农田灌溉田面节水技术

农田节水灌溉可分为输水节水和田面节水两部分。目前各地使用的管道输水灌溉和防渗渠道等都只实现了输水过程中节水,水的利用率可达95％-98％;而田面实施滴灌等节水技术,可以提高水的利用率,但因投资大、技术要求高还无法大面积推广应用。本文推出几种投资少、见效快、效果明显、群众易于掌握的田面节水技术。     

畦灌田面行水流动的模型与模拟

根据我国地面灌现状提出极限灌水状态和最佳灌水状态及其灌水技术参数的概念。用NewtonRaphson法和Preissman法求解畦灌田面行水流动的零惯性模型，实现了畦灌田面行水流动的模拟。在此基础上探讨畦灌的行水和入渗机理。用计算机模拟试验方法建立极限灌水定额与灌溉技术参数和畦田规格关系的数学模型，并研究它们对极限灌水定额的影响，进而探讨了灌溉技术参数和畦田规格对灌溉系统性能的影响。提出了适宜畦长和单宽流量的确定方法并给出了其量值。     

稻田施肥后田面水氮素动态变化特征

采用具有独立排灌系统的田间试验分析研究了施氮后水稻田面水总氮、铵态氮、硝态氮的动态变化特征。结果表明,施氮能明显提高田面水氮素含量,其中铵态氮和总氮的含量远高于硝态氮含量,并且总体上随施肥量的增加而增加。施氮后田面水总氮、铵态氮浓度均在次日达到最大值,并随时间的推移而快速下降。第1次追肥后9 d,各小区田面水总氮浓度降至施肥后1 d的7%~12%,田面水铵态氮浓度则降为1.66%~3.96%,接近于对照小区,施氮后1周是防止水稻田面水铵态氮和总氮流失的关键时期。     

畦灌田面行水流动的模拟型模拟

根据我国地面灌两头提出极限灌水状态和最佳灌水状态及其灌水技术参数的概念。用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ法和Ｐｒｅｉｓｓｍａｎ法求解畦灌田面行水流动的零惯性模型，实现了畦灌田面行水流动的模拟。     

黄土高原沟壑区枣树田面覆盖效应的研究

为研究滴灌条件下枣树田面覆盖对土壤水热和枣树生长及产量的影响,设置了秸秆、地膜覆盖和裸地(CK)3种处理,对各处理的土壤温度、水分和枣树生长指标及产量进行监测和分析。结果表明:整个生育期,不同处理平均地温大小关系为:地膜覆盖>秸秆覆盖>CK;秸秆覆盖的地温较裸地白天低、夜晚高。灌水前,地膜覆盖的土壤含水量表层高、底层低,秸秆覆盖土壤含水量随深度的增加而增加;灌水24h后,地膜覆盖较秸秆覆盖土壤含水量呈现表层低、中层高、深层低的规律。地膜覆盖处理的枣吊和叶片生长速率最快;秸秆和地膜覆盖总耗水量较CK分别减少91.70和83.09mm,产量和水分利用效率较CK分别提高5.57%、2.68%和20.61%、15.25%,表明秸秆覆盖效果更佳。     

免耕稻田田面水磷素动态及其淋溶损失

以免耕和翻耕稻田为研究对象,通过大田试验与室内分析,研究了不同耕作方式下稻田田面水和渗漏水的淋溶损失及其对环境的影响。试验共设4个处理,分别是免耕+不施肥(NT0)、翻耕+不施肥(CT0)、免耕+复合肥(NTC)和翻耕+复合肥(CTC)。结果表明,施磷肥显著提高稻田田面水以及渗漏水各形态磷浓度。施磷肥2d后田面水总磷(TP)浓度、颗粒态磷(PP)浓度和溶解磷(DP)浓度即达到最大值,此后由于水中颗粒或表土对田面水磷素的固定,磷素的淋失,水稻生长吸收及前期的稻田排水和灌水稀释,1周后迅速降低并趋于稳定;渗漏水TP浓度和溶解磷(RP)浓度在施磷肥2d后达到最大值,渗漏水TP浓度在施肥后一个半月达到最低值,而渗漏水RP浓度在施肥4d后就降低到最低值。处理NTC田面水TP、DP与PP显著高于处理CTC,而处理NT0与处理CT0之间无差异;与翻耕相比,免耕不影响渗漏水TP与RP浓度及磷下渗淋失。对田面水磷素及渗漏水磷素变化动态分析表明,施磷肥后的1周左右是控制磷素流失的关键时期。     

施肥后稻田田面水的养分变化特征

通过田间试验观察了施肥后稻田田面水中几种养分动态变化特征。结果表明,基肥施入后8d内田面水中的总氮、总磷含量呈现明显衰减,并于施肥后第8d趋于稳定,处于较低水平;分蘖肥(尿素)施用后3d天以内田面水的氮、磷含量再次升高,接着呈现下降趋势,10d后趋于稳定。为防止氮、磷素大量流失,建议在施肥后10d内严格控制田间排水。对于鱼塘-稻田系统,鱼塘水通过稻田表面流异位处理应在施肥后养分衰减稳定后进行。     

直播水稻田田面水氮素动态变化及径流损失研究

[目的]为直播水稻田的合理施用氮肥和灌水及防止氮素污染地表水提供科学依据.[方法]通过田间试验,对太湖流域丹阳地区直播水稻田田面水氮素动态变化特征及径流损失进行研究.[结果]施肥使田面水氮素浓度迅速提高,施氮后第1天田面水TN和NH+4-N的浓度达峰值43.99和23.31 mg/L,第7天分别下降至峰值的23.50%～30.02%和16.22%～23.84%;田面水的NO-3-N浓度在施氮后第3天达最大值7.51 mg/L,随后逐渐下降.施氮后3～5 d内,田面水NH+4-N/TN比值达动态观察期中的最大值0.50～0.69,此后逐渐降低.田面水NO-3-N/TN比值也先升后降,均在0.31以下.丹阳当季直播稻田TN地表径流损失量为23.84 kg/hm2,占施氮量的5.05%;NH+4-N流失量为13.24 kg/hm2,占施氮量的2.88%.烤田排水TN径流损失为13.49 kg/hm2,占总施氮量的2.93%.[结论]NH+4-N是稻田田面水氮素的主要形态,施氮后7 d是防止稻田氮素流失的关键时期.     

田面水位对稻田氨挥发影响的试验研究

稻田在施氮肥后有明显的氨挥发损失,田面水位对稻田氮素流失具有关键作用,为探究田面水位对稻田氨挥发的影响,基于室内土柱试验装置,采用密闭室通气法,对水稻各肥期不同田面水位下的氨挥发进行了研究。结果表明,田面水位会显著影响稻田氨挥发,在整个施肥期间,相同施肥量条件下,当田面水位为1、3、5 cm时,氨挥发累积量占总施氮量的比例分别为23%、15%、12%,施入基肥和分蘖肥后1 cm处理下氨挥发通量的峰值最高,3 cm处理次之,5 cm处理最低,施入穗肥后表现为5 cm处理高于1 cm处理和3 cm处理。田面水位在施入基肥和分蘖肥后,高水位低NH_4~+-N浓度和低水层温度是氨挥发降低的主要因素,施入穗肥后,低水位高硝化强度是抑制氨挥发的重要因素。为降低氨挥发,建议水稻在施用基肥和分蘖肥时采用较高水位,施用穗肥时适当降低水位。     

田面微地形对滴灌灌水均匀性的影响

首先分析了田面微地形对滴头实际工作压力的影响,田面越不平整,滴头实际工作压力与设计工作压力的差值越大,当田面局部高差大于滴头设计工作压力时,滴头流量等于零;然后提出了田面微地形产生的流量偏差率公式,并用泰勒级数展开;最后利用描述统计方法和独立样本T-检验的方法对余项进行分析,置信度为99%的余项取值区间为0.001￣0.002,说明余项能够被忽略,田面微地形产生的流量偏差率公式可以用简单的形式来表示。     

一次性施肥稻田田面水氮素变化特征和流失风险评估

为评估单季稻一次性施肥模式中氮素径流损失风险,通过田间试验研究了一次性施肥模式中缓释氮肥类型、施用比例和氮肥施用量对田面水氮素含量的影响。结果表明:与尿素分次施肥处理(225 kg N·hm-2)相比,不同缓释氮肥(180 kg N·hm-2)一次性施肥后田面水铵态氮浓度为稳定性肥料(NIU)常规分次施肥(Urea)树脂包膜尿素(RCU)聚氨酯包膜尿素(PCU);氮肥施用量为180 kg N·hm-2时田面水铵态氮浓度随缓释氮肥施用比例增加而下降,但180 kg N·hm-2和144 kg N·hm-2处理间田面水铵态氮含量没有明显差异。尿素分次施肥和一次性施肥处理的稻田氮素径流损失风险都在施基肥后5 d。研究表明,一次性施肥模式通过缓释氮肥的应用和氮肥减量等措施,虽然基肥用量大于尿素分次施肥处理,但没有增加稻田氮素径流损失风险。     

成都平原农业废弃物施用下稻田田面水氮磷动态变化特征

为合理利用农业废弃物,设置不同量的废弃物还田处理,以期通过研究稻田田面水中氮素和磷素的动态变化探明废弃物施用下面源污染风险。结果表明:总氮(TN)、可溶性总氮(DTN)、铵态氮(NH+4-N)以及硝态氮(NO-3-N)在各施肥处理下均表现为先升后降的趋势,施肥后2~3 d达到峰值,之后迅速下降;各处理下各形态氮含量在施肥后21 d内差异趋同。总磷(TP)、可溶性总磷(DTP)在施肥后1 d达最大,之后迅速下降,猪粪施用处理的田面水TP、DTP含量在施肥后5~7 d明显回升。与纯化肥相比,加施全量麦秆对田面水中各形态氮、磷含量及分配无显著影响;高量猪粪施用会显著降低田面水NH+4-N含量,降低氨挥发潜能,显著提高各形态磷含量,延长磷素流失风险期,增加磷素流失风险;废弃物施用对水稻产量及糙米磷含量无显著影响。综合考虑废弃物施用下的环境风险与粮食生产,成都平原麦秆全量还田模式下水稻季每667 m2田的猪粪承载量不宜超过3头猪0.5年的排泄量。     

盘锦地区稻田田面水氮素动态变化及化学氮肥投入阈值研究

以水稻为供试作物,水稻土为供试土壤,采用田间定位试验的方法,以施肥后田面水中的总氮(TN)、NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度为指标,进行了施氮后田面水中氮素释放规律研究。结果表明,施肥后田面水中的总氮(TN)、NH₄⁺-N和NO₃^--N浓度随着施肥量的增加而增加,随着时间的推移三者的浓度呈先上升后下降的趋势,一周后趋于稳定;以氮素表观盈余率和植株吸氮量为指标,从环境安全角度研究水稻生产化学氮肥投入阈值,初步确定试验区环境安全化学氮肥投入阈值为189.22～218.98 kg·hm^-2;以水稻产量为指标,进行了粮食安全氮肥投入阈值研究,初步确定试验区水稻生产粮食安全化学氮肥投入阈值为202.24～288.89 kg·hm^-2。综合考虑粮食安全和环境安全,试验区化学氮肥投入阈值为202.24～218.98 kg·hm^-2。     

波涌灌田面行水流动的数值模拟及其灌水技术

根据连续方程,零惯性的动量方程以及最佳灌水状态概念,建立了描述波涌灌田面行水流动的零惯性模型,用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈａｏｎ和Ｐｒｅｉｓｓｍａｎ法对模型求解实现了波涌灌田面行水流动的模拟,探讨了波涌灌田间入渗和行水机理。用计算机模拟试验的方法,研究了波涌灌灌水技术参数对灌溉系统性能的影响,提出了确定波涌灌灌水技术参数的原则和方法以及连续地面灌灌水技术的改进方案。模拟结果得到商丘田间试验的验证。     

水稻氮肥施用量及时期与田面水可溶性氮浓度的关系

为了明确稻田氮肥施用量及施用时期与氮素流失污染的关系,监测了不同氮肥施用量及氮肥施用后不同时期对田面水可溶性氮浓度的影响。结果表明,施氮量越高,施肥1d后田面可溶性氮含量也高,但这种影响随施肥后时间延长随之消失。水稻生育期随施肥后时间的延长,田面水可溶性氮含量呈急剧降低趋势,且不同施氮水平之间,一般在各时期施肥后7d甚至更短时间内存在显著差异。综合分析表明,氮肥施用量不同,对田面水可溶性氮含量的影响随着时间的推移越来越弱;在没有排水的情况下,田面水中可溶性氮含量的急剧下降,代表着渗漏损失是氮素流失的重要途径。结果为通过化肥中氮肥施用量来评估氮素流失污染量提供了理论依据。也可为氮肥流失防控措施的制定提供依据。这些结果表明,在防控氮素径流损失时,应集中在施肥后较短时间内执行。     

氮肥运筹对稻田田面水氮素动态变化及氮素吸收利用效率影响

通过大田试验,设计3个不同氮肥水平(0、150、240 kg N·hm-2)和两种不同施肥比例(基肥:分蘖肥:穗粒=40%:30%:30%、基肥:分蘖肥:穗粒肥=30%:20%:50%),研究了氮肥运筹对稻田田面水氮素动态变化特征和氮素吸收利用效率的影响.结果表明,稻田田面水NH+4-N和总N浓度在施肥后第1d达到最大值,随后降低,在施肥后的第7d,分别降为峰值的7.88%～17.84%和29.71%～45.55%.施氮水平介于0～240N kg·hm-2时,水稻产量随着氮素水平的提高而显著增加,氮素的吸收利用率和偏生产力却随之降低.在高氮水平(240 kg N·hm-2)下,与氮肥前移相比(基肥:分蘖肥:穗粒肥=40%:30%:30%),采用氮肥后移(基肥:分蘖肥:穗粒肥=30%:20%:50%)的施肥比例,水稻产量增加了6.2%、氮素吸收利用率和农学利用率分别提高了30.49%和23.72%,而氮素生理利用率和偏生产力差异不显著,说明适宜的氮肥运筹可以增加水稻的产量,提高氮素的吸收利用率和农学利用率,减少氮素损失.     

灌溉方式对施肥时期田面水氮磷浓度及水稻生育性状影响

为探寻辽河三角洲地区稻田排水的利用方式,揭示稻田排水循环灌溉容易引起面源污染风险。通过定位定期监测灌排沟渠水体氮磷浓度变化,研究灌溉模式对施肥时期田面水氮磷浓度与水稻生育性状的影响。结果表明：灌水沟和排水渠水体总氮（TN）浓度于第2次达峰值（4.49 mg/L和15.61 mg/L）后下降,这与基肥泡田时期相吻合,排水渠TN和总磷（TP）浓度高于灌水沟,关键施肥时期应控制稻田水外排,以减少排水渠水体氮磷浓度。在基肥和追肥灌溉时期,施肥各处理田面水TN浓度在3 d达到峰值后下降,10 d趋于稳定,循环灌溉比常规灌溉高0.65～2.42 mg/L,田面水TN浓度与氮肥用量呈正相关,排水循环灌溉后1 d的TN浓度均高于常规灌溉,在3 d后差异不显著,排水循环灌溉与常规灌溉TP浓度差异不显著,排水循环灌溉增加了氮磷流失风险,3 d内应避免田面水外排,基肥后10 d内也是氮磷流失风险期。排水循环灌溉结合氮肥减施22%可促进水稻有效分蘖并提高产量,合理利用排水循环灌溉可应用于水稻生产和减少氮磷流失风险。     

化肥配施生物炭对稻田田面水氮磷流失风险影响

在控制外源氮输入相同的前提下,通过大田试验研究生物炭部分替代化肥作为底肥,不同生物炭施用量(5、10、20 t·hm~(-2))对水稻生长期内稻田田面水氮磷迁移转化特征的影响。研究结果表明:各处理的田面水总氮、硝氮、铵氮浓度在施肥后第3 d达到最高,然后迅速下降,并逐渐稳定;田面水总磷浓度在施肥后2~4 d内增幅较小,而后迅速下降至稳定,施加生物炭对田面水总磷的影响不大;可溶性磷浓度在施肥后2~4 d内处于平稳下降的状态,之后迅速下降至稳定。稻田施肥后10 d内是控制氮磷流失的最佳时段。采用生物炭代替部分化肥的施肥方式,在一定范围内能降低稻田田面水的氮磷浓度,稻田退水氮、磷的输出负荷分别减少了39%~50%和38%~50%,显著提高了水稻生态效益。通过综合效益评估可知,施加5 t生物炭代替化肥是综合效益最高的施肥方法,该施肥方式下氮、磷的年输出负荷分别为16.83、1.89 kg·hm~(-2)。     

施用控释肥对稻季田面水不同形态氮动态变化特征研究

习惯施肥处理施用尿素的田面水TN(总氮)和DN(溶解态氮)浓度峰值分别为152.5 mg/L和121.2 mg/L、控释肥处理施用"金正大"控释氮肥TN和DN峰值分别为51.6 mg/L和43.5 mg/L,至10¹2 d氮浓度下降明显并趋于稳定,水稻施用基肥前10 d是控制稻田N素流失的关键时期。