[发明专利]一种平衡土壤氮素淋失和盐分淋洗的灌溉施肥控制方法

说明书

本发明一种平衡土壤氮素淋失和盐分淋洗的灌溉施肥控制方法，属于灌溉领域。该方法包括：获取土壤水力学参数、土壤溶质运移参数和灌溉系统参数；基于上述参数，构建土壤水分、氮素和盐分运移模拟模型，对构建的模型进行率定和验证；设置不同的灌水量、施氮量和灌水水质组合情景，将率定好参数输入到模拟模型中，计算不同情景下土壤氮素淋失率；根据作物在不同生育阶段对盐分的耐受程度和土壤盐分含量变化，计算盐分淋洗程度表征量；根据氮素淋失率和盐分淋洗程度表征量，得到各组情景的氮素淋失和盐分淋洗平衡指数；选取平衡指数最低的一组设定为最优灌溉施肥模式；本发明解决了现有灌溉过程中无法使盐分淋洗量和氮素淋失量同时达到最优的问题。

技术领域

本发明涉及灌溉领域，具体涉及一种平衡土壤氮素淋失和盐分淋洗的灌溉施肥控制方法。

背景技术

土壤盐渍化问题是制约农业可持续发展的关键因素，全球范围内土壤盐渍化表现出局部减缓与全局加剧并存、原生与次生并存、自然演替和极端气象扰动并存等特征，同时在气候变化等未来场景下，盐渍化演变过程加快并愈发敏感。近年来，尤其是干旱区水资源利用不当导致次生盐渍化问题备受广大科技工作者和社会的关注。目前，灌溉淋洗措施仍然是治理土壤盐渍化最有效的方法，但在农田实际的灌水施肥管理中，由于肥料中氮素极不容易被土壤固定，盐分淋洗的同时必然会导致氮素的淋失，尤其是较大的淋洗定额极易造成较低的氮肥利用效率，增加地下水硝态氮的污染风险。以往研究表明，在考虑土壤盐分淋洗要求的前提下，增加灌溉定额、调整灌水频率等措施能够有效增加盐分淋洗量，但未考虑作物耐盐阈值，导致盐分调控过程中缺乏定量指标。同时，降低氮素淋失量需要在不降低产量的情况下减少水和氮的施用量，然而在盐渍化的土壤环境中，需要在减少氮素淋失措施中考虑盐分累积对作物的抑制作用，但相关研究鲜有报道。另一方面，盐分淋洗量和氮素淋失量对于作物生长和土壤环境来讲，分别是“越大越优”和“越小越优”型指标，实际调控过程中难以同时满足两项指标均达到最优。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明提供的一种平衡土壤氮素淋失和盐分淋洗的灌溉施肥控制方法解决了现有灌溉过程中无法使盐分淋洗量和氮素淋失量同时达到最优的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种平衡土壤氮素淋失和盐分淋洗的灌溉施肥控制方法，包括以下步骤：

S1、获取土壤水力学参数、土壤溶质运移参数和灌溉系统参数；

S2、构建土壤水分、氮素和盐分运移模拟模型；

S3、采用模拟模型对土壤水力学参数、土壤溶质运移参数和灌溉系统参数进行率定和验证，得到率定和验证后的土壤水力学参数、土壤溶质运移参数和灌溉系统参数；

S4、将率定和验证后的土壤水力学参数、土壤溶质运移参数和灌溉系统参数输入模拟模型中，设置不同灌水量、施氮量和灌水水质组合情景，计算得到每组情景下的土壤盐分含量变化过程和氮素淋失量，并计算土壤氮素淋失率；

S5、根据作物在不同生育阶段对盐分的耐受程度和土壤盐分含量变化，计算盐分淋洗程度表征量；

S6、根据氮素淋失率和盐分淋洗程度表征量，得到各组情景的氮素淋失和盐分淋洗平衡指数；

S7、选取平衡指数最低的一组设定为最优灌溉施肥模式，进行灌溉。

进一步地，步骤S1中获取土壤水力学参数，包括土壤饱和含水率θ_s、残余含水率θ_r和饱和导水率K_s；获取土壤溶质运移参数包括纵向弥散系数D_L、横向弥散系数D_T、自由水中的分子扩散系数D_w和根系允许吸收溶质的最大浓度c_max；所述灌溉系统参数包括灌水量和灌溉区域边界条件。