微咸水滴灌條件下果樹根區(qū)氮素的空間運移及變化特征研究

塔里木大學畢業(yè)論文PAGEPAGE16目錄TOC\o"1-2"\h\z\u1引言 12國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 12.1微咸水的特點 12.2國內(nèi)外微咸水研究現(xiàn)狀 12.3氮素概況 22.4國外氮素運移、轉(zhuǎn)化規(guī)律研究現(xiàn)狀 22.5國內(nèi)氮素運移、轉(zhuǎn)化機理研究現(xiàn)狀 33.試驗區(qū)概況 44.試驗材料與方法 44.1灌溉處理設置 44.2土壤氮素的測定 54.3土樣采集方法 54.4土壤濕潤體測定 54.5試驗數(shù)據(jù)分析 55.結果與分析 55.1果樹根區(qū)土壤堿解氮的空間運移變化 55.2果樹根區(qū)土壤堿解氮的變異性 85.3果樹根區(qū)土壤堿解氮的垂直分布特征 85.4不同咸淡配比（礦化度）對堿解氮的影響 106.結論與討論 14參考文獻 16致謝 171引言我國水資源總量2.811萬億m3，居世界第6位，但人均占有量僅2317m3，居世界第109位，其中黃河流域、淮河流域和海河流域人均占有量分別為全國人均占有量的32%、21.6%和15.1%，水資源短缺成為制約我國尤其是西北、華北地區(qū)社會經(jīng)濟發(fā)展的突出問題。我國有著豐富的地下咸水資源，據(jù)初步統(tǒng)計，華北、河北平原水礦化度2～5g/L的地下水分布面積占43%～48%，咸水資源達56億m3，整個華北平原淺層咸水資源達75億m3，西北地區(qū)（新疆、甘肅、寧夏、陜西、青海、內(nèi)蒙的部分地區(qū))水礦化度2～5g/L的地下咸水資源88.6億m3南疆地處天山南麓，干旱少雨，多年平均降水量不足100mm，蒸發(fā)量卻高達2000mm以上，淡水資源極其缺乏，開源節(jié)流尋求新的灌溉水源是解決水資源不足的有效方法，而南疆的微咸水資源比較豐富，并且開發(fā)利用的程度不高，為此合理的開發(fā)利用南疆豐富的微咸水資源進行農(nóng)業(yè)灌溉，可解決當前水資源短缺的問題，也必將是未來該滴灌技術被視為當今比較成熟有效的節(jié)水灌溉技術而得到很多國家和地區(qū)的應用，它不僅能節(jié)約淡水，有效利用咸水資源，且不因大面積灌溉咸水，引起土壤鹽堿化，又能利用滴灌控制灌溉特性減少深層滲漏，達到一個綜合的節(jié)水增產(chǎn)效果，是先進的栽培技術與灌水技術的集成。在結合國內(nèi)外微咸水灌溉試驗成果的基礎上，通過對不同礦化度微咸水進行棗苗滴灌處理后，紅棗根區(qū)氮素的空間運移及變化特征研究，為制定適宜南疆地區(qū)棗樹生長的微咸水灌溉制度及施肥方案提供試驗的依據(jù)，對緩解淡水危機及棗樹微咸水滴灌的普及具有重要的意義。植物能直接從土壤中吸收可利用的有效氮主要是無機氮和一些易分解的小分子有機氮，其供氮水平的高低直接反映土壤肥力，因此，在測定時主要選擇了堿解氮為研究對象。另外，堿解氮能夠較靈敏地反映土壤氮素動態(tài)和供氮水平，其在土壤中的含量與后作產(chǎn)量和吸氮量高度相關[5]。許多研究表明，農(nóng)田土壤表層有機質(zhì)、全氮、堿解氮均存在極顯著的相關關系[6]～[8]，因此，土壤堿解氮可在一定程度反映農(nóng)田土壤肥力狀況，通過對農(nóng)田土壤堿解氮的評估，不僅可以用來指導當?shù)氐幕适┯?，而且還可以用于農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量的評估。2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1微咸水的特點根據(jù)新疆鹽堿地特點和水資源的現(xiàn)狀，在保證土壤含鹽量不超過作物耐鹽度的臨界值條件下，利用微咸水灌溉是改良鹽堿地的一種有效的措施。一方面微咸水可以與堿性水混合灌溉，堿性水中的CO32-和HCO3-與咸水中的Ca2+和Mg2+結合后，產(chǎn)生碳酸鹽和重碳酸鹽類沉淀，克服了堿性危害。這樣既淡化咸水，又降低了土壤中鹽分含量，改良土壤鹽堿化和防止次生鹽堿化，減輕鹽分對作物的危害。另一方面微咸水膜下滴灌不但對作物不減產(chǎn)，不會造成土壤鹽分的積累，可以維持土壤現(xiàn)有的現(xiàn)狀，而且可以凈化土壤水的水質(zhì)[9]。2.2國內(nèi)外微咸水研究現(xiàn)狀我國北方地區(qū)蘊藏著豐富的咸水資源，卻沒有有效地加以利用，僅黃、淮海平原地區(qū)淺層咸水區(qū)面積就有4.7×104Km2，2～5g/L微咸水資源約5.4×109m3，其分布面積約占淺層咸水區(qū)面積的80%以上，如果能將這部分微咸水資源用于農(nóng)田灌溉，將會提高灌溉保證率，減少農(nóng)業(yè)淡水用量，從而有效地緩解水資源短缺危機。由于南疆地處極端干旱的荒漠區(qū)，淡水資源極度缺乏，但分布著較多的咸水和微咸水資源，傳統(tǒng)觀念認為，咸水和微咸水資源處于劣質(zhì)水資源，是阻礙農(nóng)業(yè)發(fā)展的不利因素之一。但是由于土壤具有一定程度的緩沖作用，作物也具有一定的耐鹽能力[10]，國內(nèi)外大量研究和實踐證明，只要采取適當措施，以可持續(xù)利用為指導準則，采用咸水和微咸水灌溉作物，達到抗旱增產(chǎn)的目的，是完全可能的。與淡水灌溉不同，咸水和微咸水灌溉一方面提供了作物生長所需要的水分，另一方面增加了土壤中的鹽分，容易引起土壤的次生鹽堿化，使耕層土壤含鹽量或土壤溶液濃度超過作物的耐鹽度，從而影響作物生長和產(chǎn)量?；谖⑾趟喔葘ψ魑锏纳L存在利與弊兩方面，本文就此問題之一，采取不同礦化度的微咸水對棗樹滴灌，觀察棗樹對氮素的吸收情況，并作分析評價。國內(nèi)外利用微咸水灌溉發(fā)展已有幾十年的歷史，美國鹽漬土實驗室在灌溉水質(zhì)、作物耐鹽、作物生長、鹽漬度以及鹽分的控制等方面進行了大量的研究工作。日本在灌溉用水不足的地方引用含鹽度0.7%～20%的鹽堿水灌溉，突尼斯在1962年成立了咸水灌溉研究中心，其研究結果表明，合理的灌溉和管理條件下作物可以獲得高產(chǎn)，在微咸水灌溉四年后，土壤化學組成和含量基本穩(wěn)定，可用礦化度2.0～5.0g/L的咸水灌溉海棗、高粱、大麥、苜蓿、黑麥草等作物，甚至用礦化度為4.5～5.5g/L的地下咸水灌溉小麥、玉米等谷類作物均取得成功，而且在撒哈拉沙漠排水和灌水技術條件方便的地區(qū)用礦化度1.2～6.2g/L的地下水灌溉玉米、小麥、棉花、蔬菜等作物也達到良好的效果。意大利用礦化度2.0～5.0g/L的咸水灌溉已有20多年，一些地區(qū)長期利用微咸水進行灌溉，農(nóng)田土壤未發(fā)生長期的積鹽現(xiàn)象。中亞、阿拉伯在有良好排水和淋洗條件的沙壤土上，利用礦化度3.0～8.0g/L的咸水灌溉。埃及是一個極端干旱國家，特別是在沒有淡水資源NorthernDelta地區(qū)，成功利用微咸水灌溉長達300多年，土壤質(zhì)地從沙土到粘土，種植作物包括水稻、小麥、甜菜和棉花等[11]～[15]。2.3氮素概況氮素是作物生長所必需的大量營養(yǎng)之一[16]，也是旱地土壤最為缺乏的營養(yǎng)元素[17]。土壤中氮素的豐缺及供給狀況直接影響著農(nóng)作物的生長水平[18]。為提高土壤的氮素水平，人們在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用大量的氮素化肥。目前，我國已成為世界上氮肥用量最多的國家之一[19]～[20]。單位面積的施用量也高于世界平均水平。然而，由于施肥方法或農(nóng)業(yè)管理措施不當，導致氮素損失加劇[21]，嚴重影響了氮肥利用率，我國氮肥利用率僅為30%～50%[22]。研究表明，農(nóng)田中氮素損失的途徑主要包括:氨的揮發(fā)、反硝化脫氮、氨的固定、徑流沖刷和硝態(tài)氮的淋失等。其中，硝態(tài)氮的淋失是損失的重要方面[23]，淋失量可達5%～41.9%[24]，早在1905年，英國科學家RobertWarrington[25]就指出土壤中硝態(tài)氮的淋失是導致土壤肥力降低的重要因子。氮素損失一方面使肥料的生產(chǎn)效益大為降低，另一方面還造成了難以治理的環(huán)境污染問題，近幾十年來的監(jiān)測結果顯示，地下水硝酸鹽的濃度正在逐年增加。例如，在英國1970年間地下水硝酸鹽的濃度約為11.30mg/L，1980年約為90mg/L，到1987年達142mg/L。在美國、加拿大、日本、德國也有類似的報道。我國地下水硝酸鹽的污染水平也呈增長趨勢，已有的研究表明，我國黃淮海及長江三角洲地區(qū)地下水硝酸鹽污染已比較嚴重，由硝酸鹽等引起的地下水污染是隱蔽漸進和代價高昂的，也已引起了聯(lián)合國和發(fā)達國家的普遍重視。對于氮素污染問題的研究，已在國際上引起廣泛重視，氮素在土壤中的運移及轉(zhuǎn)化行為，也已成為國內(nèi)外環(huán)境科學和土壤科學研究的熱點問題。2.4國外氮素運移、轉(zhuǎn)化規(guī)律研究現(xiàn)狀對氮素運移、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究是隨著土壤溶質(zhì)運移理論研究的不斷深入而發(fā)展起來的，國外對土壤溶質(zhì)運移問題的研究，已有50年的歷史。20世紀50年代初，Lapidus和Amundson提出了一個類似于對流彌散方程(CDE)的模擬模型，從此揭開了溶質(zhì)運移研究的序幕。隨后，為了搞清溶質(zhì)運移的客觀規(guī)律，國外學者開展了大量的室內(nèi)外試驗。如美國的Jury教授(1971)在砂土中拌鹽用灌水入滲淋溶試驗觀測溶質(zhì)在均質(zhì)土壤中的遷移規(guī)律;澳大利亞的Ross(1971)在室內(nèi)一維土柱上進行了溶質(zhì)運移的試驗研究，并測了穿透曲線;美國的VanGenuchten教授，在進行了一系列室內(nèi)土柱試驗后，系統(tǒng)地論述了室內(nèi)土柱試驗的初邊值條件等問題;Bevel和Germane(1982)對土壤中的優(yōu)勢流進行了研究，結果表明，優(yōu)勢流是土壤中普遍存在的現(xiàn)象，他的存在降低了水和養(yǎng)分的可利用性，同時，由于它同土壤基質(zhì)接觸面積小，使得許多污染物來不及降解就開始向下運移，從而增加地下水污染;美國的Ellsworth(1996)在露天試驗場進行了2m×2m的微區(qū)試驗，研究了硝態(tài)氮隨水流在非飽和土壤中的運移規(guī)律等。國外對土壤N03-—N淋失已進行了較長時間的研究，在土壤硝化作用、N03-—N淋失條件、N03-—N移動力學與數(shù)學模型以及N03-—N淋失的防治和對策等方面都進行了系統(tǒng)的研究。為了定量描述溶質(zhì)運移規(guī)律，國外許多學者提出了溶質(zhì)運移的定量計算模型，總體上可分為確定性模型和隨機模型。早期的研究多采用以CDE為控制方程的確定性模型來模擬土壤中的溶質(zhì)運移，且取得了不少成果(如Warrick等，1971;Bresler，1973;Tarry，1988)。對于CDE求解的關鍵參數(shù)的確定，國外學者也提出了各自的方法，如美國的Wagner(1986)提出了溶質(zhì)運移參數(shù)的估計方法，以色列Bresler(1987)提出用極大擬然法進行溶質(zhì)運移參數(shù)估計，日本的Yamaguchi(1989)提出用穿透曲線估計水動力彌散系數(shù)的方法等。后來，隨著隨機理論的發(fā)展，開始用隨機過程的方程來研究溶質(zhì)運移的數(shù)量特征，Jury(1982)提出了模擬非飽和土體溶質(zhì)運移過程的隨機傳遞函數(shù)模型(transferfunctionmodel，TFM)，該模型對土壤溶質(zhì)運移的機理沒有任何限制，通過研究溶質(zhì)從土壤表面運移到土壤某一深度所需時間的概率分布，來推求溶質(zhì)平均濃度與時間和土壤深度的關系，并以此來模擬溶質(zhì)在土壤中的運移。對TFM進行簡化，提出采用研究入滲條件下土壤鹽分的對流運移的傳遞函數(shù)修正模型。此外，研究土壤中溶質(zhì)運移的隨機方法還采用蒙特卡洛方法，譜分析法，矩分析法等。2.5國內(nèi)氮素運移、轉(zhuǎn)化機理研究現(xiàn)狀國內(nèi)有關氮素運移、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究開始于20世紀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示蹤、盆栽法及微區(qū)法研究了固體氮肥施入旱田的去向。近年來，注意到國外溶質(zhì)運移研究的動向，國內(nèi)土壤物理學者及農(nóng)學者開展了一些室內(nèi)、室外的溶質(zhì)運移試驗研究。葉自桐、黃康樂(1987)分別對飽和非飽和土壤溶質(zhì)運移進行了試驗研究及數(shù)值模擬;武曉峰等(1996)對冬小麥田間根層氮素遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律進行了研究;馮紹元等(1996)較系統(tǒng)地綜述了農(nóng)田氮素的轉(zhuǎn)化與損失及其對水環(huán)境的影響等。此外，隨著節(jié)水灌溉的普及，國內(nèi)學者對節(jié)水灌溉條件下氮素運移規(guī)律進行了研究。馮紹元等(1997)研究表明，噴灌條件下不同深度土層中硝態(tài)氮含量與施肥量呈正相關關系，但與灌水量的相關關系不明顯。武曉峰等(1998)的研究也得出了以上結論。李久生等(2000)利用室內(nèi)試驗，對滴灌點源施肥灌溉條件下硝態(tài)氮和氨態(tài)氮的分布規(guī)律進行了研究，研究結果表明，硝態(tài)氮在距滴頭一定范圍內(nèi)呈均勻分布，在濕潤邊界上硝態(tài)氮產(chǎn)生累積。王康、沈榮開(2002)對節(jié)水條件下氮素的環(huán)境影響效應進行了研究，建立了節(jié)水條件下土壤氮素損失和環(huán)境評價概念型模型。對土壤氮素、特別是硝態(tài)氮淋失的研究表明，土壤氮素的淋失量與土壤質(zhì)地、耕作方式、氮肥類型、作物種類、生長密度、降雨以及地下水位都有很大的關系。劉春增等(1994)、李曉欣(1997)分別針對不同施肥處理對土壤中硝態(tài)氮累積的影響進行了研究。結果表明，長期大量且單一施用氮肥是導致土壤中N03-—N累積的重要原因。余貴芬(1997)利用滲漏池研究了在旱作小麥生育期內(nèi)氮肥品種、用量對不同紫色土中N03-—N的移動和淋洗的影響。郭勝利等(1998)對黃土高原溝壑區(qū)不同施肥條件下土壤剖面中礦質(zhì)氮的分布特征進行了研究，結果表明，長期不同施肥處理N03-—N含量和分布保持相對穩(wěn)定，但對N03-—N含量分布影響顯著。李世清等(1998年)利用滲漏池法對降水、施肥量、氮肥品種、土層深度、休閑等對硝態(tài)氮淋失的影響進行了研究。陳清等(2000)研究了水分和氮素供應對露地秋菠菜的N03-—N累積的影響。趙允格等(2000)對不同施肥方法N03-—N的遷移深度進行了研究。郭大應等(2001)對灌溉土壤硝態(tài)氮運移與土壤濕度的關系進行了研究，結果表明灌溉土壤硝態(tài)氮的運移與土壤濕度有良好的相關關系。王少平等(2002)利用滲漏池對上海青紫泥土壤氮素淋溶及其對水環(huán)境影響進行了研究。但目前很少見到國內(nèi)有關微咸水滴灌氮素運移方面的研究報道，因此，此論文對開展微咸水滴灌下氮素運移研究具有重要的理論價值和生產(chǎn)實際意義。3.試驗區(qū)概況試驗區(qū)位于塔克拉瑪干沙漠南緣，地理位置為東經(jīng)，北緯，屬大陸性暖溫帶、極端干旱荒漠性氣候，干旱少雨，蒸發(fā)強烈，年均降水量40.1mm-82.5mm，年均蒸發(fā)量1976.6mm～2558.9mm，年均氣溫10.8℃，適宜棉花、瓜果種植。試驗區(qū)土壤為典型的荒漠土，有機質(zhì)含量較高，土壤透氣性好。4.試驗材料與方法4.1灌溉處理設置試驗材料選擇當?shù)丶t棗的優(yōu)勢品種、已具有兩年樹齡的天山駿棗為研究對象。試驗地土壤屬于典型的荒漠土，土壤相關參數(shù)見表4-1。灌溉水源取自試驗區(qū)的淺層地下水，并根據(jù)試驗需要配制成不同礦化度的灌溉水，具體見表4-2。根據(jù)不同咸淡配合比，共設置了6個灌溉處理，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），微咸水灌水定額設為6L/株。選取12棵長勢一致的紅棗，種植株行距為1.5m×2.0m，并從1至12依次編號，具體見圖4-1。圖4-1棗樹布置及不同配水分布圖表4-1土壤相關參數(shù)表田間

持水率%土壤容重

g/cm3初始堿解氮含量

mg.kg-1PH值電導率土壤鹽分

g/L281.4925.329.610.430.44表4-2樹布置安排及不同配水礦化度咸淡比

項目全淡全咸1：12：13：14：1試驗編號1、2號3、4號5、6號7、8號9、10號11、12號礦化度(g/L）1.094.652.863.763.984.26灌水定額(L/株)6666664.2土壤氮素的測定采用堿解擴散法[26]，基本原理：在擴散皿中，用1.0mol.L-1NaOH水解土壤，使易水解態(tài)氮（潛在有效氮）堿解轉(zhuǎn)化為NH3，NH3擴散后為H3BO3所吸收。H3BO3吸收液中的NH3再用標準酸滴定，由此計算土壤中堿解氮的含量。4.3土樣采集方法當研究果樹根區(qū)堿解氮的空間運移變化時，在距離棗樹滴灌點處的水平、垂直方向上分別取樣測定氮素含量。水平土壤取樣間距為10cm、20cm、30cm，垂直土壤取樣間距為10cm、20cm、40cm、60cm、80cm，具體見圖4-2。圖4-2棗樹滴灌及取樣點設置示意圖4.4土壤濕潤體測定在長寬高為60cm×60cm×60cm的測坑內(nèi)，開展了6L滴灌水量的土壤濕潤體試驗，經(jīng)測定濕潤體高度為36cm，上部直徑為47cm，下部直徑為32cm，并計算出濕潤體的影響半徑為20cm。4.5試驗數(shù)據(jù)分析在不同礦化度的微咸水滴灌條件下，為了便于分析土壤中堿解氮的空間分布特征，運用MATLAB軟件，進行程序設計，建立空間模型，立體表現(xiàn)堿解氮在空間運移上的變化情況。同時，引入堿解氮含量的平均值、方差、標準差和變異系數(shù)等統(tǒng)計特征值，分析堿解氮在土壤中的垂直剖面分布特征以及棗樹對堿解氮吸收的穩(wěn)定性和根系受到的鹽分脅迫程度，并進行多項式擬合，找出不同咸淡配比灌溉后堿解氮分布與影響因素的相關性。在研究不同咸淡配比微咸水對堿解氮的影響時，引入了土壤堿解氮平均值X（r，t）（r表示礦化度）、土壤堿解氮變化量△X（r，t）、土壤堿解氮轉(zhuǎn)化率△Xi（r，t）與運移轉(zhuǎn)化時間t的關系。土壤堿解氮變化量是指滴灌平衡24小時后土壤中堿解氮的平均值與運移轉(zhuǎn)化時間時土壤堿解氮平均值之差，即△X（r，t）=X（r，t0）－X（r，t）。土壤堿解氮變化率是指土壤堿解氮的變化量與轉(zhuǎn)化時間之比，即△Xi（r，t）=△X（r，t）/t。通過數(shù)據(jù)分析，可得出非線性回歸方程，即：X（r，t）=A＋B×r＋C×tX—變量值，r—礦化度，t—試驗開始時的運移轉(zhuǎn)化時間間隔，A、B、C—擬合系數(shù)(可利用最小二乘法求解)。最后對回歸方程進行誤差分析和模型驗證。5.結果與分析5.1果樹根區(qū)土壤堿解氮的空間運移變化圖5-1至5-6分別反映不同咸淡配比（礦化度不同）下，堿解氮的空間運移情況，左圖表示土壤中氮素在水平和豎直方向上的運移變化，右圖表示堿解氮空間運移的投影變化趨勢，其中凸凹型，分別表示堿解氮含量在水平方向上的消長趨勢，斜率則表示下降趨勢的快慢速率。詳細數(shù)據(jù)見附表1。從圖中分析可知：距滴頭越近的地方，土壤中堿解氮的總體含量越高，反之則減小。當用T處理灌溉時（圖5-2的投影變化趨勢圖），在水平方向上，距離滴頭20cm處堿解氮含量比10cm處高，究其原因主要是與灌溉水礦化度和土壤的濕潤體有關，因為高礦化度灌溉水阻滯了果樹根系對堿解氮的吸收利用，在一定程度上影響了土壤膠體與NH4+離子的交換和吸附過程，促使更多的堿解氮隨著土壤水分向低水勢的濕潤體邊緣積聚。由圖5-5、5-6的正投影變化趨勢圖可看出，曲線的斜率在逐漸變小且趨于平緩，而堿解氮的變化量相對穩(wěn)定，說明微咸水礦化度越大，對土壤的固氮效果越明顯，土壤含氮量越高，但棗樹根系對氮素的利用率不高。同時，銨態(tài)氮溶質(zhì)大量聚集在滴頭附近的土壤中，高濃度銨態(tài)氮易受到銨化作用而揮發(fā)損失，對棗樹根系也會產(chǎn)生毒害作用，抑制棗樹的生長發(fā)育，在生產(chǎn)實踐中應引起注意[27]。圖5-1全淡水滴灌下的堿解氮空間運移及其投影變化趨勢圖圖5-2全咸水滴灌下的堿解氮空間運移其投影變化趨勢圖圖5-3咸淡比1:1滴灌下的堿解氮空間運移其投影變化趨勢圖圖5-4咸淡比2:1滴灌下的堿解氮空間運移其投影變化趨勢圖圖5-5咸淡比3:1滴灌下的堿解氮空間運移其投影變化趨勢圖圖5-6咸淡比4:1滴灌下的堿解氮空間運移其投影變化趨勢圖5.2果樹根區(qū)土壤堿解氮的變異性果樹根區(qū)土壤堿解氮的含量及其統(tǒng)計特征值見表5-1。不同礦化度微咸水灌溉后，土壤堿解氮的含量總體保持在29.75mg/kg-104.12mg/kg之間，不同處理的變化幅度差異較大。造成的原因主要是通過施用氮肥提高了果樹根區(qū)土壤堿解氮的含量，同時，由于微咸水灌溉后，抑制了棗樹根系細胞對氮素的吸收所致。但僅憑判斷土壤堿解氮的變化量，尚不能說明不同配比微咸水引起土壤堿解氮變化的真實情況。因此，通過引入變異系數(shù)（Cv）描述土壤堿解氮的變化特性，綜合反映各變量（不同礦化度）引起土壤堿解氮變化的差異性。通過變異系數(shù)Cv值可知，T0處理后，棗樹根區(qū)土壤堿解氮的變異系數(shù)最小，反映出棗樹根系對土壤堿解氮的吸收相對穩(wěn)定。T1（礦化度2.86g/L）、T2（礦化度3.76g/L）和T3（礦化度3.98g/L）處理后，棗樹根區(qū)土壤堿解氮的變異系數(shù)相對較大，反映出隨著礦化度的增大，棗樹根系受到鹽脅迫程度越大，對土壤堿解氮的吸收利用越困難，氮素流失較快。但是，當采用T4（礦化度4.26g/L）、T（礦化度4.65g/L）處理后，棗樹根區(qū)土壤堿解氮的變異系數(shù)卻出現(xiàn)了減小。因此，是否存在當灌溉水礦化度越過臨界值后，隨著礦化度的增加，除了阻滯果樹根系對堿解氮有效利用的同時，會增強土壤的固氮能力，減少氮素流失，這一問題還有待于進一步的研究和證實。表5-1同礦化度滴灌下的堿解氮含量統(tǒng)計特征值不同咸淡配比測定值范圍

（mg/kg)平均值

（mg/kg)方差

(mg/kg)2標準差

(mg/kg)變異系數(shù)

（%）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果樹根區(qū)土壤堿解氮的垂直分布特征不同礦化度的微咸水灌溉后，果樹根區(qū)土壤堿解氮的剖面分布特征見圖5-7至5-11。其數(shù)據(jù)見附表2。通過分析可知：土壤堿解氮在整個剖面上的總體分布趨勢為自上而下逐漸遞減，消長趨勢大體相似。T0處理后土壤堿解氮在果樹根區(qū)整個剖面中的分布最穩(wěn)定，其值保持在50.75mg/kg～66.50mg/kg，變化幅度不大。T1處理后土壤堿解氮呈“S”型分布，累積峰值出現(xiàn)在20cm處，其值為104.13mg/kg。T2處理后土壤堿解氮呈“V”型分布，最小值出現(xiàn)在40cm處，其值為42.88mg/kg。T3處理后土壤堿解氮大致呈斜“一”型分布，其變異性在6個處理中最大，反映出棗樹對氮素的吸收不穩(wěn)定，同時造成土壤氮素的淋失。T4處理后土壤堿解氮呈“W”型分布，累積峰值出現(xiàn)在10cm和40cm處，其值為72.63mg/kg和67.38mg/kg。所以說，隨著灌溉水礦化度的增加，在增強土壤固氮能力的同時，也會導致果樹根系細胞失氮進入土壤，而確定礦化度值對土壤堿解氮影響的研究還有待于進一步的開展。圖5-7全淡水灌溉下堿解氮含量剖面分布特征圖5-8咸淡比1:1灌溉下堿解氮的剖面分布特征圖5-9咸淡比2:1灌溉下堿解氮的剖面分布特征圖5-10咸淡比3:1灌溉下堿解氮的剖面分布特征圖5-11咸淡比4:1灌溉下堿解氮的剖面分布特征5.4不同咸淡配比（礦化度）對堿解氮的影響從圖5-12至5-14可知：在堿解氮運移轉(zhuǎn)化的相同時刻，隨著礦化度的增加，土壤堿解氮的含量越高，變化量最小，轉(zhuǎn)化率也越小，上述已進行了相關因果分析，這里不再贅述。從土壤堿解氮含量的日變化（圖5-12）可知，由于中午14點植物光合作用劇烈，果樹根系細胞物質(zhì)交換頻繁，對水分、養(yǎng)分的需求強烈，土壤中堿解氮隨水分向果樹根區(qū)運移，堿解氮的含量達到了最大值。14點后，土壤中堿解氮逐漸硝化成硝態(tài)氮而減少，但總量還保持在一個相對較高的水平。同時，從圖5-12不難看出，土壤中堿解氮的含量始終在初始值之上，說明堿解氮在土壤中流失較慢，從而能較長時間保存在土壤中，供給棗樹利用。詳細數(shù)據(jù)，見附表3。圖5-12土壤堿解氮含量與運移轉(zhuǎn)化時間的關系圖5-13堿解氮變化量與運移轉(zhuǎn)化時間的關系圖5-14土壤堿解氮轉(zhuǎn)化率與運移轉(zhuǎn)化時間的關系經(jīng)過分析可知，在不同礦化度的微咸水滴灌條件下，土壤堿解氮的平均值X（r，t）、變化量△X（r，t）和變化率△Xi（r，t）與運移轉(zhuǎn)化時間t符合非線性函數(shù)變化[28]，可用下式表示：X=A＋B×r＋C×t利用上述非線性規(guī)律，通過回歸分析分別得到：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）—土壤堿解氮含量，mg/kg；△X（r，t）—土壤堿解氮的變化量，mg/kg；△Xi（r，t）—土壤堿解氮的變化率，mg/(kg.t)；X（r，t0）—灌水結束后堿解氮的平均值，mg/kg；r—礦化度，（g/L）；t—試驗開始時的運移轉(zhuǎn)化時間間隔，小時；A、B、C—擬合系數(shù)(可利用最小二乘法求解)。5.4引入回歸誤差定量分析對(1)、(2)、(3)式進行顯著性檢驗。利用MATLAB做已知數(shù)據(jù)點的誤差stem圖，見圖5-15。橫坐標表示10：00、14：00、18：00和20：00等4個時間段的索引，“○”型為因變量的變化幅度，“△”型為對應的回歸誤差。通過顯著性檢驗可知，(1)、(2)、(3)式的定量分析效果較好，可作為不同礦化度微咸水滴灌條件下，土壤堿解氮的平均值、變化量、變化率與運移轉(zhuǎn)化時間的預測模型。圖5-15不同礦化度對堿解氮影響公式誤差的stem圖5.為了驗證模型的準確性，通過隨機抽取試驗實測數(shù)據(jù)，并計算不同礦化度微咸水滴灌條件下的土壤堿解氮的平均值、變化量和變化率值，具體驗證結果見表5-2至5-4。由表5-2可知，當運移轉(zhuǎn)化時間在t=0-4時段內(nèi)，回歸方程（1）的相對誤差基本控制10%以內(nèi)，預測值的可靠性相對較高。然而，當在t＞4時段內(nèi)，回歸方程（1）的相對誤差較大，預測值的準確性較差。表5-2不同礦化度滴灌下土壤堿解氮的平均值與運移轉(zhuǎn)化時間的預測模型驗證表礦化度實測計算值

(mg/kg)預測值

(mg/kg)相對誤差

%實測計算值

(mg/kg)預測值

(mg/kg)相對誤差

%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%礦化度實測計算值

(mg/kg)預測值

(mg/kg)相對誤差

%實測計算值

(mg/kg)預測值

(mg/kg)相對誤差

%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表示試驗開始時的運移轉(zhuǎn)化時間間隔由表5-3可知，當在t=0時段內(nèi)，T0、T1、T2、T3處理，以及在t=4時段內(nèi)，T、T4處理的回歸方程（2）的相對誤差都小于5%較小，其預測值的可靠性較高。當在t=8時段內(nèi)，各處理的相對誤差較大，預測值的準確性較差。當在t=12時段內(nèi)，礦化度T1、T2、T3、T4處理的回歸方程（2）的相對誤差小于5%，其預測值的可靠性也較高。表5-3不同礦化度滴灌下土壤堿解氮的變化值與運移轉(zhuǎn)化時間的預測模型驗證表礦化度實測計算值

(mg/kg)預測值

(mg/kg)相對誤差

%實測計算值

(mg/kg)預測值

(mg/kg)相對誤差

%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%礦化度實測計算值

(mg/kg)預測值

(mg/kg)相對誤差

%實測計算值

(mg/kg)預測值

(mg/kg)相對誤差

%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表示試驗開始時的運移轉(zhuǎn)化時間間隔由表5-4可知，當運移轉(zhuǎn)化時間在t=0-4時段內(nèi)，各處理回歸方程（3）的相對誤差控制在5%以內(nèi)，其預測值的可靠性較高。當在t=8時段內(nèi)，T4處理回歸方程（3）的相對誤差控制在5%以內(nèi)，其預測值的可靠性較高。當在t=12時段內(nèi)，T0、T1、T2、T3、T4處理回歸方程（1）的相對誤差控制在5%以內(nèi)，其預測值的可靠性較高。表5-4不同礦化度滴灌下土壤堿解氮的變化率與運移轉(zhuǎn)化時間的預測模型驗證表礦化度實測計算值

mg.(kg.t)-1預測值

mg.(kg.t)-1相對誤差

%實測計算值

mg.(kg.t)-1預測值

mg.(kg.t)-1相對誤差

%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%礦化度實測計算值

mg.(kg.t)-1預測值

mg.(kg.t)-1相對誤差

%實測計算值

mg.(kg.t)-1預測值

mg.(kg.t)-1相對誤差

%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表示試驗開始時的運移轉(zhuǎn)化時間間隔上述非線性回歸方程（1）、（2）、（3）式反映了不同礦化度微咸水滴灌條件下，灌溉水礦化度、堿解氮的運移轉(zhuǎn)化時間與土壤堿解氮平均含量、變化量以及變化率之間的相互定量關系。由于建立在短系列數(shù)據(jù)上的部分預測值與實測值還存在較大的相對誤差，因此，還需通過后期的試驗數(shù)據(jù)對模型進行修訂，使之更適用生產(chǎn)實踐需要。6.結論與討論1）在不同的微咸水滴灌條件下，對紅棗根區(qū)氮素的空間運移研究，結果表明：離滴頭（或根區(qū)）越近的地方，堿解氮的總體含量越高，離低頭越遠的地方，含氮量隨之減少，致使大部分氮素聚集在滴頭附近一個非常有限的土壤范圍內(nèi)。2）不同礦化度滴灌下的堿解氮含量統(tǒng)計特征值的分析，引入了變異系數(shù)(Cv)，得出咸淡比為3:1（3.98g/L）滴灌時的變異系數(shù)最大，導致棗樹根系細胞受到鹽分的脅迫作用也最大，從而阻礙了對氮素的吸收，但用礦化度4.26g/L至4.65g3）不同礦化度灌溉下堿解氮的剖面分布特征圖，得知：在全淡水（1.09g/L）灌溉下，堿解氮含量隨土壤深度的變化分布最為穩(wěn)定；咸淡比為1:1（2.86g/L）灌溉時，堿解氮含量隨土壤深度的變化呈“S”型變化；咸淡比為2:1（3.76g/L）灌溉，堿解氮含量隨深度呈“V”型變化；咸淡比為3:1（3.98g/L）灌溉時，堿解氮含量隨深度呈斜“一”型變化；咸淡比為4:1（4）對不同咸淡配比（礦化度）對堿解氮的含量、變化量和變化率的影響，繪制變化曲線圖，得出結論：運移轉(zhuǎn)化的同一時刻，用礦化度越大的微咸水滴灌，其土壤中的堿解氮含量越高，土壤中的堿解氮變化量和轉(zhuǎn)化率越小。土壤的礦化度相同時，土壤堿解氮平均值隨運移轉(zhuǎn)化時間先增大后減小，堿解氮的變化量是一種遞增的趨勢，而堿解氮變化率隨運移轉(zhuǎn)化時間延長，呈一種遞減趨勢。5）通過最小二乘法的方法，得出不同咸淡配比（礦化度）對堿解氮的含量、變化量和變化率的回歸計算公式，見公式（1）、公式（2）和公式（3），并利用MATLAB做出stem圖，所得到的回歸誤差小，分析效果較好，經(jīng)本文應用證明有一定的理論和應用價值。參考文獻[1]侯紅雨，龐鴻賓，齊學斌.溫室滴灌條件下氮素轉(zhuǎn)化、運移規(guī)律研究進展[J].灌溉排水.2002，21(2):64～67.[2]黃元仿，李韻珠，陸錦文.田間條件下土壤氮素運移的模擬模型.水利學報[J].1996，(6)[3]袁志發(fā)，周靜芋.試驗設計與分析[M].北京：高等教育出版社，2000:16～17.[4]王衛(wèi)光，王修貴，沈榮開，等.微咸水灌溉研究進展[J].節(jié)水灌溉.2003，（2）：9～12.[5]李生秀，李世清.不同水肥處理對旱地土壤速效氮、磷養(yǎng)分的影響[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1995，13（1）：6～14.[6]孫冬梅，陳學量.黑龍江省土壤有機質(zhì)與全氮、堿解氮的相關分析[J].黑龍江八一農(nóng)墾大學學報，1995，8（2）：57～60.[7]索東讓.土壤氮素養(yǎng)分對土壤供氮能力及氮肥效應的影響[J].磷肥與氮肥，2000，15（6）：66～68.[8]陸引正，楊宏敏.貴州高原黃壤的供氮能力研究[J].西南農(nóng)業(yè)學報，2002，15（2）：82～85.[9]王全九，王文焰，王志榮鹽堿地膜下滴灌技術參數(shù)的確定[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2002(2):95～109.[10]王丹，康躍虎，萬書勤.微咸水滴灌條件下不同鹽分離子在土壤中的分布特征[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2007.23（2）：83～87.[11]郭永杰，崔元玲，呂曉東等.國內(nèi)外微咸水利用現(xiàn)狀及利用途徑[J].甘肅農(nóng)業(yè)科技.2003，（8）.[12]王衛(wèi)光，王修貴，沈榮開，等.微咸水灌溉研究進展[J].節(jié)水灌溉.2003，（2）：9～12.[13]尉寶龍，邢黎明，牛豪震.咸水灌溉試驗研究[J].人民黃河，1997，(9):28～32.[14]趙春林，張彪，郭培成.汾河三壩灌區(qū)淺層咸水利用的試驗研究[J].太原理工大學學報，2000，(5):593～599.[15]張會元.咸水利用可行性分析[J].天津農(nóng)林科技，1994，(3):18～19.[16]趙平，孫谷疇，彭少麟.植物氮素營養(yǎng)的生理生態(tài)學研究.生態(tài)科學，1998，(2);37～42.[17]李袂秧，邵明安.小麥根系對水分和氮肥的生理生態(tài)反應.植物營養(yǎng)與肥料學報，2000，6(4);383～388.[18]王夏暉，劉軍等.不同施肥方式下土壤氮素的運移特征研究.土壤通報，2002，33(3);202～206[19]中國農(nóng)業(yè)年鑒農(nóng)業(yè)編輯委員會.中國農(nóng)業(yè)年鑒，北京:農(nóng)業(yè)出版社，1999.[20]趙允格，邵明安.不同施肥條件下農(nóng)田硝態(tài)氮遷移的試驗研究.農(nóng)業(yè)工程學報，2002，18(4);37～40.[21]汪建飛，刑素芝.農(nóng)田土壤施用化肥的負效應及其防治對策.農(nóng)業(yè)環(huán)境保護1998，17(1);40～43.[22]崔玉亭.化肥與生態(tài)環(huán)境保護.北京:化學工業(yè)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]鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社，2000:56～57.[27]侯紅雨.溫室滴灌條件下氮素轉(zhuǎn)化運移規(guī)律研究.中國農(nóng)業(yè)科技報，2002，6(3).[28]余家林，肖枝洪.多元統(tǒng)計及SAS應用[M].武漢:武漢大學出版社，2008.致謝在論文即將付梓之際，非常感謝導師王興鵬老師三年來對我的關心和指導，王老師淵博的專業(yè)知識、對科學的濃厚興趣和敏捷的思維對我產(chǎn)生了深刻的影響，老師的敬業(yè)精神和嚴謹?shù)目茖W態(tài)度更使我受益匪淺、終生難忘，將是我今后人生道路上不斷前行的動力。在導師的督促和指導下我閱讀了大量相關專業(yè)書籍和文獻，為論文的寫作打下了堅實的基礎。從論文的選題、試驗的開展直到論文的撰寫，每每遇到困難、挫折時，聆聽導師的一番指點，總會頓生“山窮水盡疑無路，柳暗花明又一村”之感。這篇論文是在王老師的悉心指導下完成的，在此向在此，感謝我的親人對我無微不至的關心，使我不斷地茁壯成長。回首這些年來漫漫求學征途，沉淀的生活讓我從青澀變得不再年輕，讓我有失去也有收獲，更讓我相信雨后定會出現(xiàn)彩虹。衷心感謝塔里木大學水利與建筑工程學院的老師們，他們在本論文的寫作過程中給予了我許多有益的指導和無私的幫助。尤其是要感謝王龍老師和李發(fā)勇老師，自加入此課題小組，王龍老師就一直陪伴著我們，當試驗工作比較忙時，他和我們一起工作，一起生活，他的那種博學多才、吃苦耐勞的精神讓我們每一位小組成員都有一種敬佩之情。還要感謝李發(fā)永老師，雖然是在第二年加入我們這個組織的，但他的那種親和力很快使他也融入了這個集體，在論文撰寫期間，他經(jīng)常與我們在一起，給與我們指導，那種認真負責的態(tài)度，是值得我們每個人學習的，他為我們提供大量的資料和文獻，以及指導我們的英文摘要譯文。我還要感謝我們的微機老師—李剛老師，我在論文中所涉及到的MATLAB知識，都是李老師同時也十分感謝課題組的兄弟姐妹們，無比留戀在這個集體里度過的美好時光，過去的日子在心中的某個角落慢慢重溫，聯(lián)系著心中的莫名情感。衷心感謝你們在生活和學習上對我的關心和幫助，祝福一同畢業(yè)的兄弟姐妹—王澤濤、賈國賢、張亞偉、吳學坤、董慶鵬和韋芳在即將開始的工作里一切順利，另外還要感謝我們的研究生—嚴曉燕，雖然他是我們的師姐，但是與我們相處一年的時光里，共同患難，生活、學習上給與了我很大的幫助，其間的點點滴滴將永存心間。最后感謝水利10-2班所有的兄弟姐妹們和你們在一起的日子真開心懷念，那些猝不及防的感動，無比悸動的青春和塔里木大學的花開花落為一起擁有的那些歲月和不老的歡樂而癡狂。今天我把這些快樂和美好收拾起來，銘記在心里，在論文的最后說出這份真摯的感謝。四年是短暫的，記憶是永恒的最后，衷心祝愿我親愛的朋友們事事順心，天天開心工作。附表1不同礦化度灌溉下堿解氮的空間觀測值水水平堿解氮值垂直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