灌溉排水耦合调控稻田水分转化关系

该文利用装配有地下水位自动控制系统的蒸渗仪,分析节水灌溉与旱地控制排水技术耦合调控对于稻田水分转化关系的影响。结果表明,灌排耦合调控在小幅减少水稻产量的同时,显著减少了稻田灌溉水量、地下排水量及水稻蒸发蒸腾量,最终显著增加了水稻水分生产效率。与常规灌排稻田相比,灌排耦合调控稻田水稻产量减少1.9%,灌溉水量、地下排水量及水稻蒸发蒸腾量分别显著减少41.7%、49.9%及24.9%,水分生产效率增加30.5%。随着控灌稻田排水控制限的提高,稻田灌溉水量、地下排水量及水稻蒸发蒸腾量减少,水稻产量保持稳定,使得水稻水分生产效率进一步增加。提高控灌稻田的排水控制限,减缓了稻田土壤水分的衰退速度,并增加稻田地下水位低于排水控制限的比例,稻田灌溉次数与发生地下排水的时段均减少,使得控灌稻田灌溉水量与地下排水量下降,两者综合作用下控灌稻田水稻蒸发蒸腾量减少。在采用控制灌溉模式的基础上,适当提高稻田排水控制限,可以较好地实现水稻生产中水分的高效利用,研究结果可为优化稻田水管理模式提供依据。     

控制地下水位减少节水灌溉稻田氮素淋失

为探讨高效的稻田灌排管理模式,降低稻田氮素淋失风险,该文利用装配有地下水位自动控制系统的蒸渗仪,研究地下水位调控对节水灌溉稻田氮素淋失的影响。结果表明,稻田排水控制限的提高可减少控制灌溉稻田地下排水量,控制地下水位处理1稻田地下排水量为179.4mm,分别较控制地下水位处理2(195.9mm)和控制地下水位处理3(285.8mm)稻田减少8.4%和37.2%。随稻田排水控制限的提高,控制灌溉稻田地下排水中铵态氮(NH4+–N)浓度增加,硝态氮(NO3-–N)浓度下降。与控制地下水位处理2和控制地下水位处理3稻田相比,控制地下水位处理1稻田地下排水中NH4+–N质量浓度均值分别增加9.3%和27.3%,地下排水中NO3-–N质量浓度均值分别减少32.6%和1.8%。稻田排水控制限的提高显著减少了控制灌溉稻田NO3-–N淋失量(P0.05),控制地下水位处理1稻田NO3-–N淋失量为0.27kg/hm2,分别较控制地下水位处理2(0.43kg/hm2)和控制地下水位处理3(0.88kg/hm2)稻田显著减少0.16和0.61kg/hm2(P0.05),控制地下水位处理2稻田NO3-–N淋失量较控制地下水位处理3稻田显著减少0.45kg/hm2(P0.05)。采用控制排水技术,适当提高控制灌溉稻田的排水控制限,可有效降低稻田NO3-–N淋失对地下水污染的风险。该研究可为制定满足控污减排需求的稻田灌排管理模式提供指导。     

稻田-沟塘系统水氮动态模拟与灌排调控模型构建

沟塘系统对农田排水具有较好的拦蓄能力,是降低中国南方稻区农业面源污染风险的有效措施,定量化评价稻田-沟塘系统水氮过程是合理制定水氮管理措施的关键。该研究以稻田-作物模型WHCNS_Rice为基础,通过添加沟塘水氮平衡和灌排调控过程,构建了稻田-沟塘系统水氮调控模型。并采用太湖流域2 a不同灌排和施肥处理的田间试验数据校准和验证模型,分析不同灌排和施肥处理下稻田-沟塘系统的调控策略。研究结果显示,模型能够模拟不同灌排和施肥处理下稻田土壤含水量、稻田田面水深、径流量、氮素径流损失量、氨挥发量、作物吸氮量和作物产量,模拟的相对均方根误差、一致性指数和模型模拟效率的范围分别为4.6%～29.7%、0.758～0.996和0.073～0.983,均在可接受的范围内。模拟结果显示,与传统处理相比,控制灌溉结合优化施肥,减少了稻田32.1%～36.2%的灌溉水用量和36.7%～67.3%的氮素径流损失,同时平均降低了55.1%沟塘硝态氮浓度,从而降低了沟塘地表氮素径流损失风险。Morris敏感度分析结果显示,稻田土壤水力学参数和沟塘渗漏速率对沟塘水深的模拟影响较大,而作物参数的敏感度相对较低。沟塘硝态氮浓度对稻田水力学参数、沟塘氮素消纳系数和氨挥发一阶动力学系数较敏感。同时,构建的模型能反映不同水氮管理措施和沟塘/稻田面积比下稻田-沟塘系统水分消耗、氮素去向和作物生长过程。该模型可为优化稻田-沟塘系统水氮管理方案、防控农业面源污染提供有力工具。     

稻田中氮素流失的田间试验与数值模拟研究

在上海青浦农田水利试验站进行田间试验,研究了淹灌稻田在排水条件下的氮素流失规律。在试验的基础上提出了氮素运移与转化的数学模型,对氮素的淋失动态进行了模拟研究。分析表明,淹灌稻田的淹水层和剖面土壤溶液中氮素的主要形态为ＮＨ＾＋４－Ｎ;施肥后淹水层中氮素浓度衰减呈指数消退;水稻生长期间,氮肥损失的主要途径是气体损失,而淋失量相对较小。     

用DrainMOD模型模拟稻田排水与氮素流失

稻田排水伴随的氮素流失是造成当前农业面源污染的主要原因之一。DrainMOD排水模型和DrainMOD-N氮素运移模型是模拟田间尺度下土壤水氮运移的有效工具。该文将模型应用于湿润的水稻种植区,对湖北漳河灌区稻田排水和氮素流失过程进行了模拟。结果显示,水稻全生育期模拟排水总量、硝态氮和铵态氮流失总量与实测值吻合较好,相对误差分别为4.6%、16%和2.8%,但从各生育阶段分开的模拟结果来看,还存在较大的误差。经初步分析,观测资料有限,模型参数率定不充分是主要原因。研究总体表明,DrainMOD模型可以有效地描述稻田排水排氮过程,对提高水肥效率,预防面源污染具有重要意义。     

节水灌溉控制排水条件下稻田水氮平衡试验与模拟

为了揭示我国南方灌区节水灌溉控制排水条件下稻田水平衡机制及其氮素迁移转化规律,以指导稻田水肥管理,该文以2007－2008年试验区域水稻生长期田间水氮监测数据为依据,基于一阶氮素动力反应方程,耦合田间水平衡及氮素渗漏和作物吸收过程,构建了田间水氮平衡模型,模拟计算了试验区稻田日渗漏水量与各氮素迁移转化过程中的日铵态氮和硝态氮量。结果表明,试验区田间水经渗漏和排水流失占降水和灌溉水总和的54.7%,气态氮素损失（挥发和反硝化）和渗漏是稻田氮素损失的主要途径,挥发和硝化损失量分别占铵态氮和硝态氮的30.6%和36.1%。渗漏流失中硝态氮明显高于铵态氮,排水中铵态氮高于硝态氮。通过渗漏流失的总氮素量亦较大,渗漏硝态氮和铵态氮分别占其相应氮素形态的9.8%和29.5%。因此,减少氮素气态损失有利于提高节水灌溉控制排水稻田氮肥利用率     

明沟-暗管组合控排下稻田水氮流失特征

准确认识稻田灌溉或降雨引起的排水发生规律及面源污染物排放特征,有助于优化控制灌排措施,实现稻田高效控污减排。该研究通过在稻田暗管和明沟排水出口处设置水位控制装置,组成了稻田明沟-暗管组合控排系统,针对6次典型灌溉引起的排水事件,监测了暗管出口和明沟出口处的排水强度和氮素浓度,开展了水氮流失规律研究。结果表明,在仅明沟控制排水（OD）下,灌溉引起的明沟排水量占总灌水量的44.0 %,灌溉导致的排水占比较大,应引起重视;对于明沟-暗管组合控制排水（CD）,暗管和明沟控排的两级衔接改变了稻田和明沟的排水过程,使CD明沟出口排水峰值、强度及排水持续时间均低于OD,排水量降低了51.6%,CD明沟排水量占灌水量的比例降至24.4%;灌溉伴随施肥的排水事件（F1、F2和F3）中铵氮（NH4+）、硝氮（NO3-）和全氮（TN）的浓度远高于单纯灌溉的排水事件（D1、D2和D3）,应注意施肥关键期的排水管理以减少氮素流失;CD明沟控排对暗管排水中的NH4+、NO3-和TN的消减比例分别为52.2%、54.2%和54.9%,同时CD明沟排水NH4+、NO3-和TN负荷相比OD明沟排水降低了42.6%、70.7%和39.3%,明暗组合控排系统的控污减排效果明显。因此,明暗组合控排措施具有较好的减排控污效果,对提高南方稻作区农田水氮利用效率和减轻面源污染具有一定借鉴意义。     

稻田土壤中氮素淋失的研究

本文应用稻田大型原状土柱渗漏计，研究了双季稻田土壤中氮素随渗漏水流淋失的形态、数量、季节性变化以及若干农化因子的影响。明确了稻田中氮素淋失的基本形态是硝态氮（ＮＯ３＾－－Ｎ），估算出双季稻田中氮素淋失总量可接近３０ｋｇＮ／ｈａ，同时肯定了农田施用氮肥对地下水体环境可能的ＮＯ３＾－－Ｎ污染，建议双季稻田中每季水稻的氮肥用量宜控制在１５０ｋｇＮ／ｈａ；本文还证实氮肥用量对氮素淋失有明显影响，不同氮肥品     

稻田氮素淋失测定方法的研究进展

氮素淋溶是稻田氮素向周围水体迁移的重要途径,氮以NO3–-N淋溶的形式进入水体,造成的地下水污染问题越来越引起人们的关注,有关稻田氮素淋溶的损失已开展了许多研究,所采用的研究方法不一。本文总结讨论了稻田土壤氮素淋溶的常用测定方法,主要包括土壤溶液提取法、原状土柱法、土钻取样法以及计算机模拟法和同位素示踪等方法,分别对其优缺点以及应用进行了阐述;同时对计算氮素渗漏总量的方法进行了总结,主要包括水分平衡法、达西定律法、小区渗漏池法和大型原状土柱等方法,以期为稻田氮素淋溶损失的相关研究提供技术支持和科学依据。     

DMPP减少稻田土壤氮素损失的研究进展

以追求高产为目标的过量施肥不仅造成养分资源的浪费,而且由于养分流失导致对周边水体的污染。利用硝化抑制剂与氮肥配施被认为是减少农田氮素损失,提高氮肥利用率的有效途径。本文以新型硝化抑制剂3,4-二甲基吡唑磷酸盐(简称DMPP)为研究对象,就其特性与优势,结合稻田氮素循环的自身特点,重点介绍了DMPP对稻田氮素损失各主要环节的影响。从DMPP对稻田硝化与反硝化的作用机理、微生物影响及作用效果等方面,综述了其在减少稻田氮素损失、提高氮素利用率,降低农业面源污染风险,促进环境保护方面的作用。同时对目前研究中存在的问题和争议进行了分析讨论,对今后关于DMPP应该深入的研究方向进行了展望。     

水稻控制灌排模式的节水高产减排控污效果

为合理地集成控制灌溉和控制排水技术,实现节水、高产、减污目标的统一,该文应用控制灌排技术于2015-2016年在涟水县水利试验站开展大田小区试验,对稻田灌溉用水量、产量及氮磷流失情况进行监测和分析。2 a研究结果表明:与对照处理(控制灌溉)相比,采用轻旱控制灌排技术并不导致水稻减产,且稻田灌溉定额能够降低11.89%(P0.05),同时由于排水峰值和排水次数明显减少,总磷、铵态氮、硝态氮稻田表面径流流失负荷分别降低54.58%、36.29%和60.10%(P0.05),但在雨量较多的年份会增加渗漏量,从而造成总磷、铵态氮淋失负荷升高;采用重旱控制灌排技术时,水稻减产不显著,稻田灌溉定额减少29.88%,排水定额减少58.95%,总磷、氨态氮、硝态氮地表径流流失负荷分别降低59.23%、38.88%和62.97%,但淋失负荷分别增加了24.57%、30.17%和15.88%,可能造成地下水污染。应用基于序关系分析法和熵值法组合权重的TOPSIS理想解法对水稻灌排方案进行优选决策,结果表明轻旱控制灌排在保证粮食生产量的前提下具有良好的节水减排控污效果。     

不同水氮管理下稻田氨挥发损失特征及模拟

为了探讨减少稻田氨挥发的合理水氮管理措施,基于田间试验资料,分析了不同水氮管理稻田氨挥发损失规律及其交互影响,并用DNDC(土壤碳氮循环模型)模型模拟了节水灌溉条件下不同氮肥管理稻田氨挥发损失动态特征。结果表明,控制灌溉和实地氮肥管理的联合应用既大幅降低了稻田氨挥发峰值,又降低了稻田大部分无施肥时段的氨挥发损失,稻田氨挥发损失量为39.63kg/hm2,较常规水肥管理稻田降低44.69%。采用DNDC模型模拟节水灌溉条件下不同氮肥管理稻田氨挥发损失量是可行的,稻季氨挥发总量模拟值与实测值相对误差均在±10%以内。节水灌溉和实地氮肥管理的水氮联合调控显著降低了稻田氨挥发损失量,且实地氮肥管理对氨挥发损失降低的贡献率要大于节水灌溉。该文研究结果可为稻田的水肥科学管理,减少稻田氨挥发损失提供依据。     

水稻沟田协同控制灌排模式的节水减污效应

南方地区水稻生长期暴雨较多,高施肥量下的稻田易使大量氮磷随排水流失,导致水体环境恶化。该文提出稻作区沟田协同控制灌排技术的概念,即在农田蓄雨控排的基础上,利用农沟对农田排水再次拦截,并滞蓄农沟控制区内沟渠、道路以及农田侧渗排水,利用农沟和农田的湿地效应,减少排水量及氮磷浓度,降低污染物负荷。2013年采用大田试验,测试农田和农沟尺度上的灌排水量、灌排次数和氮磷流失量,对上述模式进行验证。结果表明,农田尺度上,蓄雨控排模式较对照处理(浅水勤灌)需水量和耗水量减少18.8%和15.3%,灌溉定额和地面排水量分别减少28.0%和60.6%,氮、磷负荷分别减少58.6%和58.8%,灌水次数减少4次,处理间差异显著(P0.05),处理间籽粒产量无显著差异(P0.05)。农沟尺度上,沟田协同控制灌排技术较非控排模式排水量减少55.9%,总氮和总磷负荷分别减少59.7%和66.7%;降雨初期农田和农沟水中氮磷浓度高且随滞留时间衰减较快,控制排水能有效减少氮磷负荷;渗漏水量中氮磷浓度较低。沟渠、道路等非农田的地面排水量占沟道总排水量的31.3%~38.7%,也是重要的氮磷负荷来源。结果表明沟田协同控制灌排技术具有较好的节水、省工和减排、控污效果,对南方稻作区灌排管理具有指导意义。     

排水循环灌溉驱动的稻区水循环模型与评价

排水循环灌溉可补充灌溉和减少涝水排放,具有缓解南方稻区旱涝急转和农业面源污染危害的潜力,但仍无有效的模型来模拟排水循环灌溉驱动下的水文过程。为此采用penman-monteith公式和作物系数法并考虑稻田渗漏与降雨有效性条件下应用水量平衡估算水稻灌溉需水量,改进SCS(soil conservation service)模型估算排水量,再以塘堰为对象建立调蓄排水和灌溉需水的水平衡演算模型。在漳河水库灌区应用该模型发现,水稻种植区存在大量的排水可供灌溉利用,而排水循环灌溉利用量受灌排面积比、塘堰容积率和塘堰初始蓄水率的影响;提高灌排面积比和塘堰容积率能明显提高补充灌溉率和排水再利用率,当两者达到一定值时补充灌溉率和排水再利用率便稳定在最高值,补充灌溉率高达20%;补充灌溉率随塘堰初始蓄水率的增加而缓慢增至20%,排水再利用率先随初始蓄水率的增加而稳定不变,随后逐渐降低。排水循环灌溉驱动的水循环模型为合理匹配排水循环灌溉的塘堰或排灌规模提供有效方法。     

控制排水条件下淹水稻田田面及地下水氮浓度变化

为了在减少农田面源污染,提高氮肥的利用效率。该文通过蒸渗测坑进行淹水稻田不同渗漏强度控制试验,研究了稻田施肥后NH4+-N、NO3--N浓度变化及各生育阶段不同渗漏强度稻田水NH4+-N、NO3--N浓度变化。结果表明：施分蘖肥后,地表水及地下水NH4+-N浓度急剧升高而后回落,均在施肥后第5天出现峰值,分别为17.75和10.34?mg/L;地表水NO3--N浓度短暂升高后便回落,在施肥后第2天出现峰值,但地下水NO3--N浓度急剧上升而后回落,在施肥后第5天出现峰值（3.25?mg/L）,6?d上升了249.4%。稻田补水会扰动土壤,促进土壤表层吸附的NH4+-N的释放及硝化进程,使地表水中NH4+-N和NO3--N浓度升高,随着淹水时间的延长,NH4+-N和NO3--N浓度会随之降低。不同渗漏强度（2和4?mm/d）对稻田水氮素变化有一定影响,但各处理之间差异不显著。因此,施肥后应该避免排水,应避免雨后和灌水后立即进行地表排水。