喷灌模式下地表施肥对土壤氮素时空变化的调控机制及其环境效应研究

针对喷灌施肥后土壤氮素运移机制不明的问题，研究人员通过COMSOL数值模型结合土槽实验，揭示了灌溉均匀度(CUi)、策略(连续/间歇)和施肥量(Fa)对水氮分布特征的影响，提出间歇喷灌可降低43.18%的硝态氮垂直迁移风险，为优化水肥管理提供理论依据。

　　

在全球粮食安全与环境保护的双重压力下，农业氮肥过量施用导致的非点源污染(ANPSP)问题日益严峻。传统喷灌结合地表施肥的耕作方式，因水氮运移机制不清，常引发硝态氮(NO₃-N)淋失风险。江苏大学流体机械工程技术研究中心的研究团队在《Agricultural Water Management》发表研究，通过创新性构建COMSOL非均匀入渗边界模型，首次系统解析了喷灌模式下土壤水氮时空分布规律。

研究采用土槽实验验证与数值模拟相结合的方法，重点考察了MegaNet旋转喷头的工作压力(100-150 kPa)、施肥量(2000-250 kg ha^-1)和灌溉策略(连续/间歇)等变量。通过UV-Vis分光光度法测定硝态氮浓度，结合van Genuchten-Mualem方程描述土壤水力特性，建立了包含时间依赖性边界条件的二维运移模型。

研究结果部分，3.1节模型验证显示，土壤含水量预测的R²>0.863，硝态氮浓度模拟NRMSE<0.360，证实模型可靠性。3.2节发现硝态氮淋失风险主要受喷灌强度(30 mm h^-1为阈值)和持续时间(>2.7 h时风险显著)控制，与施肥量无关。3.3节揭示间歇灌溉使硝态氮垂直迁移距离减少43.18%，但会降低分布均匀度(CU_sn)。3.4节创新性提出：当喷灌均匀度(CU_i)>60%时连续灌溉、>80%时间歇灌溉，才能保证硝态氮分布均匀性(CU_sn>70%)。

该研究建立了喷灌水肥管理的量化标准：对于粉质粘壤土，推荐采用间歇喷灌策略，工作压力150 kPa条件下单次灌溉不超过4小时。这不仅为降低农业面源污染提供了关键技术参数，更通过揭示土壤水氮再分布补偿效应，证明传统喷灌均匀度标准(CU_i>80%)可适当放宽，对优化灌溉系统设计具有重要实践价值。研究提出的"时间-空间双维度调控"理念，为发展精准灌溉智慧农业提供了新思路。