生态灌区农田排水沟塘湿地系统的构建和运行管理

建设生态型灌区是灌区现代化发展的重要内容。针对传统灌区农业面源污染日益严重的现状,总结了当前利用农田排水沟渠塘堰系统去除农业面源污染的研究进展,探讨了减污型农田排水沟渠塘堰湿地系统的构建方法,其基本特征包括:水利工程属性(排渍排涝及水流的不冲不淤要求),沟塘末端修建控制排水闸(低坝),种植优势植被,生态护岸(护底)工程,排水闸(退水闸)等水工建筑物减污型工况设计。分析了该系统的运行管理方式。     

淮北砂姜黑土区暗管排水氮素流失模拟研究

农田氮素流失是水环境氮素污染的主要来源,农田排水是造成农田土壤养分流失的主要途径。利用DRAINMOD排水管理模型通过对试验区排水量的模拟,确定了氮素流失量,氮肥淋失量与农田排水条件的关系,暗管排水强度增大,会增加氮肥淋失量,提出了进行合理水位管理,减少氮素流失的方法。     

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<...     

农业非点源污染的控制与生态调节技术

论述了农业非点源污染生态调节与控制的三种途径：农田生态系统管理、建立植被缓冲带、利用湿地生态系统。认为农田生态系统管理是从源头控制污染发生，通过优化种植制度、土壤合理耕作培肥、合理灌溉技术及病虫害综合防治等措施，可提高水体环境质量，保证农业稳产高产。指出建立植被缓冲带和湿地生态工程是农业非点源污染的生态调节措施，合理规划设计、优化结构和植物种类，可减少农业非点源污染。     

灌溉-排水-湿地综合管理系统的引进和改造应用

由于过量施用化肥、农药以及未经无害化、资源化处理的畜禽排泄物大量进入农田,导致我国严重的农田面源污染。而这种污染,在水稻灌区传统的灌排模式下,农田排水的水质污染问题日益严重。传统的灌溉排水系统只注重水量方面的问题,即旱能灌,涝能排,没有考虑水质改善方面的需求。如何通过对现有灌溉排水系统的改造来实现农田排水水质净化的目的具有非常重要的现实意义。借鉴由美国俄亥俄州立大学的研究人员开发的灌溉-排水-湿地综合管理系统（WRSIS）的理念和思路,结合我国南方平原和浅丘陵地区水稻灌区灌溉排水系统的特点,分别在广西青狮潭灌区以改造农田洼地为人工湿地为主,在湖北漳河灌区以开发现有灌溉塘堰的净化水质能力为主来开展相关田间试验。试验结果表明,改进的WRSIS系统可显著地降低稻田排水中总氮、总磷的含量,实现控制和减少农田面源污染,达到修复农田水环境的目的。     

洱海典型灌区小流域土地利用类型对流域产流产沙及非点源氮磷流失影响规律模拟

以洱海的洱源典型小流域为研究区,基于SWAT模型,模拟了2001-2014年不同土地利用条件下灌区产流、产沙及非点源氮磷的流失规律。结果表明,不同土地利用类型的总径流产流能力由强到弱依次为林草地、水田、旱地。不同土地利用类型产沙量、总氮、总磷排放总量及单位面积排放量均呈现出旱地水田林草地的规律。由此可知,旱地和水田的氮、磷排放是灌区农业非点源氮、磷污染的主要来源。因此,选择合理的农田管理措施,有效控制旱地、水田的氮、磷排放是防控灌区农业非点源氮、磷污染的关键。     

北运河流域典型区污灌条件下氮素渗漏模拟及灌溉模式优选

为了揭示北运河流域农田氮素的渗漏迁移特征,为该流域水资源总体规划和非点源污染综合整治提供指导,以北运河流域武清区为研究对象,采用改进的SWAT模型对16种不同灌溉模式下农田氮素的渗漏特征进行模拟分析。结果显示,随着污灌次数的增加,氮素渗漏量也相应增加,但3次以下污灌,其变化不明显。在污灌次数相同,且连续污灌或者污灌间隔...     

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。     

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。     

宁夏银南灌区湿地分析

宁夏银南灌区湿地季节性变化明显,受灌溉水的影响极大,随着节水灌溉等缓解水资源矛盾措施的实施,湿地已经出现萎缩,这必然加大农田排水中氮磷等化合物的含量.从湿地功能的角度出发,结合湿地的成因、概况、湿地与农田的关系,阐述湿地存在的必要性,并建议在目前水资源紧缺情况下给湿地留出一定的水量,为恢复湿地功能、发挥湿地效益提供前提,也为减少农业非点源污染、保护生态环境奠定基础.     

利用层次分析法评价上海农田沟渠生态恢复影响因子的实证研究

农田沟渠是农田的重要基础设施,种类繁多的农田沟渠能够承担蛙类等动物的保护和保育、净化水质、去除污染物和保护生态等功能。对农田沟渠进行评价是指导沟渠建设的重要支撑,然而,关于农田沟渠的评价研究还少见报道,尤其是运用生态恢复的概念和维度对农田沟渠进行系统评价尚有待检验和讨论。利用层次分析法对上海农田沟渠生态恢复影响因子进行实证研究,分析农田沟渠生态环境修复的6个关键属性的影响因子在廊下镇全域土地整治农田沟渠中对应的指标参数,通过邀请9位专家对关键属性的权重进行排序,结果得到物理条件>免除威胁>结构多样性>物种组成>生态系统功能>外部交换关系。利用层次分析法进行尝试探索,为农田沟渠生态恢复的研究提供了一种新的角度和方法。     

农田灌溉系统中的立体污染及防治对策

我国城市污水处理率尚不到15%,全国30%~40%的水源已不符合灌溉水质标准。由于水资源严重短缺,农民不得不引用污水进行灌溉,加之灌溉排水方法不当,使一些灌区的土壤、农作物以至于地下水被严重污染,对这些灌区的饮水及食物安全构成严重威胁。因此,对农田灌溉系统中的立体污染成因及有害物的运移规律进行分析研究,提出防治灌溉污染的对策与措施,对于减轻农田环境污染,修复农田生态,保障我国农产品供给和人民身体健康具有非常重要的意义。     

灌区生态型沟渠形态构建技术研究

沟渠是灌区的重要组成部分，生态型沟渠形态和功能构建关键技术的研究对于灌区的生态建设意义重大。针对传统灌区沟渠日益突出的生境条件恶化、生物多样性下降、农业面源污染严重、水体自净能力下降等问题，对灌区生态型沟渠空间形态构建、水体自净能力提高和水质改善、适宜生境条件构建等关键技术进行了研究，为新形势下我国生态型灌区的沟渠形态构建提供了技术参考。     

农田沟渠湿地面积计算方法研究

农田沟渠湿地对农业非点源污染物有很好的净化作用。沟渠湿地方案设计中,湿地面积计算是影响湿地规模和净化效果的关键因素。在学习人工湿地面积计算的理论基础上,结合沟渠湿地具体特性对降雨径流、农田灌溉、湿地植物等影响因素进行分析,优化得出适合沟渠湿地面积的计算方法。     

稻麦轮作高标准农田控制排水对排水与氮素输出削减效果模拟

稻麦轮作区高标准农田建设中,通过加深排水沟提高麦作期农田排水降渍能力的同时,加大稻作期农田排水输出,不仅降低了水资源利用效率,而且加重了接纳水体的污染。本文基于江苏省扬州市沿运灌区稻麦轮作农田排水水文水质过程的监测结果,利用田间水文模型（DRAINMOD）模拟了长序列气象条件下,灌区提高农田降渍能力对稻田排水、氮素流失及灌溉需求的负面影响以及控制排水措施的积极效果。结果表明,在节水灌溉模式下,研究区排水沟深度由现状的60cm加深至120cm,排水间距由120m加密至20m时,稻作期排水量与总氮（TN）输出负荷增加9.0%～22.2%、氨氮（NH3N）输出负荷增加4.0%～16.8%、灌溉用水量增加9.6%～23.4%。若结合田间管理要求,实施控制排水则可有效缓解提高农田降渍能力造成的负面影响;当排水沟深为120cm,间距为120～20m时,稻作期控制排水可使排水量和TN输出负荷减少19.3%～35.3%、NH3N输出负荷减少7.6%～27.2%、灌溉用水量减少22.9%～40.0%。由于控制排水降低了地下排水梯度,相较于传统排水,农沟从60cm加深至120cm时,地下排水平均占比降至50.7%,灌溉用水量相应减少。综上,稻麦轮作农田控制排水具有显著的节水减排作用,可有效降低高标准农田建设中提高降渍能力所产生的负面影响。研究成果可为稻麦轮作区高标准农田建设与水环境保护提供理论依据与技术支撑。     

保水材料对河套灌区土壤硝态氮和铵态氮动态变化的影响

为了研究内蒙古河套灌区农业化肥面源污染检测和治理措施,采用大田土壤淋溶试验,分析了河套灌区农田在保水材料处理下,玉米生育期内土壤硝态氮、铵态氮累积量及动态变化特征。结果表明,与CK相比,保水材料处理玉米苗期土壤NO_3~--N累积量平均提高20.49%,收获期平均降低13.98%;苗期土壤NH_4~+-N累积量平均提高35.21%,收获期平均降低28.93%。保水材料有效地抑制了氮素的淋溶损失,提高了氮素利用率,同时保证了玉米生育后期有效氮的供应,避免短时间内氮素的大量累积,在一定程度上减少了化肥面源污染,为农业面源污染治理提供有力措施。     

非点源污染控制的生态管理技术

我国非点源污染具有随机性和模糊性大、滞后性和潜在性强、分布广泛等特点。由于缺乏有效的管理技术,非点源污染控制的形势十分严峻。为此,详细阐述了生态管理技术的内涵、适用性和功能;论证了生态管理技术是控制非点源污染,实施社会、经济、自然可持续发展的有效途径;针对浙江省非点源污染现状,从源头污染控制和径流污染控制两个方面,提出了浙江省非点源污染控制的生态管理技术。     

长江中下游地区农业非点源氮污染控制对策

调查发现，长江中下游地区农村非点源氮污染85．14％来自农田水稻氮肥的流失，6．37％来自土壤侵蚀。因此，控制非点源氮污染应重在预防，目标放在减少产生量这一环节。为此根据长江中下游地区农业非点源氮污染特征，提出了以提高该地区氮肥利用率为重点的农业非点源氮污染控制对策及建设。     

次暴雨下灌区排水河道氮素迁移转化试验研究

以江苏溧水县岔河为研究对象,比较了在降雨条件下农田排水口与近农田河道中氮素浓度的差异,分析了TN、NH4+-N和NO3--N在不同生态护坡河道中时空变化规律。结果表明,产流初期农田排水出口氮素浓度较高,此后呈下降趋势,而河道中不同形态氮素浓度大多先于径流达到峰值,TN、NH4+-N浓度均呈现随降雨径流先增大后减小的趋势,NO3--N变化趋势比较平缓。且可溶性氮是氮素流失主要形态。TN、NH4+-N和NO3--N浓度在空间上也有其变化规律,由于河道生态系统的净化功能使得河道断面浓度明显低于农田排水出口,并且经过生态整治的河道在降雨径流条件下对氮素有较好的截留作用。而不同治理模式的河段对氮素的截留效果有明显差异,采用自然生态治理模式和植生型抛石护岸的河段对氮的截留效果要优于采用浆砌石护坡的河段。     

SWAT水文模型在灌区水文和物质模拟中的研究进展

SWAT模型是当前世界广泛被使用的流域分布式水文模型,主要在大尺度上对流域不同的水文物理化学过程进行模拟。近年来,随着灌区水文过程的深入研究,SWAT模型逐渐由单一的流域水文模拟扩展到灌区水文、农业非点源污染的模拟,然而在灌区模拟的过程中存在一系列问题。系统地介绍了SWAT模型的特点,并对国内外学者应用SWAT模型在灌区水文、污染物模拟中的改进,与其他模型联合应用,灌区非点源污染等方面进行了总结和评述,并对SWAT模型在灌区模拟中仍然存在的问题进行了分析和总结,探讨了SWAT模型在平原型灌区的应用前景并进行了展望。