稻田总磷迁移规律与最佳灌排模式研究

以超级稻为试验对象,采用随机试验设计,利用测桶试验,研究浅水勤灌、控制灌溉、浅湿调控、覆秸秆旱作灌排模式下地下排水及不同深度土壤渗漏液的总磷迁移规律。结果表明,与浅水勤灌和浅湿调控相比,控制灌溉和覆秸秆旱作显著降低了灌水量、灌水次数、地下排水量、总磷浓度和总磷流失负荷,有明显的节水省工减排效果。不同灌排模式地下排水总磷质量浓度波动下降,最大为0. 450 mg/L;不同灌排模式、不同深度土壤渗漏液中,总磷浓度表现不同,除分蘖后期外均为表层最高,且随土壤剖面深度的增加而降低。浅湿调控和覆秸秆旱作的土壤渗漏液总磷浓度高于浅水勤灌和控制灌溉。控制灌溉、覆秸秆旱作两年灌溉水分生产率均显著高于浅湿调控、浅水勤灌。与浅水勤灌相比,控制灌溉显著增产10. 45%,覆秸秆旱作显著减产14. 69%。综合灌排水量、灌水次数、磷素流失负荷、产量和灌溉水分生产率,控制灌溉是节水、省工、减排、高产的最佳灌排模式。     

基于PSO-GRA耦合决策的排水沟系统多目标规划模型

排水沟系统承担排水蓄涝、环境保护等效能,多目标排水沟系统规划具有十分重要的现实意义。综合考虑工程费用、减污与产量效应构建排水沟系统多目标规划模型,运用粒子群算法(PSO)生成规划方案非劣解集,并耦合灰色关联投影法(GRA)优选非劣解集进行方案决策,将模型应用于上海松江高标准农田稻作区规划排水沟系统。结果显示,稻作区优选规划方案推荐排水历时5 d,农沟与支沟沟深1.3、1.7 m,间距77、270 m,优化水面率7.64%。与传统单目标规划方案相比,设计降水条件下,增加滞涝水量648.5 m~3/hm~2,总氮的单位面积削减能力4.22 kg/hm~2,削减率增加28.1%,水稻相对产量96.2%。该模型能客观权衡多目标的矛盾性进行科学决策。     

不同灌溉模式稻田氮素淋失特征

氮素淋溶渗漏是导致农业面源污染的主要原因之一,通过测桶试验研究控制灌溉(CI)、覆秸秆旱作(DPS)和浅水勤灌(FSI)在水稻分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期、乳熟期和黄熟期5个生育阶段地下排水中铵态氮(NH~+_4-N)、硝态氮(NO~-_3-N)和总氮(TN)淋失的动态变化。结果表明:施肥后,各处理地下排水中NH~+_4-N、NO~-_3-N和TN浓度均快速升高。分蘖期和拔节孕穗期地下排水量占总排水量的64.6%～73.4%,且NH~+_4-N、NO~-_3-N和TN浓度高,氮素流失量大。不同灌溉模式各生育阶段内地下排水中的氮素形式均以NH~+_4-N为主,约占TN的47.2%～59.4%,NO~-_3-N约占TN的30.3%～43.4%,地下排水是NH~+_4-N流失的主要途径之一。CI和DPS较FSI地下排水量减少45.8%和69.9%,氮素流失负荷减少42.5%和71.6%,但CI增产4.6%,DPS长时间水分胁迫导致减产3.7%。综合考虑,控制灌溉模式在节水减排的同时保持较高产量,而覆秸秆旱作模式在减少氮素流失方面具有明显优势。