華北平原農(nóng)田裂縫對(duì)硝態(tài)氮淋溶的影響*

阿力曼，張 杰，曾 輝，丁天宇，羅志英，2，李麗麗，胡克林，劉 剛**

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 北京 100193； 2.中山火炬高技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)農(nóng)業(yè)服務(wù)中心 中山 528436；3.清華大學(xué) 北京 100084)

由于土壤水分蒸發(fā)而導(dǎo)致的土壤干縮開裂，普遍存在于自然界中。失水導(dǎo)致的土壤干縮開裂，對(duì)土壤學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生態(tài)科學(xué)等相關(guān)研究具有重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。首先，裂縫的存在會(huì)導(dǎo)致垂向宏觀大裂隙的存在，并繼而誘發(fā)優(yōu)先流[1]，造成地表污染物隨水分快速地進(jìn)入地下水[2]，并繼而污染地下含水層。此外，大量存在的裂隙還會(huì)加快包氣帶水分和溶質(zhì)向深層遷移，這會(huì)降低農(nóng)業(yè)灌溉用水以及肥料的利用效率[3-5]。

我國(guó)農(nóng)田存在氮肥利用率低，氮肥損失嚴(yán)重等問題，大量的氮肥隨著土壤水分向下運(yùn)移。而通過優(yōu)先流途徑的土壤水分和溶質(zhì)更容易運(yùn)移到土體深層，增加了污染物向下遷移的幾率，從而造成土體和地下水污染。由土壤開裂造成的裂隙流是優(yōu)先流的一種[6]，開展有關(guān)土壤干縮開裂過程的研究，有助于了解土壤開裂過程的主要影響因素，并促進(jìn)對(duì)開裂過程的預(yù)測(cè)與控制[7-9]。目前，針對(duì)土壤裂縫引發(fā)的優(yōu)先流，及其對(duì)水分和溶質(zhì)乃至農(nóng)田氮磷等養(yǎng)分向深層的淋洗和遷移規(guī)律被絕大多數(shù)研究者忽略。因此研究?jī)?yōu)先流存在對(duì)于農(nóng)田土壤的溶質(zhì)運(yùn)移具有重要的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。為了定量化研究裂縫及其優(yōu)先流對(duì)土壤水分和溶質(zhì)及養(yǎng)分遷移的影響，需要提取裂縫三維結(jié)構(gòu)形態(tài)。目前，對(duì)于野外裂縫形態(tài)的提取，有沙子填充、乳膠灌注、CT 掃描等方法。Dasog 等[10]利用沙子填充法，測(cè)量開裂裂縫的體積，并用鋼絲和麻繩測(cè)量寬度和深度等特征，該方法測(cè)量精度較低，并且繁瑣； Abou 等[11]利用乳膠灌注開裂的土體，乳膠凝固后將其挖出，獲得裂隙的三維結(jié)構(gòu)。該方法由于乳膠容易變形，不能準(zhǔn)確反映裂縫三維形態(tài)，且乳膠易黏附土壤顆粒等雜質(zhì)，造成失真。Zhang 等[12]利用CT 掃描方法測(cè)定裂隙的三維結(jié)構(gòu)，但該方法不適合提取大尺寸樣品(通常樣品尺寸不足10 cm 直徑)且測(cè)試分析昂貴。此外，Peng等[2]利用圖像處理技術(shù)研究土壤裂縫收縮。由于石蠟具有易凝固成型，可以填充土壤細(xì)小裂縫、附著力小于乳膠、具有一定的硬度不易變形的特點(diǎn)，本研究選用石蠟，通過將其熔化后灌入土壤裂縫中來提取裂縫空間結(jié)構(gòu)。

在獲取土壤裂隙的形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)后，借助軟件模擬[13]，即可定量化研究土壤裂隙誘發(fā)的優(yōu)先流對(duì)農(nóng)田水氮運(yùn)移的影響。目前模擬氮淋失的模型主要有 LEACHM (Leaching Estimation and Chemistry Model)[14]、SWAT (Soil Water Assessment Tool)[15]和RZWQM (Root Zone Water Quality Model)模型[16]等。LEACHM 由康奈爾大學(xué)開發(fā)，主要描述土壤中水分、氮素及農(nóng)藥等污染物的遷移轉(zhuǎn)化； SWAT 模型是利用自由水中硝酸鹽的濃度差來獲取地表徑流和側(cè)向流中損失的硝酸鹽，主要用SCS 徑流曲線數(shù)法和Green-Ampt 下滲法； RZWQM 模型是由美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)系統(tǒng)研究所(USDA-ARS，Great Plain System Research Unit)于1992年推出的農(nóng)業(yè)系統(tǒng)作物和環(huán)境管理模型，綜合考慮了作物根區(qū)所有對(duì)作物生長(zhǎng)的物理、生物和化學(xué)過程的影響。以上模型雖然在國(guó)內(nèi)外獲得良好的應(yīng)用，但它們?nèi)匀粵]有考慮到土壤中裂隙對(duì)氮淋失的影響?，F(xiàn)有裂隙優(yōu)先流模型大多數(shù)是基于理想化裂縫假設(shè)，把裂縫近似為楔狀體。例如，Hoogmoed 等[17]模擬含有裂隙的土壤的入滲情況，它能較好地預(yù)測(cè)表層土壤的垂直入滲，但對(duì)于裂縫對(duì)水分入滲的貢獻(xiàn)仍不明朗。Janssen 等[18]提出PADDY-FLUX 模型來評(píng)估稻田中裂隙變化對(duì)于水分滲漏的影響，但未能量化土體中裂縫存在對(duì)于溶質(zhì)運(yùn)移的影響。WHCNS (Soil Water Heat Carbon and Nitrogen Simulation)是梁浩等[19]在已有土壤-作物系統(tǒng)模擬的基礎(chǔ)上，構(gòu)建的適用于分析農(nóng)田土壤水氮運(yùn)移、作物生長(zhǎng)的模型，模擬人工排水農(nóng)田的地下排水和氮損失，表明地下排水和氮損失總量的模擬效果較好。Liang 等[20]應(yīng)用該模型對(duì)中國(guó)西北綠洲地區(qū)不同水肥管理模式的灌溉制度進(jìn)行了優(yōu)化；Wang 等[21]利用該模型成功模擬了北京地區(qū)冬小麥(Triticum aestivum)和夏玉米(Zea mays)輪作系統(tǒng)的水氮運(yùn)移過程； Li 等[22]應(yīng)用WHCNS 模型對(duì)華北平原小麥-玉米典型輪作區(qū)的不同水肥與栽培管理組合模式進(jìn)行了校驗(yàn)和評(píng)估。此外，WHCNS 模型在設(shè)施菜地上也有較好的應(yīng)用[23]。因此，本研究通過WHCNS 模型結(jié)合野外裂縫三維形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)，來量化由于土壤裂隙存在而引起的農(nóng)田土壤中水分和硝態(tài)氮的變化。

本研究擬從田間土壤開裂的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)出發(fā)，提取華北農(nóng)田裂縫三維幾何結(jié)構(gòu)形態(tài)特征參數(shù)； 通過WHCNS 模型結(jié)合野外裂縫三維形態(tài)結(jié)構(gòu)參數(shù)，量化由于土壤裂隙存在而引起的農(nóng)田土壤中水分和硝態(tài)氮的變化，分析裂縫、施肥方式、灌溉方式以及強(qiáng)降雨對(duì)農(nóng)田氮素運(yùn)移的影響，為農(nóng)田水肥的高效管理提供理論依據(jù)，并進(jìn)一步減少肥料的浪費(fèi)以及地下水的污染。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和土壤樣品

室外試驗(yàn)地點(diǎn)選在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)上莊實(shí)驗(yàn)站。該實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)位于北京市海淀區(qū)，屬于溫帶大陸性氣候，年降水量650 mm，土壤以潮土為主。土壤礦物經(jīng)X 射線衍射儀測(cè)定，發(fā)現(xiàn)主要成分為石英與長(zhǎng)石(表1)。經(jīng)中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所液塑限分析儀(GYS-2 型)測(cè)試得到： 土壤的液限為0.75 g·g?1，塑限為0.44 g·g?1(本文中使用的含水量均為質(zhì)量含水量)。利用激光粒徑儀(馬爾文2000 激光粒度儀)測(cè)試土壤樣品粒徑大小分布(PSD)，其砂粒、粉粒和黏粒(美國(guó)制)含量分別為78.49%、19.15%和2.35%。

表1 試驗(yàn)地土壤X 射線衍射儀測(cè)定的礦物組成Table 1 Soil mineral composition of the experimental field determined by X-ray diffractometer %

本研究于2019年8—10月在上莊實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行自然條件下的土壤開裂試驗(yàn)。試驗(yàn)地由4 個(gè)5 m×1.2 m的地塊構(gòu)成，每個(gè)地塊劃分成4 個(gè)1 m×1 m 的小區(qū)域用于拍攝。其中一個(gè)5 m×1.2 m 地塊用于裂縫發(fā)育動(dòng)力學(xué)特性研究。其他3 塊地用于原位提取裂縫三維結(jié)構(gòu)。用相機(jī)記錄裂縫瞬態(tài)發(fā)育過程，為了消除后期圖像畸變，在拍攝前對(duì)每個(gè)拍攝區(qū)域的4 個(gè)角用白色塑料棒標(biāo)記。為了消除樹葉、廢塑料、作物秸稈、石子等雜質(zhì)對(duì)裂縫發(fā)育的影響，將整個(gè)區(qū)域30 cm 厚的土壤過10 mm 的篩以去除雜質(zhì)。

試驗(yàn)田去除雜質(zhì)并平整之后注水，注水時(shí)間為3 h，保證注水結(jié)束后地表殘留15 cm 左右深的積水，以保證地表以下50 cm 土層完全飽和。然后啟動(dòng)單反相機(jī)(600D，佳能)拍攝，拍攝高度為140 cm，并設(shè)置拍攝間隔為1 h。

1.2 圖像處理

由于視角的原因，相機(jī)在拍攝過程中容易導(dǎo)致圖像畸變失真以及攝入不相關(guān)的背景雜散元素。因此，對(duì)拍攝好的照片進(jìn)行后處理，消除幾何變形。如圖1A 所示，本文統(tǒng)一截取1 m×1 m 的區(qū)域作為研究對(duì)象，借助專業(yè)圖像處理軟件Adobe Photoshop CS6中的透視裁剪功能對(duì)開裂圖片區(qū)域進(jìn)行裁剪、變形消除，最終圖像處理效果如圖1B 所示。

由于拍照時(shí)不可避免地出現(xiàn)土壤表面反光及明暗陰影的干擾，圖片需經(jīng)過濾波、平滑、二值化處理才能用于進(jìn)一步的分析。本文采用開源圖像處理軟件Image J 對(duì)幾何校正后的圖片進(jìn)行二值化處理、平滑去噪等處理，得到了清晰且信噪比高的二值化圖像(圖1C)。利用Python 程序中自帶的morphology子模塊中的Skeletonize 函數(shù)對(duì)土壤裂縫的骨架進(jìn)行提取，骨架提取后將圖像中的像素個(gè)數(shù)經(jīng)尺度換算即得到裂縫長(zhǎng)度。圖像處理過程如圖1 所示。

1.3 裂縫發(fā)育形態(tài)特征的提取

為保證三維裂縫完整、不變形，選用石蠟開展野外試驗(yàn)。將石蠟熔化后，灌入注水后72 h 的干縮開裂土壤的裂縫中，冷卻定型后，選擇原始裂縫邊長(zhǎng)為1 m 區(qū)域，采取破壞性取樣方式將石蠟取出，沖洗表面雜質(zhì)，得到土壤裂縫形態(tài)。本研究利用三維激光掃描儀(天遠(yuǎn)三維掃描儀OKIO-5M)對(duì)取出的石蠟進(jìn)行三面掃描、處理、合并后，得到土壤裂縫的三維形態(tài)。

1.4 WHCNS 模型模擬農(nóng)田裂縫對(duì)水氮運(yùn)移的影響

使用WHCNS 模型，以天為時(shí)間步長(zhǎng)，對(duì)水分分布和入滲過程分別采用 Green-Ampt 模型以及Richard’s 方程量化。WHCNS 模型中的氮素運(yùn)移模擬，選用對(duì)流-彌散方程，并考慮了礦化、揮發(fā)、硝化、反硝化、吸收等源匯項(xiàng)。有關(guān)WHCNS 模型詳細(xì)的參數(shù)校驗(yàn)、模型參數(shù)輸入等細(xì)節(jié)參考 Liang等[20]。本研究利用校驗(yàn)后的WHCNS 模型模擬了2014年10月—2016年10月期間玉米-小麥輪作的農(nóng)田表層有無裂隙情況下土壤水分和溶質(zhì)運(yùn)移的情況。試驗(yàn)地土壤物理性質(zhì)和水力學(xué)參數(shù)如表2 所示，其中的土壤大孔隙度，來自于三維激光掃描儀提取的裂隙等價(jià)孔隙度。表層0～10 cm 土層存在裂隙時(shí)，其飽和導(dǎo)水率與Cook[24]在2003年提出的介于裂隙之間的飽和導(dǎo)水率的計(jì)算方法一致。

表2 WHCNS 模型中土壤水力學(xué)性質(zhì)參數(shù)Table 2 Parameters of soil hydraulics in WHCNS model

2 結(jié)果與討論

2.1 土壤干縮裂縫三維形態(tài)特征

野外提取土壤三維裂縫形態(tài)如圖2 所示。裂縫表面沒有呈現(xiàn)明顯的等水勢(shì)線及羽狀發(fā)育的輪廓線，裂縫發(fā)育尖端的形態(tài)趨于復(fù)雜化與無序化。利用軟件Geomagic DesignX 測(cè)量裂縫的發(fā)育的深度、表面寬度及橫截面積，并利用Origin 處理數(shù)據(jù)。對(duì)所有提取的三維裂縫幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)的分析顯示： 地表處裂縫寬度的最大值為7.19 mm，最小值為3.77 mm，平均值為5.72 mm； 裂縫深度是所得到裂縫在地面以下所能發(fā)育的最大值，最大值為101.50 mm，最小深度為76.20 mm，平均值為90.60 mm，其中深度為8～10 cm 的裂縫占絕大部分。通過統(tǒng)計(jì)照片中裂縫開裂長(zhǎng)度數(shù)據(jù)，得到每平方米內(nèi)的平均裂隙長(zhǎng)度為4.58 m。

2.2 WHCNS 模型模擬土壤裂縫、施肥方式、灌溉方式以及降雨強(qiáng)度對(duì)硝態(tài)氮淋洗量的影響

利用WHCNS 模型模擬了2014—2016年的農(nóng)田生長(zhǎng)數(shù)據(jù)，農(nóng)田種植制度為冬小麥和夏玉米輪作。分別設(shè)置了有裂縫與無裂縫、傳統(tǒng)施肥與優(yōu)化施肥、噴灌與漫灌以及強(qiáng)降雨與正常降雨的4 個(gè)對(duì)比情景進(jìn)行模擬，具體模擬設(shè)置如表3 所示。其中裂縫對(duì)比設(shè)置分為傳統(tǒng)施肥條件下的模擬1 和2 以及優(yōu)化施肥條件下的模擬3 和4； 施肥模式對(duì)比設(shè)置了裂縫存在條件下的模擬1 和3 以及無裂縫條件下的模擬2 和4，傳統(tǒng)施肥和優(yōu)化施肥量分別為560 kg·hm?2和380 kg·hm?2； 同時(shí)模擬1 和5 為灌溉模式對(duì)比，模擬中設(shè)置漫灌次數(shù)為4 次，每次漫灌水量為135 mm，噴灌次數(shù)為8 次，噴灌水量為45 mm； 模擬1 和6為降雨對(duì)比，其中正常年降水量為635 mm，強(qiáng)降雨分別在6、7、8月份設(shè)置了3 次強(qiáng)降雨，每次降水量為250 mm。

表3 WHCNS 模型模擬設(shè)置以及硝態(tài)氮淋洗量Table 3 WHCNS model simulation setting and nitrate leaching volume

2.2.1 施肥方式以及裂縫的存在對(duì)硝態(tài)氮淋溶的影響

圖3a 為模擬期間降水隨時(shí)間的變化情況以及灌溉和施肥的對(duì)應(yīng)時(shí)間刻度(因?yàn)閮?yōu)化和傳統(tǒng)施肥量不同，故此處僅對(duì)應(yīng)施肥時(shí)刻，無施肥量設(shè)置)。圖3b 和3d 顯示了存在裂縫和無裂縫情況下，傳統(tǒng)施肥土壤剖面硝態(tài)氮含量隨時(shí)間的變化情況，結(jié)果顯示裂縫的存在加速了硝態(tài)氮的淋洗，導(dǎo)致土壤剖面的硝態(tài)氮含量整體下降，年平均淋洗量較無裂縫情況下增加116.91 kg·hm?2。圖3c 和3e 顯示了存在裂縫和無裂縫情況下，優(yōu)化施肥處理土壤剖面硝態(tài)氮含量隨時(shí)間的變化情況，裂縫的存在同樣也加速了硝態(tài)氮的淋洗，年平均淋洗量較無裂縫存在情況下增加142.88 kg·hm?2。由此可見裂縫的存在可明顯增加硝態(tài)氮的淋洗，對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。

土壤硝態(tài)氮含量同時(shí)也受施肥、土壤質(zhì)地和溫度等因素的影響[25]。對(duì)比圖3b 和3c 可見，在裂縫的存在下，傳統(tǒng)施肥造成土壤剖面的硝態(tài)氮含量比優(yōu)化施肥條件下的低，二者硝態(tài)氮的年均淋洗量有39.33 kg·hm?2的差異； 在無裂縫存在的條件下，傳統(tǒng)施肥的硝態(tài)氮年均淋洗量仍然比優(yōu)化施肥多64.31 kg·hm?2。由此可見，優(yōu)化田間施肥量對(duì)減少氮素淋失具有重要意義。

2.2.2 灌溉方式對(duì)硝態(tài)氮淋溶的影響

噴灌的水分利用率一般可達(dá)90%以上，相比于漫灌省水高達(dá)30%～50%，在透水性強(qiáng)的砂質(zhì)土可省水高達(dá)70%[26]。因此，在灌溉方式的模擬中，根據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的灌溉習(xí)慣和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，設(shè)置每年漫灌4次，漫灌量為135 mm； 噴灌次數(shù)設(shè)置為8 次，噴灌水量為45 mm。圖4b 和4c 分別為漫灌和噴灌條件下土壤剖面硝態(tài)氮濃度隨時(shí)間的變化情況。因?yàn)橥寥懒芽p的存在下，0～10 cm 土層硝態(tài)氮含量在施肥后快速增加，漫灌條件比噴灌更加明顯。模擬顯示，漫灌的硝態(tài)氮年均淋洗量比噴灌多4.46 kg·hm?2。

2.2.3 強(qiáng)降雨對(duì)硝態(tài)氮淋溶的影響

當(dāng)降雨發(fā)生時(shí)，土壤水分快速入滲，導(dǎo)致硝態(tài)氮在水的驅(qū)動(dòng)下向土壤深層遷移，繼而發(fā)生淋溶損失，因而降雨是影響土體中硝態(tài)氮含量的重要因素。為了探討強(qiáng)降雨對(duì)硝態(tài)氮淋失的影響，增加了強(qiáng)降水情景模擬。圖5 給出了模擬的一個(gè)夏玉米生長(zhǎng)季的硝態(tài)氮淋洗情況，在正常降水的基礎(chǔ)上，分別在6、7、8月份設(shè)置了3 次強(qiáng)降雨(250 mm)。通過對(duì)比圖5b 和5c，強(qiáng)降水發(fā)生時(shí)，兩種情況下的土壤硝態(tài)氮淋洗量還是有比較大的差距，強(qiáng)降水條件下硝態(tài)氮的淋洗量相較于正常降水條件下增加了83.61%，同時(shí)，裂隙的存在也加大了硝態(tài)氮淋失風(fēng)險(xiǎn)，使兩者的差距進(jìn)一步擴(kuò)大。

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

本文借助WHCNS 模型模擬了土壤裂縫、施肥方式、灌溉方式以及降雨強(qiáng)度對(duì)土壤硝態(tài)氮淋失的影響。通過模擬得知不管是在優(yōu)化施肥還是傳統(tǒng)施肥條件下，裂縫的存在都會(huì)對(duì)硝態(tài)氮的淋失產(chǎn)生重大影響，致使其淋洗量增加了一倍多。王彬儼等[27]為了研究?jī)?yōu)先流對(duì)農(nóng)田土壤水分和溶質(zhì)運(yùn)移的影響，通過室內(nèi)土柱試驗(yàn)分別模擬了存在優(yōu)先流和平衡入滲的水分下滲過程，結(jié)果顯示優(yōu)先流能夠使硝態(tài)氮大量、快速下滲，優(yōu)先流引起的硝態(tài)氮累計(jì)淋出量占總量的97.60%，這表明優(yōu)先流的存在提高了硝態(tài)氮在土壤中的運(yùn)移，這與本文的結(jié)論具有一致性。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為了追求作物的高產(chǎn)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中一味地增加肥料用量，導(dǎo)致肥料利用率低下和地下水污染。盧數(shù)昌等[28]研究了傳統(tǒng)施肥和優(yōu)化施肥對(duì)設(shè)施芹菜(Apium graveolens)土壤硝態(tài)氮運(yùn)移等方面的影響，結(jié)果顯示優(yōu)化施肥不僅能夠減少硝態(tài)氮向土壤中下部運(yùn)移，減輕環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)提高了芹菜品質(zhì)。本文模擬結(jié)果同樣顯示優(yōu)化施肥條件減少了硝態(tài)氮的淋洗量，與前人的研究結(jié)果具有一致性。相對(duì)于其他情景，模擬結(jié)果顯示更改灌溉方式對(duì)硝態(tài)氮淋失的影響并不明顯，這可能與灌溉強(qiáng)度以及模型設(shè)置的淋失土層(100 cm)有關(guān)。根據(jù)趙付江等[29]在不同灌溉方式對(duì)土壤硝態(tài)氮淋溶影響的研究中指出，在0～30 cm 土層，滴灌下的土壤硝態(tài)氮含量明顯高于常規(guī)溝灌； 在30～90 cm 土層，常規(guī)溝灌的硝態(tài)氮含量高于滴灌，其中在30～60 cm 土層的差異不顯著，60～90 cm 土層差異顯著。因?yàn)楸狙芯烤C合探討100 cm 土層深度的硝態(tài)氮淋失量，所以兩種灌溉方式所帶來的差異并不明顯。噴灌和滴灌作為節(jié)水灌溉措施，對(duì)硝態(tài)氮的淋洗效果也類似。噴灌和漫灌作為不同的灌溉方式能改變硝態(tài)氮在土層的分布，噴灌因?yàn)楣嗨啃?，水分入滲速度慢，使硝態(tài)氮更多地保留在根區(qū)，供植物充分利用，而大水漫灌的水量大而急，更容易將土壤表層的硝態(tài)氮帶入更深的土層，使植物無法使用，造成浪費(fèi)。因此在后期的田間水分管理中，要更多地采用噴灌等方式，并結(jié)合合理的施肥方式，使之發(fā)揮省水、省肥的優(yōu)點(diǎn)。高海鷹等[14]利用LEACHM 模型和室內(nèi)試驗(yàn)分析了不同降水強(qiáng)度對(duì)農(nóng)田土壤氮素淋失的影響，結(jié)果顯示降水強(qiáng)度越大，硝態(tài)氮淋失速率也越大，當(dāng)徑流出現(xiàn)時(shí)，水分下滲速率也隨著降水的增加而不斷增大。但在本研究中，由于WHCNS 模型在模擬時(shí)僅計(jì)算了淋洗到地下的硝態(tài)氮，忽略了強(qiáng)降水帶來的氮素徑流損失，從而降低了強(qiáng)降水所帶來的影響。降水強(qiáng)度是影響氮素淋失的關(guān)鍵因素之一，在田間管理時(shí)應(yīng)合理安排施肥時(shí)間和施肥量，特別是降雨集中的夏季應(yīng)盡量避免在強(qiáng)降雨發(fā)生前進(jìn)行施肥活動(dòng)。

3.2 結(jié)論

在野外通過對(duì)田間土壤開裂形態(tài)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以及裂隙的灌制，成功獲取了裂隙的三維形態(tài)特征。利用三維掃描儀獲取的裂縫平均寬度為5.72 mm，平均深度為9.06 cm； 利用圖像分析得到試驗(yàn)區(qū)土壤每平米裂縫的平均長(zhǎng)度為4.58 m。借助WHCNS 模型進(jìn)行模擬顯示，土壤干縮裂縫的形成增加了硝態(tài)氮的淋失風(fēng)險(xiǎn)。與無土壤裂縫相比，土壤裂縫的存在，導(dǎo)致硝態(tài)氮淋洗量在傳統(tǒng)施肥條件下增加116.90 kg·hm?2，在優(yōu)化施肥條件增加142.88 kg·hm?2；相較于優(yōu)化施肥模式，傳統(tǒng)施肥模式更容易造成硝態(tài)氮的淋失風(fēng)險(xiǎn)，且在有或無土壤裂縫存在的情況下表現(xiàn)一致； 模擬噴灌和漫灌模式對(duì)硝態(tài)氮淋洗影響差異不明顯，漫灌模式的硝態(tài)氮淋失量?jī)H比噴灌模式多4.46 kg·hm?2，這與噴灌在節(jié)水灌溉方面的作用有關(guān)； 強(qiáng)降雨的設(shè)置同樣增加了硝態(tài)氮的淋失風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致硝態(tài)氮的年均淋洗量增加67%。土壤裂縫的存在極大提高了硝態(tài)氮的向下運(yùn)移，因此為了減少硝態(tài)氮的淋失，在田間裂縫產(chǎn)生時(shí)可通過中耕等措施破壞裂縫，在農(nóng)田管理時(shí)選擇優(yōu)化施肥模式以及噴灌等節(jié)水灌溉措施，同時(shí)避免在強(qiáng)降雨發(fā)生前對(duì)作物進(jìn)行施肥。