促沉装置净化稻田径流排水中面源污染物的效果研究

【目的】研究促沉净化装置对稻田径流排水中主要面源污染物的去除效果,探寻适合农田径流排水的原位处理技术。【方法】于2015年在上海市奉贤区青村镇种源研发基地内选取5块稻田,在每块田的排水口处修建一套容积约为1.9 m³的促沉净化装置,内部用多面空心球和沸石按1∶2的体积比进行填充,在外围用沸石填充,分析每套装置进出水中的固体悬浮物、总氮和总磷的质量浓度。【结果】在整个稻季中,使用促沉净化装置对稻田径流排水中的固体悬浮物、总氮和总磷均具有较好的去除效果,其平均去除率分别达到61%、33%和34%。该装置对固体悬浮物或总磷的去除率与其质量浓度之间存在显著的对数正相关关系,即质量浓度越高,其去除率也越高;但对总氮的去除率与其质量浓度之间则呈一定程度的线性负相关关系。【结论】促沉净化装置对稻田径流排水中主要面源污染物均有较好的去除效果,使用促沉净化装置可在不影响流速的情况下,有效降低径流排水中污染物的质量浓度,改善周边水体环境,维护水体生态系统平衡稳定。     

节水防污型农田水利系统方案设计及应用研究

鉴于我国传统的灌排模式及粗放型水稻种植方式,未经任何处理的稻田排水携带高浓度氮磷元素直接排入下游,引起水质恶化,造成水稻灌区严重的农业面源污染。基于农业面源污染的研究现状,构建了由田间水肥综合调控-田间草沟-湿地-骨干生态沟"四道防线"组成的净化农田排水的节水防污型农田水利系统,为验证该系统的净化效果,在广西桂林市青狮潭灌区及桂林灌溉试验中心站开展对比试验研究。试验表明,氮磷排放负荷指标沿程逐级下降,通过"四道防线"后,总氮、铵态氮、总磷负荷分别削减了70.4%、83.5%、61.0%,净化效果明显。研究内容不仅丰富了农业面源污染治理的控制方法和管理措施,也对我国南方水稻灌区面源污染治理具有现实意义。     

江西省水稻蓄雨间歇灌溉模式初探

【目的】探索水稻蓄雨间歇灌溉模式节水减排效益。【方法】以鄱阳湖区双季早晚稻为试验材料,采用大田和测坑试验,研究了水稻蓄雨间歇灌溉模式对灌溉定额、排水定额、降雨有效利用率、产量、稻田水分生产率,以及氮、磷排放量的影响,并与间歇灌溉和常规淹水灌溉试验进行了分析比较。【结果】与淹水灌溉、间歇灌溉相比,蓄雨间歇灌溉灌排水量、灌排次数明显减少。双季早晚稻年平均灌水量分别减少975m^3/hm^2和1251m^3/hm^2,年平均灌水次数分别减少8次和7.5次;年平均排水量分别减少729 m^3/hm^2和893 m^3/hm^2,年平均排水次数分别减少5.8次和3.1次;蓄雨间歇灌溉降雨有效利用率明显提高。早稻降雨利用率分别提高12.40%和9.14%,晚稻分别提高6.84%和6.42%;蓄雨间歇灌溉模式下,双季早晚稻总氮排放量年平均减排7.64 kg/hm^2和3.12 kg/hm^2,减排幅度34.93%和14.26%;双季早晚稻总磷排放量0.180kg/hm^2和0.095kg/hm^2,减排幅度37.25%和70.59%。【结论】蓄雨间歇灌溉模式具有明显的节水、减排和提高降雨有效利用率的效果,在我国南方多雨地区具有较强的推广应用空间。     

基于湿地和生态沟处理的稻田排水水质模拟

由于化肥、农药的过量施用,加之传统的淹灌稻田排水量大,导致随稻田排水流失的污染物量大,加剧了农田面源污染,因此,在农田排水的设计中不仅要控制涝渍危害,也要控制排水中的水质。【目的】减轻农田排水对下游及承泄区造成的污染。【方法】以湖北省襄阳老河口市仙人渡镇的新增粮食生产能力项目区为对象,以生态排水沟和人工湿地作为稻田排水水质处理的手段,以总氮作为排水水质控制指标,建立了生态排水沟和人工湿地的水质模拟模型,选定不同的生态沟和人工湿地的组合方案进行了水质模拟。【结果】采用生态沟和人工湿地共同作用的排水系统在满足传统除涝排渍要求的条件下,可以有效地削减稻田排水中的总氮;人工湿地布置在干沟出口时的水质净化效果最好。采用"等效替代法"计算了生态沟和现有湿地、新建人工湿地对水质净化效果的等效性,结果表明,就处理水质的效果而言,当水平投影面积相同时,干沟出口的湿地效果最好,其次是与排水沟相连的现有湿地,最后是排水沟,三者的面积等效比为1∶8.4∶938.5;优选方案中生态沟、现有湿地和新建人工湿地对水质净化的贡献率分别为2.9%、30.3%和66.8%。生态排水沟的纵坡、糙率在设计范围内(坡度在1/2 000~1/5 000之间、糙率在0.025~0.04之间)变化时,对于水质处理效果几乎没有影响。【结论】考虑单一净化水质的目标时,将现有湿地改造为耕地,同时在排水系统出口处新建人工湿地更节约土地。     

浙江低山丘陵区单季稻节水增产减污水肥综合调控模式

根据2006-2010年在浙江永康灌溉试验站开展的不同水肥处理田间对比试验,从节水、增产、提高水肥利用率及减少稻田氮磷和COD排放等4个方面的具体指标,分析了不同水肥处理的效果,提出了适合浙江省低山丘陵区单季稻的最优水肥综合调控模式,即间歇灌溉配合3次施氮肥方式,施氮肥量根据当地土壤肥力确定。与农民习惯模式相比,采用该最优水肥综合调控模式下的水稻灌水量减少26.5%,稻田总氮、总磷、COD排放分别减少50.1%、36.6%、45.2%,增产率9.4%,灌溉水分生产率提高47.8%,氮肥利用率提高36.7%。     

稻田梯级生态排水试验研究

为了研究稻田梯级生态排水技术对减少稻田排水氮、磷流失的效果,探讨适合的稻田拦截区改造比例,采用测桶试验开展不同面积拦截区稻田排水氮、磷拦截试验。结果表明:利用小块稻田作为拦截区对大块稻田排水氮、磷进行拦截具有可行性,拦截区面积达到大田面积1/10时,可以拦截排水中的总氮44.7%,总磷50.4%。综合考虑拦截区对氮、磷的拦截效果和水稻减产的影响,建议拦截区面积取大田面积的1/10。     

农田排水系统分布特征对水质净化效果的影响研究

【目的】分析不同排水沟塘系统分布特点对农田排水污染物去除能力的影响。【方法】分别选择陕西省富平县卤泊滩和江苏省扬州市江都区为研究区,通过理论计算,比较了2种不同分布但农田面积比接近的排水沟塘系统的水质净化能力。【结果】①位于南方的江都研究区"小沟多塘"排水系统对于污染物的去除率比卤泊滩地区"大沟无塘"高出7%～36%;②在卤泊滩研究区,污染物降解的主要场所为排水农沟,而在江都研究区,则是面积较大的支沟和池塘;③2个研究区不同类型沟塘对污染物的去除效率都与其面积呈现良好的相关性。【结论】分布特征决定了沟塘水系的水力联系,"小沟多塘"类型分布的排水系统更有利于污染物的降解。     

稻田水肥资源高效利用与调控模拟

水和肥是影响作物产量与生态环境的重要因素。为揭示稻田水肥利用规律,以达到稻田节水、省肥、高产、减排的目标,该文以湖北省漳河团林实验站稻田水肥耦合灌溉与控制排水试验观测数据为基础,联合运用作物生长模型ORYZA 2000和田间水文模型DRAINMOD 6.0,模拟分析不同降水、节灌、施肥、控排条件下的水稻产量与稻田排水量响应关系,得出了稻田水肥调控的临界条件,即采用稻田间歇灌溉方式,灌水定额30 mm,施氮量170 kg/hm2左右,控制排水水位20 cm时,节水12.5%～18.87%、省肥35.1%、增产11%、减排19.9%。本研究对加强农田水肥科学管理,提高水氮生产效率,防治农业面源污染,促进灌区可持续发展具有重要意义。     

基于SWAT模型的典型区域高标准农田综合管理方案模拟与优化北大核心

为研究不同高标准农田管理措施对流域排水影响,以芳溪湖流域为研究对象,以2019-2020年连续2年的径流和水质(总氮、总磷和产沙)监测数据为基础,率定并验证了SWAT模型的适用性,并基于率定后SWAT模型对典型区域高标准农田综合管理方案进行了模拟和优化。结果表明:(1)率定的SWAT模型模拟效果总体较好,构建的灌区分布式水文及面源污染模型适用于芳溪湖流域;(2)高标准农田建设可以实现流域节水减排,最大径流排放减少可达6.93%,最大总氮、总磷、泥沙排放减小均可达7.81%以上,适当提高塘堰汇流面积比例,增加生态沟的建设密度和长度,能有效减少地表径流及总氮、总磷负荷,最大径流排放减小可达18.92%,最大总氮、总磷、泥沙排放减小均可达20.37%以上;(3)不同轮作模式中,水作模式与现状条件相比能有效减少流域径流、总氮、总磷和泥沙的排放;(4)高标准农田建设综合管理优化方案下,流域排水总量减少可达24.59%,总氮、总磷和泥沙减少均可达36.36%以上。合理的沟塘系统设计和种植结构调整能有效减少流域面源污染排放。     

排水沟水位控制闸—过水堰系统对于稻田排水中氮素的去除效果

为研究明沟水位控制闸-过水堰系统对于稻田排水中氮素的去除效果与作用机制,依据水稻黄熟期排水后的观测数据,分析了水位控制闸-过水堰系统作用下农沟水体氮素变化过程,研究了系统对于氮素的去除机制。结果表明,水位控制闸-过水堰系统对稻田排水氮素的去除率达到58.20%,环境效应显著。有机氮是黄熟期农沟水体氮素的主要存在形式,水位控制闸-过水堰系统主要通过去除有机氮大幅降低了农沟水体氮素浓度。农沟水体中有机氮占总氮的平均占比为78.14%,系统对于农沟排水中无机氮的去除率为11.89%,明显低于总氮及有机氮的去除率。排水沟控制排水技术对于氮素的去除是系统净化能力的主要贡献者。水位控制闸对于农沟排水中氮素的去除率为46.24%,远大于过水堰的去除率8.19%。研究提出的排水沟水位控制闸-过水堰系统可用于构建生态沟渠,实现稻作区面源污染的过程控制。     

滴灌减量施肥对香蕉产量、养分吸收利用及效益的影响

【目的】针对当前香蕉施肥过量问题,分析氮磷钾滴灌减量施肥对香蕉果实产量、养分吸收利用及经济效益的影响。【方法】采用田间试验方法,以巴西蕉为试验材料,设置氮磷钾常规施肥(纯N量1 112 kg/hm~2, P_2O_5量690kg/hm~2,K_2O量2 135 kg/hm~2)和滴灌减量施肥(纯N量588 kg/hm~2, P_2O_5量432 kg/hm~2, K_2O量742 kg/hm~2)2个处理。【结果】滴灌施肥条件下,香蕉产量为56 503 kg/hm~2,较常规施肥(CK)增产13.0%。氮、磷、钾肥利用率较CK分别提高17.30%、16.19%、20.34%;氮、磷、钾肥吸收效率分别提高86.36%、50.00%、172.00%;氮、磷、钾肥偏生产力分别提高113.75%、80.52%、225.29%。纯收益较CK增加20 930元/hm~2,产出投入比由1.26:1上升到1.45:1。【结论】与当前常规的氮磷钾施肥量比较,滴灌减量施肥(纯N减量47.1%, P_2O_5减量37.4%,K_2O减量65.3%)不会导致香蕉减产。     

稻田不同灌溉模式的节水减污效应分析——以浙江平湖为例

【目的】研究不同灌溉模式下水稻的节水及减污效应,探寻适合平原河网区的水稻节水灌溉模式。【方法】在浙江平湖灌溉试验站设定常规灌溉、薄露灌溉和适雨灌溉3种模式,测定了灌溉量以及排水和渗漏水样中的TN、TP、NH_4~+-N、NO_3~--N和COD等。【结果】适雨灌溉灌水量相较于常规灌溉和薄露灌溉分别减少了67.4%和43.4%,节水效果最好;适雨灌溉排水量最少,相较于常规灌溉和薄露灌溉,适雨灌溉TN排放量分别减少了86.9%和90.7%,NH_4~+-N排放量减少了96.7%和98.3%,COD排放量减少了61.5%和62.5%,TP和NO_3~--N的减排效果不明显。【结论】在本研究条件下,适雨灌溉的节水减污效果更好。     

广利灌区总干渠水质及氮磷污染初步评价

【目的】针对灌区绿色发展面临严峻挑战和水环境不断恶化等问题,探究广利灌区总干渠水质及氮磷污染现状及其对灌区水环境的影响,进一步提出灌区水环境问题解决建议。【方法】于2019年6—12月,在灌区内总干渠中选取具有代表性的6个断面,进行了6次水质监测,测定水体中的总氮(TN)、总磷(TP)、COD_Cr和BOD₅等反映水质和氮磷污染的基本指标。采用适用于我国河流水质综合评价的综合水质标识指数法和富营养化评价的对数型幂函数普适指数公式对河流水质及富营养化情况进行评价。【结果】①广利灌区86%的水体水质能满足Ⅴ类农业水域功能区的用水要求,且综合水质标识指数随时间和空间变化显著,7月66.7%水体处于劣Ⅴ类水标准,在三号闸和补源进水口取样点出现了黑臭水体。②广利灌区水体富营养化严重,灌区内水体100%处于富营养状态,富营养化评价综合指数(EI)峰值出现在7月补源进水口处(80.5),且41.6%的水体处于重富营养化状态。③TN平均质量浓度为5.30 mg/L,为地表水Ⅴ类水标准的2.65倍,TP平均质量浓度为0.156 mg/L,氮、磷比为33.97∶1,适宜藻类生长。【结论】广利灌区总体水质可满足农业功能区用水要求,但富营养化水平较高,尤其是氮污染严重,灌区内的原生态土渠和水生植物使河流具有良好的自净能力,能发挥其生态功能作用。因此,建议加强灌区内入河水体的污染控制尤其是氮磷污染的监测;同时渠道衬砌要考虑生态环境、配比生态衬砌和原生态土渠、河道搭配水生植物,进而对河水中的氮磷等污染物进行吸附,以改善灌区水环境。     

改进的输出系数模型在缺资料地区面源综合评价

【目的】解决缺资料地区面源污染精确定量评估问题,以期为缺资料地区水环境治理提供理论依据。【方法】提出了一个综合考虑降雨和地形影响的改进的输出系数模型,并通过借助ArcGIS和等标污染负荷法,选取农村生活污水、农田地表径流、畜禽养殖、城镇地表径流、城镇生活污水和工业污染6大污染源和TN、TP 2大污染物对渠县境内流域农业面源污染进行了估算。【结果】研究区主要污染为面源污染;其TN、TP输出负荷分别为503.84、53.85 t/a,且空间分布基本一致;居民生活污水为主要污染来源占总污染的49.39%;涌兴镇、三汇镇为研究区重点治理乡镇。改进后的输出系数模型验证结果显示TN、TP的相对误差分别为10.87%和13.86%,模型结果验证良好。【结论】改进后的模型适用于缺资料地区面源综合评价。     

极端干旱区滴灌葡萄耗水特征及水肥制度寻优

[目的]探寻极端干旱区无核白葡萄的适宜水肥制度.[方法]在萌芽期充分供水条件下,以全生育期充分灌溉为对照(CK),设置新梢生长期(W1)、开花期(W2)、果实膨大期(W3)、着色成熟期(W4)4个亏水处理(θf=65％～90％),同时设置3个施肥配比,分别为:N施量、P2O5施量、K2O施量为275.0、275.0、2...     

适雨灌溉下不同施肥模式对机插稻稻田水环境及产量的影响

【目的】探讨江汉平原地区适雨灌溉条件下不同施肥模式对机插稻稻田水环境及水稻生长的影响,为当地机插稻水肥管理措施的改善提供理论和数据支撑。【方法】采用田间小区试验,研究了适雨灌溉条件下,农民习惯施肥(FFP)、70%控释掺混肥+30%尿素(70%CRF+30%N)和有机无机复混肥(OIF)对稻田降雨利用率、田面水氮磷质量浓度的动态变化与径流流失量、干物质积累及水稻产量的影响。【结果】适雨灌溉下,返青期、分蘖期、拔节孕穗期和灌浆成熟期的降雨利用率分别为17.5%、100%、100%和84.2%;基肥和分蘖肥施用过后,FFP、70%CRF+30%N和OIF处理田面水TN、NH4+-N和TP质量浓度迅速提高,在第1天达到峰值,水稻移栽后30 d内70%CRF+30%N处理田面水TN、NH4+-N和TP的平均质量浓度较FFP处理分别降低40.4%、47.4%和0.5%;稻田氮磷径流流失量的90%左右在返青期,10%左右在灌浆成熟期,70%CRF+30%N处理TN、NH4+-N和TP径流损失量较FFP处理分别降低31.4%、30.9%、1.9%;70%CRF+30%N处理在返青期干物质积累量显著低于FFP和OIF处理,移栽-返青期阶段干物质积累量占总积累量比例表现为FFP处理>OIF处理>70%CRF+30%N处理,成熟期OIF处理干物质积累量显著高于70%CRF+30%N和FFP处理,实际产量表现为OIF处理>70%CRF+30%N处理>FFP处理。【结论】适雨灌溉条件下,70%CRF+30%N处理有助于减少稻田氮素流失,OIF处理有助于机插稻干物质积累与产量的增加。     

小区和田块尺度下水稻不同灌溉模式的节水减污效应分析

【目的】研究平原河网区不同尺度下水稻不同灌溉模式的节水和减污效应。【方法】于2017年在浙江平湖灌溉试验站选取水稻常规灌溉、节水灌溉、蓄雨节水灌溉3种模式在试验小区和田块2种尺度下开展对比试验,记录田间水量平衡过程并检测排水和渗漏水样中的TN、TP、NH_4^+-N、NO_3^--N的质量浓度变化。【结果】无论试验小区还是田块尺度,蓄雨节水灌溉的节水效果最好,较常规灌溉和节水灌溉减少了43.4%～87.7%的灌溉量,同时减污效果也最明显,TN排水负荷减少了22%～90%。不同尺度对比中,试验小区的田间管理水平更高,产量略高于田块尺度;小区田间水分控制更精确,灌排次数和水量较田块更多,蒸发蒸腾量和渗漏量则略少于田块。在减污效果上,单位面积下同种灌溉模式的田块的排水污染物负荷比试验小区低37%～57%,渗漏负荷比试验小区高4%～61%,由于排水污染物负荷要远大于渗漏污染物负荷,在总的污染物负荷上田块要小于小区。【结论】本试验中蓄雨节水灌溉模式取得了较好的节水减污效果,但是要注意蓄雨时间和高度,长时间的淹水可能会对水稻产量造成不利影响。     

土壤水肥气热耦合对温室辣椒光合作用和产量的影响

【目的】探究日光温室条件下土壤水肥气热耦合对辣椒生长、光合与产量的影响规律。【方法】通过4因素3水平正交试验,利用极差分析和方差分析,研究了水肥气热影响主次顺序、显著性、各因素影响趋势及最优组合。【结果】4因素影响产量的顺序为灌水定额>施肥定额>溶解氧>地热管水温;灌水定额影响极显著,施肥定额影响显著,溶解氧和地热管水温影响不显著。综合水、肥、气、热4因素耦合对辣椒光合和产量的影响,这种组合模式下辣椒产量最高,达58 597.40 kg/hm^2。最优处理比对照CK增产45.17%。【结论】确定因素最优水平组合为:灌水定额210 m^3/hm^2、施肥定额75 kg/hm^2、溶解氧7.5 mg/L、地热管水温37℃,总灌水次数36次。     

干热河谷不同灌水处理对葡萄生长及果实品质的影响

【目的】揭示干热河谷地区葡萄生长及果实品质对不同灌溉处理的响应。【方法】以夏黑葡萄为对象,调查了灌水处理T1(灌水量为1 895 m~3/hm~2)、灌水处理T2(灌水量为2 175 m~3/hm~2)及元谋当地经验灌水处理(CK)的葡萄生长及果实品质。【结果】随着灌水量增加,新稍直径和果橞质量增加,但果实还原糖和单宁量减少;新稍长度和果实总酸量可能受田间持水率影响。相比CK,T1处理的果橞质量、总酸量分别减少了22.1%、11.5%,而还原糖和单宁量分别增加了11.6%、13.7%;T2处理的果橞质量、总酸量分别减少了15.9%、13.0%,而还原糖和单宁量分别增加了10.5%、4.5%。【结论】在水资源短缺的干热河谷区实施合理灌溉可在减少耗水量的同时提升果实品质。     

黑龙江省地表水灌溉水质评价分析

【目的】合理制定管理策略改善灌溉水质。【方法】以黑龙江省2017年5—8月295个测点的16项水质监测指标为基础,以《地表水水质评价标准》(GB 3838—2002)和《农田灌溉水质标准》(GB5084—2005)为依据进行等级分类,采用Office以及ArcGIS软件分析了黑龙江省灌溉水质(主要指地表水)指标时空变化特征。【结果】①黑龙江省灌溉用水的主要污染物为有机污染物类(BOD5、COD和高锰酸盐指数)和面源污染类(氨氮、TN和TP)指标,其中仅有60.9%～76.7%和68.6%～78.3%测点的灌溉水质中COD和高锰酸盐指数能够达到III类标准以上;而面源污染类指标的表现较差,且TN和TP指标的超标问题较为严重;②时间变化方面,随着生育季的进行,有机物和面源污染类指标的劣类水测点均呈现逐渐增多趋势,且这一现象在TN和TP指标上表现更为明显;③空间变化方面,农业面源污染类指标的高风险区主要集中在佳木斯和七台河市,涉及的灌区主要包括鹤立河灌区、金沙灌区、三合灌区、孟家岗灌区和万家灌区。【结论】黑龙江省灌溉水质主要受农业面源污染类指标影响,且以TN、TP为主。制定合理的水肥管理策略是改善黑龙江省灌溉水质的重要手段。