平原河网地区稻麦轮作农田排水与氮素流失特征研究

长江下游稻麦轮作区农田排水是区域面源污染的主要来源,明确农田排水与氮素流失特征对于区域农业生产可持续发展与生态环境保护具有重要意义。现有稻麦轮作农田排水与氮素流失研究中,一般采用农田测筒观测地表径流与深层渗漏量来估算农田氮素流失量,这与农田土壤水分与氮素主要通过侧向径流进入农田排水系统的实际情况存在偏差。本文基于4年的大田监测数据,运用田间水文水质模型DRAINMOD-NⅡ,模拟研究了不同气象条件下稻麦轮作农田排水与氮素流失规律。结果表明,稻麦轮作周年内,由排水造成的氮素流失量多年平均值为28.4 kg/hm²,占施肥量的6.0%,其中大部分集中在稻季,平均为25.6 kg/hm²,麦季氮素流失量仅为2.8 kg/hm²。与现有文献报道值相比,本文模拟得出的排水总量高35.4%,氮素流失总量则低44.6%;差异主要来自麦作期,文献报道平均值(31.8 kg/hm²)是本文的11倍,估算方法不同可能是造成这一差异大的主要原因。结合降雨规律分析发现,农田排水量和氮素流失量与降雨变化关系显著(决定系数R<...     

农业排水沟塘系统污染物去除监测区代表性分析

农业排水沟塘的不均匀分布造成了不同沟塘单元在污染物去除能力上的差异,从而影响采用局部监测区推求系统整体去除污染物能力的代表性,合理选择监测区是正确评价其环境功能的关键。该文根据南方平原区一典型沟塘的分布情况,以江都昭关灌区作为研究区,针对表征污染物相对和绝对去除效果的指标,研究了由不同沟塘单元组成的监测区代表性问题;计算了不同监测区可能导致的误差,分析了影响代表性及误差的因素。结果显示,当降解系数r分别为0.01、0.05和0.10 m/d时,以沟塘系统整体的污染物去除效果作为参照,所有单元的去除强度比α平均值大于1,去除率比β平均值小于1;当降解系数r=0.05 m/d,池塘、支沟和农沟的去除强度比α平均值分别为1.90、1.11和0.64,去除率比β平均值分别为0.29、1.10、0.94。在沟塘分布不均及其水力关系复杂条件下,大多数水文单元或单个排水支路都难以精确地代表整个系统;一个特定监测区对于不同指标的代表性存在差异,监测区的代表性受到沟塘面积以及污染物自身降解能力的影响;对于表征污染物绝对去除量,如果污染物的降解能力较弱,监测区的选择余地较大,反之,则应避免面积较小的单元;水力停留时间越长,α值越小,而β值越大,水力停留时间较长的单元代表性更好。对于存在多个排水支路且农田和沟塘单元分布不均匀的情况,监测区则应尽量选为流量较大的支路,避免沟塘与汇流农田面积比偏大或偏小的支路。研究成果可为南方沟塘排水系统环境效益评价及农田面源污染监测提供理论依据。     

稻田水体中毒死蜱和阿维菌素监测及水生动物生态风险评价

中国南方平原河网地区稻田排水量较大,施药后稻田中的农药物质尚未得到充分降解,即可随地表排水、浅层地下径流等途径或在风力作用下进入邻近的排水沟,对排水沟塘水体的生态环境产生威胁。该研究选取江苏省扬州市江都区农田水利科学研究站附近稻田作为研究对象,施药后立刻在排水沟中下游、稻田地表水和地下水中进行高频(最短1 h取样间隔)、短期(持续3 d)取样,对毒死蜱和阿维菌素2种稻田常用杀虫剂的浓度进行了监测。结果显示,邻近稻田的排水沟出口处于施药后5 h内2次出现浓度峰值,毒死蜱和阿维菌素的峰值浓度分别为0.33 mg/L和4.60μg/L;而施药后36～72 h排水沟中浓度较低,毒死蜱0.007～0.020 mg/L、阿维菌素未检出(0.1μg/L)。稻田周边水体中毒死蜱浓度从高至低排序分别为:排水沟出口排水沟中游稻田地表水稻田地下水。在推荐使用剂量下,毒死蜱对绝大多数水生动物(鱼、虾和蟹类)呈高或极高风险性,而阿维菌素对大部分水生动物(鱼、虾和蟹类)呈低或中风险性;施药稻田的毒死蜱环境暴露浓度大于大部分目标水生动物的安全浓度,阿维菌素反之。研究揭示了上述2种稻田常用杀虫剂在农业面源污染发生过程中的负面环境和生态效应,可为今后的农药生态风险评价与风险管理研究提供科学依据。     

满足机械收割农艺条件下稻田排水暗管布局DRAINMOD模型模拟

在长江中下游稻麦轮作区,水稻秋收期阴雨连绵现象时有发生,收割机械因农田土壤过湿而无法及时下田收割。如果建设暗管排水系统,则可及时降低地下水埋深,保证机械收割的顺利进行。该文以江苏省扬州市江都区昭关灌区为例,以地下水埋深降至60~80 cm作为适于一般机械收割的田间排水要求,运用田间水文模型-DRAINMOD模拟了满足1~5 d机械下田条件的暗管排水布局,并分析了相应的田间水文效应以及模型主要输入参数的敏感性。根据研究区1954-2016年逐日气象数据(包含降雨、气温、湿度、风速和日照时数等)的模拟结果显示:考虑大型机械收割要求(地下水埋深大于80 cm),当暗管埋深为90~150 cm时,满足98%、95%和90%保证率的最大暗管间距分别为7.42~18.74 m、13.01~26.20 m和15.27~28.72 m;满足小型机械收割要求(地下水埋深大于60 cm)的暗管布置间距则可更大,满足98%、95%和90%保证率的最大暗管间距分别为10.36~19.59 m、18.17~30.90 m和22.88~33.02 m。多年平均机械收割天数对侧向饱和导水率、不透水层深度、土壤蒸发蒸腾量、潜水上升通量和土壤可排空体积5类参数最为敏感。研究成果可为类似水稻种植区基于机械收割要求的农田暗管排水系统设计提供理论依据。