观念认为，咸水和微咸水资源处于劣质水资源，是阻碍农业发展的不利因素之一。但是由于土壤具有一定程度的缓冲作用，作物也具有一定的耐盐能力[10]，国内外大量研究和实践证明，只要采取适当措施，以可持续利用为指导准则，采用咸水和微咸水灌溉作物，达到抗旱增产的目的，是完全可能的。与淡水灌溉不同，咸水和微咸水灌溉一方面提供了作物生长所需要的水分，另一方面增加了土壤中的盐分，容易引起土壤的次生盐碱化，使耕层土壤含盐量或土壤溶液浓度超过作物的耐盐度，从而影响作物生长和产量。基于微咸水灌溉对作物的生长存在利与弊两方面，本文就此问题之一，采取不同矿化度的微咸水对枣树滴灌，观察枣树对氮素的吸收情况，并作分析评价。国内外利用微咸水灌溉发展已有几十年的历史，美国盐渍土实验室在灌溉水质、作物耐盐、作物生长、盐渍度以及盐分的控制等方面进行了大量的研究工作。日本在灌溉用水不足的地方引用含盐度0.7%～20%的盐碱水灌溉，突尼斯在1962年成立了咸水灌溉研究中心，其研究结果表明，合理的灌溉和管理条件下作物可以获得高产，在微咸水灌溉四年后，土壤化学组成和含量基本稳定，可用矿化度2.0～5.0g/L的咸水灌溉海枣、高粱、大麦、苜蓿、黑麦草等作物，甚至用矿化度为4.5～5.5g/L的地下咸水灌溉小麦、玉米等谷类作物均取得成功，而且在撒哈拉沙漠排水和灌水技术条件方便的地区用矿化度1.2～6.2g/L的地下水灌溉玉米、小麦、棉花、蔬菜等作物也达到良好的效果。意大利用矿化度2.0～5.0g/L的咸水灌溉已有20多年，一些地区长期利用微咸水进行灌溉，农田土壤未发生长期的积盐现象。中亚、阿拉伯在有良好排水和淋洗条件的沙壤土上，利用矿化度3.0～8.0g/L的咸水灌溉。埃及是一个极端干旱国家，特别是在没有淡水资源NorthernDelta地区，成功利用微咸水灌溉长达300多年，土壤质地从沙土到粘土，种植作物包括水稻、小麦、甜菜和棉花等[11]～[15]。2.3氮素概况氮素是作物生长所必需的大量营养之一[16]，也是旱地土壤最为缺乏的营养元素[17]。土壤中氮素的丰缺及供给状况直接影响着农作物的生长水平[18]。为提高土壤的氮素水平，人们在农业生产中使用大量的氮素化肥。目前，我国已成为世界上氮肥用量最多的国家之一[19]～[20]。单位面积的施用量也高于世界平均水平。然而，由于施肥方法或农业管理措施不当，导致氮素损失加剧[21]，严重影响了氮肥利用率，我国氮肥利用率仅为30%～50%[22]。研究表明，农田中氮素损失的途径主要包括:氨的挥发、反硝化脱氮、氨的固定、径流冲刷和硝态氮的淋失等。其中，硝态氮的淋失是损失的重要方面[23]，淋失量可达5%～41.9%[24]，早在1905年，英国科学家RobertWarrington[25]就指出土壤中硝态氮的淋失是导致土壤肥力降低的重要因子。氮素损失一方面使肥料的生产效益大为降低，另一方面还造成了难以治理的环境污染问题，近几十年来的监测结果显示，地下水硝酸盐的浓度正在逐年增加。例如，在英国1970年间地下水硝酸盐的浓度约为11.30mg/L，1980年约为90mg/L，到1987年达142mg/L。在美国、加拿大、日本、德国也有类似的报道。我国地下水硝酸盐的污染水平也呈增长趋势，已有的研究表明，我国黄淮海及长江三角洲地区地下水硝酸盐污染已比较严重，由硝酸盐等引起的地下水污染是隐蔽渐进和代价高昂的，也已引起了联合国和发达国家的普遍重视。对于氮素污染问题的研究，已在国际上引起广泛重视，氮素在土壤中的运移及转化行为，也已成为国内外环境科学和土壤科学研究的热点问题。2.4国外氮素运移、转化规律研究现状对氮素运移、转化规律的研究是随着土壤溶质运移理论研究的不断深入而发展起来的，国外对土壤溶质运移问题的研究，已有50年的历史。20世纪50年代初，Lapidus和Amundson提出了一个类似于对流弥散方程(CDE)的模拟模型，从此揭开了溶质运移研究的序幕。随后，为了搞清溶质运移的客观规律，国外学者开展了大量的室内外试验。如美国的Jury教授(1971)在砂土中拌盐用灌水入渗淋溶试验观测溶质在均质土壤中的迁移规律;澳大利亚的Ross(1971)在室内一维土柱上进行了溶质运移的试验研究，并测了穿透曲线;美国的VanGenuchten教授，在进行了一系列室内土柱试验后，系统地论述了室内土柱试验的初边值条件等问题;Bevel和Germane(1982)对土壤中的优势流进行了研究，结果表明，优势流是土壤中普遍存在的现象，他的存在降低了水和养分的可利用性，同时，由于它同土壤基质接触面积小，使得许多污染物来不及降解就开始向下运移，从而增加地下水污染;美国的Ellsworth(1996)在露天试验场进行了2m×2m的微区试验，研究了硝态氮随水流在非饱和土壤中的运移规律等。国外对土壤N03-—N淋失已进行了较长时间的研究，在土壤硝化作用、N03-—N淋失条件、N03-—N移动力学与数学模型以及N03-—N淋失的防治和对策等方面都进行了系统的研究。为了定量描述溶质运移规律，国外许多学者提出了溶质运移的定量计算模型，总体上可分为确定性模型和随机模型。早期的研究多采用以CDE为控制方程的确定性模型来模拟土壤中的溶质运移，且取得了不少成果(如Warrick等，1971;Bresler，1973;Tarry，1988)。对于CDE求解的关键参数的确定，国外学者也提出了各自的方法，如美国的Wagner(1986)提出了溶质运移参数的估计方法，以色列Bresler(1987)提出用极大拟然法进行溶质运移参数估计，日本的Yamaguchi(1989)提出用穿透曲线估计水动力弥散系数的方法等。后来，随着随机理论的发展，开始用随机过程的方程来研究溶质运移的数量特征，Jury(1982)提出了模拟非饱和土体溶质运移过程的随机传递函数模型(transferfunctionmodel，TFM)，该模型对土壤溶质运移的机理没有任何限制，通过研究溶质从土壤表面运移到土壤某一深度所需时间的概率分布，来推求溶质平均浓度与时间和土壤深度的关系，并以此来模拟溶质在土壤中的运移。对TFM进行简化，提出采用研究入渗条件下土壤盐分的对流运移的传递函数修正模型。此外，研究土壤中溶质运移的随机方法还采用蒙特卡洛方法，谱分析法，矩分析法等。2.5国内氮素运移、转化机理研究现状国内有关氮素运移、转化规律的研究开始于20世纪70年代，早期的研究主要集中在氮素去向及有效利用率研究，如周祖澄等(1982)用15N示踪、盆栽法及微区法研究了固体氮肥施入旱田的去向。近年来，注意到国外溶质运移研究的动向，国内土壤物理学者及农学者开展了一些室内、室外的溶质运移试验研究。叶自桐、黄康乐(1987)分别对饱和非饱和土壤溶质运移进行了试验研究及数值模拟;武晓峰等(1996)对冬小麦田间根层氮素迁移转化规律进行了研究;冯绍元等(1996)较系统地综述了农田氮素的转化与损失及其对水环境的影响等。此外，随着节水灌溉的普及，国内学者对节水灌溉条件下氮素运移规律进行了研究。冯绍元等(1997)研究表明，喷灌条件下不同深度土层中硝态氮含量与施肥量呈正相关关系，但与灌水量的相关关系不明显。武晓峰等(1998)的研究也得出了以上结论。李久生等(2000)利用室内试验，对滴灌点源施肥灌溉条件下硝态氮和氨态氮的分布规律进行了研究，研究结果表明，硝态氮在距滴头一定范围内呈均匀分布，在湿润边界上硝态氮产生累积。王康、沈荣开(2002)对节水条件下氮素的环境影响效应进行了研究，建立了节水条件下土壤氮素损失和环境评价概念型模型。对土壤氮素、特别是硝态氮淋失的研究表明，土壤氮素的淋失量与土壤质地、耕作方式、氮肥类型、作物种类、生长密度、降雨以及地下水位都有很大的关系。刘春增等(1994)、李晓欣(1997)分别针对不同施肥处理对土壤中硝态氮累积的影响进行了研究。结果表明，长期大量且单一施用氮肥是导致土壤中N03-—N累积的重要原因。余贵芬(1997)利用渗漏池研究了在旱作小麦生育期内氮肥品种、用量对不同紫色土中N03-—N的移动和淋洗的影响。郭胜利等(1998)对黄土高原沟壑区不同施肥条件下土壤剖面中矿质氮的分布特征进行了研究，结果表明，长期不同施肥处理N03-—N含量和分布保持相对稳定，但对N03-—N含量分布影响显著。李世清等(1998年)利用渗漏池法对降水、施肥量、氮肥品种、土层深度、休闲等对硝态氮淋失的影响进行了研究。陈清等(2000)研究了水分和氮素供应对露地秋菠菜的N03-—N累积的影响。赵允格等(2000)对不同施肥方法N03-—N的迁移深度进行了研究。郭大应等(2001)对灌溉土壤硝态氮运移与土壤湿度的关系进行了研究，结果表明灌溉土壤硝态氮的运移与土壤湿度有良好的相关关系。王少平等(2002)利用渗漏池对上海青紫泥土壤氮素淋溶及其对水环境影响进行了研究。但目前很少见到国内有关微咸水滴灌氮素运移方面的研究报道，因此，此论文对开展微咸水滴灌下氮素运移研究具有重要的理论价值和生产实际意义。3.试验区概况试验区位于塔克拉玛干沙漠南缘，地理位置为东经，北纬，属大陆性暖温带、极端干旱荒漠性气候，干旱少雨，蒸发强烈，年均降水量40.1mm-82.5mm，年均蒸发量1976.6mm～2558.9mm，年均气温10.8℃，适宜棉花、瓜果种植。试验区土壤为典型的荒漠土，有机质含量较高，土壤透气性好。4.试验材料与方法4.1灌溉处理设置试验材料选择当地红枣的优势品种、已具有两年树龄的天山骏枣为研究对象。试验地土壤属于典型的荒漠土，土壤相关参数见表4-1。灌溉水源取自试验区的浅层地下水，并根据试验需要配制成不同矿化度的灌溉水，具体见表4-2。根据不同咸淡配合比，共设置了6个灌溉处理，即全淡（T0）、全咸（T）、咸淡1：1（T1）、咸淡2：1（T2）、咸淡3：1（T3）、咸淡4：1（T4），微咸水灌水定额设为6L/株。选取12棵长势一致的红枣，种植株行距为1.5m×2.0m，并从1至12依次编号，具体见图4-1。图4-1枣树布置及不同配水分布图表4-1土壤相关参数表田间

持水率%土壤容重

g/cm3初始碱解氮含量

mg.kg-1PH值电导率土壤盐分

g/L281.4925.329.610.430.44表4-2树布置安排及不同配水矿化度咸淡比

项目全淡全咸1：12：13：14：1试验编号1、2号3、4号5、6号7、8号9、10号11、12号矿化度(g/L）1.094.652.863.763.984.26灌水定额(L/株)6666664.2土壤氮素的测定采用碱解扩散法[26]，基本原理：在扩散皿中，用1.0mol.L-1NaOH水解土壤，使易水解态氮（潜在有效氮）碱解转化为NH3，NH3扩散后为H3BO3所吸收。H3BO3吸收液中的NH3再用标准酸滴定，由此计算土壤中碱解氮的含量。4.3土样采集方法当研究果树根区碱解氮的空间运移变化时，在距离枣树滴灌点处的水平、垂直方向上分别取样测定氮素含量。水平土壤取样间距为10cm、20cm、30cm，垂直土壤取样间距为10cm、20cm、40cm、60cm、80cm，具体见图4-2。图4-2枣树滴灌及取样点设置示意图4.4土壤湿润体测定在长宽高为60cm×60cm×60cm的测坑内，开展了6L滴灌水量的土壤湿润体试验，经测定湿润体高度为36cm，上部直径为47cm，下部直径为32cm，并计算出湿润体的影响半径为20cm。4.5试验数据分析在不同矿化度的微咸水滴灌条件下，为了便于分析土壤中碱解氮的空间分布特征，运用MATLAB软件，进行程序设计，建立空间模型，立体表现碱解氮在空间运移上的变化情况。同时，引入碱解氮含量的平均值、方差、标准差和变异系数等统计特征值，分析碱解氮在土壤中的垂直剖面分布特征以及枣树对碱解氮吸收的稳定性和根系受到的盐分胁迫程度，并进行多项式拟合，找出不同咸淡配比灌溉后碱解氮分布与影响因素的相关性。在研究不同咸淡配比微咸水对碱解氮的影响时，引入了土壤碱解氮平均值X（r，t）（r表示矿化度）、土壤碱解氮变化量△X（r，t）、土壤碱解氮转化率△Xi（r，t）与运移转化时间t的关系。土壤碱解氮变化量是指滴灌平衡24小时后土壤中碱解氮的平均值与运移转化时间时土壤碱解氮平均值之差，即△X（r，t）=X（r，t0）－X（r，t）。土壤碱解氮变化率是指土壤碱解氮的变化量与转化时间之比，即△Xi（r，t）=△X（r，t）/t。通过数据分析，可得出非线性回归方程，即：X（r，t）=A＋B×r＋C×tX—变量值，r—矿化度，t—试验开始时的运移转化时间间隔，A、B、C—拟合系数(可利用最小二乘法求解)。最后对回归方程进行误差分析和模型验证。5.结果与分析5.1果树根区土壤碱解氮的空间运移变化图5-1至5-6分别反映不同咸淡配比（矿化度不同）下，碱解氮的空间运移情况，左图表示土壤中氮素在水平和竖直方向上的运移变化，右图表示碱解氮空间运移的投影变化趋势，其中凸凹型，分别表示碱解氮含量在水平方向上的消长趋势，斜率则表示下降趋势的快慢速率。详细数据见附表1。从图中分析可知：距滴头越近的地方，土壤中碱解氮的总体含量越高，反之则减小。当用T处理灌溉时（图5-2的投影变化趋势图），在水平方向上，距离滴头20cm处碱解氮含量比10cm处高，究其原因主要是与灌溉水矿化度和土壤的湿润体有关，因为高矿化度灌溉水阻滞了果树根系对碱解氮的吸收利用，在一定程度上影响了土壤胶体与NH4+离子的交换和吸附过程，促使更多的碱解氮随着土壤水分向低水势的湿润体边缘积聚。由图5-5、5-6的正投影变化趋势图可看出，曲线的斜率在逐渐变小且趋于平缓，而碱解氮的变化量相对稳定，说明微咸水矿化度越大，对土壤的固氮效果越明显，土壤含氮量越高，但枣树根系对氮素的利用率不高。同时，铵态氮溶质大量聚集在滴头附近的土壤中，高浓度铵态氮易受到铵化作用而挥发损失，对枣树根系也会产生毒害作用，抑制枣树的生长发育，在生产实践中应引起注意[27]。图5-1全淡水滴灌下的碱解氮空间运移及其投影变化趋势图图5-2全咸水滴灌下的碱解氮空间运移其投影变化趋势图图5-3咸淡比1:1滴灌下的碱解氮空间运移其投影变化趋势图图5-4咸淡比2:1滴灌下的碱解氮空间运移其投影变化趋势图图5-5咸淡比3:1滴灌下的碱解氮空间运移其投影变化趋势图图5-6咸淡比4:1滴灌下的碱解氮空间运移其投影变化趋势图5.2果树根区土壤碱解氮的变异性果树根区土壤碱解氮的含量及其统计特征值见表5-1。不同矿化度微咸水灌溉后，土壤碱解氮的含量总体保持在29.75mg/kg-104.12mg/kg之间，不同处理的变化幅度差异较大。造成的原因主要是通过施用氮肥提高了果树根区土壤碱解氮的含量，同时，由于微咸水灌溉后，抑制了枣树根系细胞对氮素的吸收所致。但仅凭判断土壤碱解氮的变化量，尚不能说明不同配比微咸水引起土壤碱解氮变化的真实情况。因此，通过引入变异系数（Cv）描述土壤碱解氮的变化特性，综合反映各变量（不同矿化度）引起土壤碱解氮变化的差异性。通过变异系数Cv值可知，T0处理后，枣树根区土壤碱解氮的变异系数最小，反映出枣树根系对土壤碱解氮的吸收相对稳定。T1（矿化度2.86g/L）、T2（矿化度3.76g/L）和T3（矿化度3.98g/L）处理后，枣树根区土壤碱解氮的变异系数相对较大，反映出随着矿化度的增大，枣树根系受到盐胁迫程度越大，对土壤碱解氮的吸收利用越困难，氮素流失较快。但是，当采用T4（矿化度4.26g/L）、T（矿化度4.65g/L）处理后，枣树根区土壤碱解氮的变异系数却出现了减小。因此，是否存在当灌溉水矿化度越过临界值后，随着矿化度的增加，除了阻滞果树根系对碱解氮有效利用的同时，会增强土壤的固氮能力，减少氮素流失，这一问题还有待于进一步的研究和证实。表5-1同矿化度滴灌下的碱解氮含量统计特征值不同咸淡配比测定值范围

（mg/kg)平均值

（mg/kg)方差

(mg/kg)2标准差

(mg/kg)变异系数

（%）全淡50.75～66.5057.9350.307.0912.24全咸48.13～89.2565.28400.6520.0230.661：139.38～104.1363.88716.2426.7641.902：142.88～80.5056.87584.1924.1742.543：134.13～83.1354.78569.0923.8643.554：129.75～72.6353.03347.8218.6535.175.3果树根区土壤碱解氮的垂直分布特征不同矿化度的微咸水灌溉后，果树根区土壤碱解氮的剖面分布特征见图5-7至5-11。其数据见附表2。通过分析可知：土壤碱解氮在整个剖面上的总体分布趋势为自上而下逐渐递减，消长趋势大体相似。T0处理后土壤碱解氮在果树根区整个剖面中的分布最稳定，其值保持在50.75mg/kg～66.50mg/kg，变化幅度不大。T1处理后土壤碱解氮呈“S”型分布，累积峰值出现在20cm处，其值为104.13mg/kg。T2处理后土壤碱解氮呈“V”型分布，最小值出现在40cm处，其值为42.88mg/kg。T3处理后土壤碱解氮大致呈斜“一”型分布，其变异性在6个处理中最大，反映出枣树对氮素的吸收不稳定，同时造成土壤氮素的淋失。T4处理后土壤碱解氮呈“W”型分布，累积峰值出现在10cm和40cm处，其值为72.63mg/kg和67.38mg/kg。所以说，随着灌溉水矿化度的增加，在增强土壤固氮能力的同时，也会导致果树根系细胞失氮进入土壤，而确定矿化度值对土壤碱解氮影响的研究还有待于进一步的开展。图5-7全淡水灌溉下碱解氮含量剖面分布特征图5-8咸淡比1:1灌溉下碱解氮的剖面分布特征图5-9咸淡比2:1灌溉下碱解氮的剖面分布特征图5-10咸淡比3:1灌溉下碱解氮的剖面分布特征图5-11咸淡比4:1灌溉下碱解氮的剖面分布特征5.4不同咸淡配比（矿化度）对碱解氮的影响从图5-12至5-14可知：在碱解氮运移转化的相同时刻，随着矿化度的增加，土壤碱解氮的含量越高，变化量最小，转化率也越小，上述已进行了相关因果分析，这里不再赘述。从土壤碱解氮含量的日变化（图5-12）可知，由于中午14点植物光合作用剧烈，果树根系细胞物质交换频繁，对水分、养分的需求强烈，土壤中碱解氮随水分向果树根区运移，碱解氮的含量达到了最大值。14点后，土壤中碱解氮逐渐硝化成硝态氮而减少，但总量还保持在一个相对较高的水平。同时，从图5-12不难看出，土壤中碱解氮的含量始终在初始值之上，说明碱解氮在土壤中流失较慢，从而能较长时间保存在土壤中，供给枣树利用。详细数据，见附表3。图5-12土壤碱解氮含量与运移转化时间的关系图5-13碱解氮变化量与运移转化时间的关系图5-14土壤碱解氮转化率与运移转化时间的关系经过分析可知，在不同矿化度的微咸水滴灌条件下，土壤碱解氮的平均值X（r，t）、变化量△X（r，t）和变化率△Xi（r，t）与运移转化时间t符合非线性函数变化[28]，可用下式表示：X=A＋B×r＋C×t利用上述非线性规律，通过回归分析分别得到：X（r，t）=51.335＋3.586r－2.1955t；(1)△X（r，t）=1.0318－0.0811r＋1.0757t；(2)△Xi（r，t）=1.7120－0.0138r－0.0652t(3)式中：X（r，t）—土壤碱解氮含量，mg/kg；△X（r，t）—土壤碱解氮的变化量，mg/kg；△Xi（r，t）—土壤碱解氮的变化率，mg/(kg.t)；X（r，t0）—灌水结束后碱解氮的平均值，mg/kg；r—矿化度，（g/L）；t—试验开始时的运移转化时间间隔，小时；A、B、C—拟合系数(可利用最小二乘法求解)。5.4引入回归误差定量分析对(1)、(2)、(3)式进行显著性检验。利用MATLAB做已知数据点的误差stem图，见图5-15。横坐标表示10：00、14：00、18：00和20：00等4个时间段的索引，“○”型为因变量的变化幅度，“△”型为对应的回归误差。通过显著性检验可知，(1)、(2)、(3)式的定量分析效果较好，可作为不同矿化度微咸水滴灌条件下，土壤碱解氮的平均值、变化量、变化率与运移转化时间的预测模型。图5-15不同矿化度对碱解氮影响公式误差的stem图5.为了验证模型的准确性，通过随机抽取试验实测数据，并计算不同矿化度微咸水滴灌条件下的土壤碱解氮的平均值、变化量和变化率值，具体验证结果见表5-2至5-4。由表5-2可知，当运移转化时间在t=0-4时段内，回归方程（1）的相对误差基本控制10%以内，预测值的可靠性相对较高。然而，当在t＞4时段内，回归方程（1）的相对误差较大，预测值的准确性较差。表5-2不同矿化度滴灌下土壤碱解氮的平均值与运移转化时间的预测模型验证表矿化度实测计算值

(mg/kg)预测值

(mg/kg)相对误差

%实测计算值

(mg/kg)预测值

(mg/kg)相对误差

%04全淡(1.09mg/L)47.6655.2413.73%48.8046.46-5.03%全咸(4.65mg/L)65.2868.014.01%66.2559.23-11.86%1：1(2.86mg/L)58.1861.595.54%50.5452.814.30%2：1(3.76mg/L)61.9064.824.50%54.1356.043.40%3：1(3.98mg/L)60.2765.618.14%60.8756.83-7.12%4：1(4.26mg/L)61.4966.617.69%62.7057.83-8.42%矿化度实测计算值

(mg/kg)预测值

(mg/kg)相对误差

%实测计算值

(mg/kg)预测值

(mg/kg)相对误差

%812全淡(1.09mg/L)31.2237.6817.14%26.7028.907.61%全咸(4.65mg/L)58.5850.45-16.11%47.1741.66-13.22%1：1(2.86mg/L)42.5344.033.40%41.135.24-16.61%2：1(3.76mg/L)39.7347.2515.92%46.3738.47-20.53%3：1(3.98mg/L)42.5448.0411.45%39.8039.26-1.37%4：1(4.26mg/L)49.8749.05-1.68%45.5640.27-13.14%注：0、4、8、12表示试验开始时的运移转化时间间隔由表5-3可知，当在t=0时段内，T0、T1、T2、T3处理，以及在t=4时段内，T、T4处理的回归方程（2）的相对误差都小于5%较小，其预测值的可靠性较高。当在t=8时段内，各处理的相对误差较大，预测值的准确性较差。当在t=12时段内，矿化度T1、T2、T3、T4处理的回归方程（2）的相对误差小于5%，其预测值的可靠性也较高。表5-3不同矿化度滴灌下土壤碱解氮的变化值与运移转化时间的预测模型验证表矿化度实测计算值

(mg/kg)预测值

(mg/kg)相对误差

%实测计算值

(mg/kg)预测值

(mg/kg)相对误差

%04全淡(1.09mg/L)0.980.94-3.88%6.155.25-17.13%全咸(4.65mg/L)0.800.65-22.20%4.974.96-0.35%1：1(2.86mg/L)0.820.80-2.52%6.285.10-23.07%2：1(3.76mg/L)0.760.73-4.56%5.975.03-18.70%3：1(3.98mg/L)0.700.711.27%3.795.0124.38%4：1(4.26mg/L)0.850.69-23.85%5.214.99-4.43%矿化度实测计算值

(mg/kg)预测值

(mg/kg)相对误差

%实测计算值

(mg/kg)预测值

(mg/kg)相对误差

%812全淡(1.09mg/L)11.449.55-19.75%15.9613.85-15.18%全咸(4.65mg/L)6.979.2624.73%11.1113.5618.12%1：1(2.86mg/L)11.289.41-19.93%14.0813.71-2.71%2：1(3.76mg/L)10.879.33-16.48%14.0113.64-2.75%3：1(3.98mg/L)11.249.31-20.62%13.9813.62-2.63%4：1(4.26mg/L)8.629.297.23%12.9413.594.85%注：0、4、8、12表示试验开始时的运移转化时间间隔由表5-4可知，当运移转化时间在t=0-4时段内，各处理回归方程（3）的相对误差控制在5%以内，其预测值的可靠性较高。当在t=8时段内，T4处理回归方程（3）的相对误差控制在5%以内，其预测值的可靠性较高。当在t=12时段内，T0、T1、T2、T3、T4处理回归方程（1）的相对误差控制在5%以内，其预测值的可靠性较高。表5-4不同矿化度滴灌下土壤碱解氮的变化率与运移转化时间的预测模型验证表矿化度实测计算值

mg.(kg.t)-1预测值

mg.(kg.t)-1相对误差

%实测计算值

mg.(kg.t)-1预测值

mg.(kg.t)-1相对误差

%04全淡(1.09mg/L)1.791.70-5.48%1.541.44-6.97%全咸(4.65mg/L)1.571.654.72%1.291.397.00%1：1(2.86mg/L)1.751.67-4.63%1.481.41-4.84%2：1(3.76mg/L)1.741.66-4.81%1.451.40-3.62%3：1(3.98mg/L)1.721.66-3.80%1.411.40-0.98%4：1(4.26mg/L)1.671.65-1.02%1.301.396.46%矿化度实测计算值

mg.(kg.t)-1预测值

mg.(kg.t)-1相对误差

%实测计算值

mg.(kg.t)-1预测值

mg.(kg.t)-1相对误差

%812全淡(1.09mg/L)1.431.18-21.61%0.950.91-3.88%全咸(4.65mg/L)0.871.1322.64%0.690.8719.80%1：1(2.86mg/L)1.411.15-22.51%0.940.89-5.60%2：1(3.76mg/L)1.361.14-19.45%0.900.88-2.54%3：1(3.98mg/L)1.401.14-23.68%0.870.870.14%4：1(4.26mg/L)1.081.134.78%0.820.875.84%注：0、4、8、12表示试验开始时的运移转化时间间隔上述非线性回归方程（1）、（2）、（3）式反映了不同矿化度微咸水滴灌条件下，灌溉水矿化度、碱解氮的运移转化时间与土壤碱解氮平均含量、变化量以及变化率之间的相互定量关系。由于建立在短系列数据上的部分预测值与实测值还存在较大的相对误差，因此，还需通过后期的试验数据对模型进行修订，使之更适用生产实践需要。6.结论与讨论1）在不同的微咸水滴灌条件下，对红枣根区氮素的空间运移研究，结果表明：离滴头（或根区）越近的地方，碱解氮的总体含量越高，离低头越远的地方，含氮量随之减少，致使大部分氮素聚集在滴头附近一个非常有限的土壤范围内。2）不同矿化度滴灌下的碱解氮含量统计特征值的分析，引入了变异系数(Cv)，得出咸淡比为3:1（3.98g/L）滴灌时的变异系数最大，导致枣树根系细胞受到盐分的胁迫作用也最大，从而阻碍了对氮素的吸收，但用矿化度4.26g/L至4.65g3）不同矿化度灌溉下碱解氮的剖面分布特征图，得知：在全淡水（1.09g/L）灌溉下，碱解氮含量随土壤深度的变化分布最为稳定；咸淡比为1:1（2.86g/L）灌溉时，碱解氮含量随土壤深度的变化呈“S”型变化；咸淡比为2:1（3.76g/L）灌溉，碱解氮含量随深度呈“V”型变化；咸淡比为3:1（3.98g/L）灌溉时，碱解氮含量随深度呈斜“一”型变化；咸淡比为4:1（4）对不同咸淡配比（矿化度）对碱解氮的含量、变化量和变化率的影响，绘制变化曲线图，得出结论：运移转化的同一时刻，用矿化度越大的微咸水滴灌，其土壤中的碱解氮含量越高，土壤中的碱解氮变化量和转化率越小。土壤的矿化度相同时，土壤碱解氮平均值随运移转化时间先增大后减小，碱解氮的变化量是一种递增的趋势，而碱解氮变化率随运移转化时间延长，呈一种递减趋势。5）通过最小二乘法的方法，得出不同咸淡配比（矿化度）对碱解氮的含量、变化量和变化率的回归计算公式，见公式（1）、公式（2）和公式（3），并利用MATLAB做出stem图，所得到的回归误差小，分析效果较好，经本文应用证明有一定的理论和应用价值。参考文献[1]侯红雨，庞鸿宾，齐学斌.温室滴灌条件下氮素转化、运移规律研究进展[J].灌溉排水.2002，21(2):64～67.[2]黄元仿，李韵珠，陆锦文.田间条件下土壤氮素运移的模拟模型.水利学报[J].1996，(6)[3]袁志发，周静芋.试验设计与分析[M].北京：高等教育出版社，2000:16～17.[4]王卫光，王修贵，沈荣开，等.微咸水灌溉研究进展[J].节水灌溉.2003，（2）：9～12.[5]李生秀，李世清.不同水肥处理对旱地土壤速效氮、磷养分的影响[J].干旱地区农业研究，1995，13（1）：6～14.[6]孙冬梅，陈学量.黑龙江省土壤有机质与全氮、碱解氮的相关分析[J].黑龙江八一农垦大学学报，1995，8（2）：57～60.[7]索东让.土壤氮素养分对土壤供氮能力及氮肥效应的影响[J].磷肥与氮肥，2000，15（6）：66～68.[8]陆引正，杨宏敏.贵州高原黄壤的供氮能力研究[J].西南农业学报，2002，15（2）：82～85.[9]王全九，王文焰，王志荣盐碱地膜下滴灌技术参数的确定[J].农业工程学报，2002(2):95～109.[10]王丹，康跃虎，万书勤.微咸水滴灌条件下不同盐分离子在土壤中的分布特征[J].农业工程学报，2007.23（2）：83～87.[11]郭永杰，崔元玲，吕晓东等.国内外微咸水利用现状及利用途径[J].甘肃农业科技.2003，（8）.[12]王卫光，王修贵，沈荣开，等.微咸水灌溉研究进展[J].节水灌溉.2003，（2）：9～12.[13]尉宝龙，邢黎明，牛豪震.咸水灌溉试验研究[J].人民黄河，1997，(9):28～32.[14]赵春林，张彪，郭培成.汾河三坝灌区浅层咸水利用的试验研究[J].太原理工大学学报，2000，(5):593～599.[15]张会元.咸水利用可行性分析[J].天津农林科技，1994，(3):18～19.[16]赵平，孙谷畴，彭少麟.植物氮素营养的生理生态学研究.生态科学，1998，(2);37～42.[17]李袂秧，邵明安.小麦根系对水分和氮肥的生理生态反应.植物营养与肥料学报，2000，6(4);383～388.[18]王夏晖，刘军等.不同施肥方式下土壤氮素的运移特征研究.土壤通报，2002，33(3);202～206[19]中国农业年鉴农业编辑委员会.中国农业年鉴，北京:农业出版社，1999.[20]赵允格，邵明安.不同施肥条件下农田硝态氮迁移的试验研究.农业工程学报，2002，18(4);37～40.[21]汪建飞，刑素芝.农田土壤施用化肥的负效应及其防治对策.农业环境保护1998，17(1);40～43.[22]崔玉亭.化肥与生态环境保护.北京:化学工业出版社，2000.[23]HutsonJletal.Aretentivityfunctionforuseinsoilwatersimulationmodels.J.SoilSci.，1987，38;105～113.[24]CecconP，etal.NindrainagewaterminfluencedbysoildepthandNfertilizer;astudyinlysim-eters.EuropeanJournalofAgronomy，1995，4(3):289～298.[25]WarringtonR.1905.Lostfertility，theproductionandlossofnitrateinsoils.TransactionsoftheHighlandandAgriculturalSocietyofScdand.1～35.[26]鲍士旦.土壤农化分析[M].北京:中国农业出版社，2000:56～57.[27]侯红雨.温室滴灌条件下氮素转化运移规律研究.中国农业科技报，2002，6(3).[28]余家林，肖枝洪.多元统计及SAS应用[M].武汉:武汉大学出版社，2008.致谢在论文即将付梓之际，非常感谢导师王兴鹏老师三年来对我的关心和指导，王老师渊博的专业知识、对科学的浓厚兴趣和敏捷的思维对我产生了深刻的影响，老师的敬业精神和严谨的科学态度更使我受益匪浅、终生难忘，将是我今后人生道路上不断前行的动力。在导师的督促和指导下我阅读了大量相关专业书籍和文献，为论文的写作打下了坚实的基础。从论文的选题、试验的开展直到论文的撰写，每每遇到困难、挫折时，聆听导师的一番指点，总会顿生“山穷水尽疑无路，柳暗花明又一村”之感。这篇论文是在王老师的悉心指导下完成的，在此向在此，感谢我的亲人对我无微不至的关心，使我不断地茁壮成长。回首这些年来漫漫求学征途，沉淀的生活让我从青涩变得不再年轻，让我有失去也有收获，更让我相信雨后定会出现彩虹。衷心感谢塔里木大学水利与建筑工程学院的老师们，他们在本论文的写作过程中给予了我许多有益的指导和无私的帮助。尤其是要感谢王龙老师和李发勇老师，自加入此课题小组，王龙老师就一直陪伴着我们，当试验工作比较忙时，他和我们一起工作，一起生活，他的那种博学多才、吃苦耐劳的精神让我们每一位小组成员都有一种敬佩之情。还要感谢李发永老师，虽然是在第二年加入我们这个组织的，但他的那种亲和力很快使他也融入了这个集体，在论文撰写期间，他经常与我们在一起，给与我们指导，那种认真负责的态度，是值得我们每个人学习的，他为我们提供大量的资料和文献，以及指导我们的英文摘要译文。我还要感谢我们的微机老师—李刚老师，我在论文中所涉及到的MATLAB知识，都是李老师同时也十分感谢课题组的兄弟姐妹们，无比留恋在这个集体里度过的美好时光，过去的日子在心中的某个角落慢慢重温，联系着心中的莫名情感。衷心感谢你们在生活和学习上对我的关心和帮助，祝福一同毕业的兄弟姐妹—王泽涛、贾国贤、张亚伟、吴学坤、董庆鹏和韦芳在即将开始的工作里一切顺利，另外还要感谢我们的研究生—严晓燕，虽然他是我们的师姐，但是与我们相处一年的时光里，共同患难，生活、学习上给与了我很大的帮助，其间的点点滴滴将永存心间。最后感谢水利10-2班所有的兄弟姐妹们和你们在一起的日子真开心怀念，那些猝不及防的感动，无比悸动的青春和塔里木大学的花开花落为一起拥有的那些岁月和不老的欢乐而痴狂。今天我把这些快乐和美好收拾起来，铭记在心里，在论文的最后说出这份真挚的感谢。四年是短暂的，记忆是永恒的最后，衷心祝愿我亲爱的朋友们事事顺心，天天开心工作。附表1不同矿化度灌溉下碱解氮的空间观测值水水平碱解氮值垂直0cm10cm20cm30cm全淡0cm108.54121.65113.54107.4310cm115.47119.38105.87106.7520cm112.01117.2570.0076.1330cm86.4898.0034.1345.50全咸0cm90.5489.65125.1492.6110cm84.8888.55117.2586.7520cm89.2584.00106.7584.8830cm52.5064.7598.8864.751：10cm119.20109.89145.2587.5010cm111.54102.7886.4866.4720cm104.1390.1378