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。     

太行山山前平原冬小麦生长季硝态氮的淋失研究

试验研究太行山山前平原冬小麦生长季NO3- N淋失结果表明 ,该区现有灌溉施肥制度冬小麦生长季存在NO3- N的淋失 ,且主要发生在底墒水和返青水灌溉时期。整个冬小麦生长季施N水平为 1 0 0kg hm2 、2 0 0kg hm2 和 4 0 0kg hm2 时 ,通过 1 80cm土层界面的NO3- N淋失量分别为 0 1kg hm2 、2 2 1kg hm2 和 1 1 0 1kg hm2 。     

农田水位管理系统地下排水磷淋失实验研究

农田控制排水对减少土壤养分淋失、保护农田水环境具有重要作用。为探讨影响地下排水磷淋失量的要素,基于田间实验小区观测资料,统计分析了玉米作物生长期间农田水位管理系统运行对地下排水量和磷淋失量的影响,结果表明,与暗管自由排水系统相比,农田水位管理系统下的累积排水总量约减少1/3,但次地下排水磷淋失浓度和地下排水总磷累积淋失量均明显增高。农田水位管理系统下存在的土壤持续性饱和厌氧状态造成地下排水中氧化还原电位Eh的明显降低和pH值及可溶解性Mn和Fe浓度的显著增大,这或许是导致该系统地下排水磷淋失量明显高于暗管自由排水系统的主要影响因素。     

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。     

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。     

有机种植条件下水肥管理对氮素淋洗和氮素平衡的影响研究

利用自流式农田地下淋溶收集装置,研究设施蔬菜有机种植中有机肥与水的不同管理模式下氮素淋洗的变化特征,并对土壤-作物体系的氮素表观平衡进行评估。结果表明,有机肥施肥量对淋洗液中NO3--N浓度有明显影响,并在施肥后60 d左右出现峰值,种植期间的淋溶液中NO3--N的平均浓度最高达到61.57 mg/L。施肥量明显影响氮素累积淋洗量,常规水肥管理(施有机肥N量718.2 kg/hm2,灌溉量1 200 mm)下氮素淋失量最大,为17.32 kg/hm2;而水肥减量管理(施有机肥N量359.1 kg/hm2,灌溉量700 mm)下,氮素淋失量明显降低,为10.78 kg/hm2。在0~90 cm的作物-土壤体系中,常规施肥管理下的氮素平衡值超过300 kg/hm2,而减半量施肥的平衡值在15.0 kg/hm2以下,有效地维持了系统氮素平衡。     

旱涝交替下控制灌溉对稻田节水及氮磷减排的影响

该文研究控制灌排技术对稻田水氮磷动态变化及节水减排效应的影响。于2015年5—10月在河海大学江宁校区节水园,在有底侧坑内进行水稻栽培试验,于水稻分蘖期、拔节孕穗期、抽穗开花期和乳熟期4个生育阶段进行控水试验,以常规控制灌溉为对照,测定稻田淹排水铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和总磷浓度变化。结果表明:旱转涝处理淹水初期稻田水中铵态氮(NH_4~+-N)、硝态氮(NO_3~--N)和总磷浓度显著高于涝转旱处理,这个时期地表和地下排水应该引起注意。控制灌排条件下灌水量减少7.4%~18.5%,排水量减少23.0%~43.5%,NH_4~+-N负荷减少18.5%~54.5%,NO_3~--N负荷减少16.8%~57.7%,总磷负荷减少34.2%~58.3%;其中拔节孕穗期和抽穗开花期在保证节水减排的同时,也能实现较高的产量;因此,控制灌排技术具有较好的节水减排效果,对南方稻作区灌排实践具有指导意义。     

水位、排水量和作物产量对排水管理的响应

地下排水是优化作物产量的一个重要策略,但会加速NO3-N损失进入下游水体。因此,需要一个既维持作物产量又降低地下排水量和NO3-N输出的策略。设置控制排水、浅排水、传统排水和不排水4种处理,通过测定地下排水量、水位深度、作物产量和NO3-N输出,评估排水管理的影响。研究期间,控制排水管理和浅排水管理下的排水量较传统排水管理分别下降37%和46%,年均NO3-N损失分别降低36%和20%。控制排水小区玉米产量低于传统排水小区,然而和浅排水小区没有差异。排水区的大豆产量无显著差异。不排水小区玉米产量显著低于传统排水处理区和浅排水处理区,而大豆产量最低。排水管理可降低地下排水量并减少下游NO3-N损失,进而维持作物产量。     

太湖地区稻麦轮作农田氮素淋洗特点

通过排水采集器模拟试验研究了太湖地区不同施肥水平下农田N素淋洗特点。结果表明,N的渗漏损失以硝态氮（NO3^--N）为主,并发生在麦季,铵态氮（NH4^ -N)淋洗量则很少,NO3^--N的量占渗漏液总N量的43%-72%,浓度为20-110mg/kg;渗漏水中N的含量与土壤N的淋洗量随施肥量的增加而增加,麦季土壤中NO3^--N肥量的3.7%-12.2%;与纯化肥处理比较,化肥 猪粪处理增加了农田N的淋失,化肥 秸秆处理减少了土壤中N的淋失,与麦田渗漏水相比较,稻田渗漏水除水稻生长早期的部分样品外,NO3^--N和NH4^ -N含量均很低,分别在1mg/kg和0.5mg/kg以下。     

太湖地区稻麦轮作农田氮素淋洗特点

通过排水采集器模拟试验研究了太湖地区不同施肥水平下农田N素淋洗特点.结果表明,N的渗漏损失以硝态氮(NO-3-N)为主,并发生在麦季,铵态氮(NH+4-N)淋洗量则很少,NO-3-N的量占渗漏液总N量的43%～72%,浓度为20～110mg/kg;渗漏水中N的含量与土壤N的淋洗量随施肥量的增加而增加,麦季土壤中NO-3-N的总淋洗量为17.8～58.5kg/hm2,平均为39.2kg/hm2,净淋洗量为5.5～40.7kg/hm2,平均为21.4kg/hm2,占施肥量的3.7%～12.2%;与纯化肥处理比较,化肥+猪粪处理增加了农田N的淋失,化肥+秸秆处理减少了土壤中N的淋失.与麦田渗漏水相比较,稻田渗漏水除水稻生长早期的部分样品外,NO-3-N和NH+4-N含量均很低,分别在1mg/kg和0.5mg/kg以下.     

灌排调控的稻田排水中氮素浓度变化规律

基于农田排水氮素浓度及湿地进出口断面总氮（TN）、氨态氮（NH4+-N）、硝态氮（NO3--N）浓度的监测,研究了灌溉排水措施以及沟塘湿地对农田排水中氮素浓度变化的影响。结果表明,控制灌溉的水稻全生育期稻田排水中TN、NH4+-N和NO3--N浓度分别较常规灌溉处理低12.08%、20.33%和13.51%;控制排水处理下稻田排水中TN、NH4+-N和NO3--N浓度分别较常规排水处理低2.21%、7.08%和20.92%;湿地出口水体中TN、NH4+-N和NO3--N浓度分别比入口降低了16.8%、14.4%和50.9%,湿地水体中TN、NH4+-N、NO3--N浓度随时间近似服从指数函数衰减趋势。控制灌溉、控制排水及沟渠塘湿地系统的调控措施对农田排水中氮素的净化效果比较显著。     

高肥力稻田分次施氮对氮素淋失的影响

通过自行设计的渗漏计研究在控水灌溉条件下稻田不同氮肥处理氮素淋失的动态规律,结果表明:在水稻整个生育期间,渗漏水中铵态氮、硝态氮保持较低的浓度,均小于1mg/L,但对硝态氮而言,仍是氮素淋失的主要类型。从总的趋势来看,渗漏水中氮素浓度随施肥量增加而增加。每次施肥后,不同处理渗漏水中的NO3--N浓度均表现为短期内迅速上升、后期逐渐下降的趋势,其中NH4 -N浓度与NO3--N消长规律相似,但表现出峰值超前的特征。各小区渗漏计中NH4 -N、NO3--N及TN累积渗漏量与施肥量之间存在显著相关性,R2分别达到0.933*,0.984**和0.982**。另外从环境和经济角度考虑,建议在土壤质地粘重、基础肥力较高的水稻土施肥量控制在75～150kg/hm2为宜,控制氮素淋失主要时期为施肥后一周内,特别在基肥施后尤为关键。     

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。     

青铜峡灌区水稻田三氮变化特征试验研究

以宁夏青铜峡灌区水稻田三氮（总氮、氨氮、硝氮）作为研究对象,从田间运移、土壤剖面中的变化以及在排水沟内受到的消解作用方面进行了分析。结果表明：（1）水稻田间,排水中总氮浓度大于其在引水中浓度;5、6月份田间积水中总氮浓度小于其在引水、排水中浓度,7、8月份刚好相反。引水中氨氮浓度小于其在田间积水、排水中浓度。5—7月排水中硝氮浓度〉其在引水中浓度〉其在田间积水中浓度,8月份变化没有明显规律。（2）土壤剖面中0-20 cm土层三氮含量最高,随着土壤剖面加深,呈递减趋势,总氮在灌溉后的含量高于灌溉期间,氨氮、硝氮灌溉后的含量低于灌溉期间。（3）排水沟内三氮均受到消解作用,消解幅度呈氨氮〉总氮〉硝氮的趋势,且与植被覆盖度、沟道长度、水流速度等因素关系密切。     

地下水位波动对包气带中氮素运移影响规律的研究

为探讨地下水位不同尺度波动幅度中氮素运移规律,室内通过土柱I、Ⅱ和Ⅲ模拟地下水位的不同尺度上下波动进行对比试验。试验中柱I水位保持静止、柱Ⅱ波动幅度为15em、柱Ⅲ波动幅度为30cm,在实验装置相同情况下,得出三柱各土层中DO、NO3^- —N和NH4^＋ -N浓度变化。结果表明：柱I中DO、NO3^- -N和NH4＋^ —N变化较小,而柱Ⅱ、Ⅲ中DO、NO3^- —N和NH4^＋ —N均变化较显著,且柱Ⅲ的变化幅度要大于柱Ⅱ。对比水位静止的柱I,当水位上升和下降后,柱Ⅱ、Ⅲ各土层中DO和N0i—N浓度均减小和增大,增减趋势相同,但DO和NO3^- —N的变化幅度均为柱III〉柱II;NH4^＋ —N浓度相应地增大和减小,增减趋势相同,但幅度柱Ⅲ〉柱Ⅱ。柱Ⅱ、Ⅲ进行两次循环波动后,两土柱各土层中NH4^＋ -N均减小,且减小幅度柱Ⅲ〉柱Ⅱ;NO3^- -N无明显规律。可知,水位波动对土层中硝酸盐运移影响显著,且水位波动尺度与该影响程度相关,故在地下水硝酸盐污染风险评价时,不可忽视水位波动对氮素运移的影响。     

灌排控制措施结合沟塘湿地改善水稻灌区排水水质的模拟分析

针对水稻灌区农田排水氮素输出影响水环境的问题,该研究以大运河扬州段沿运灌区为例,在大田监测的基础上,运用田间水文模型--DRAINMOD模拟分析不同田间灌排控制措施的减排效果,并探讨利用农田周边沟塘湿地净化排水,达到灌区小流域不同水质目标的水管理方案。结果表明,在研究区目前常规灌溉（定额为9 600 m3/hm2,合水深960 mm）和常规排水（排水沟深0.6 m,等效间距50 m）模式下,农田单位面积上的年均排水总量高达1 162 mm,是灌溉量与降雨量之和的59%;其中地表径流占比51%,仅有25%是由降雨造成的不可控部分。采取理想的避免地表径流的干湿交替控制灌溉措施（年均灌溉量320 mm）可以显著降低排水量和氨氮的输出,相较于常规灌溉模式,可削减55%的排水量和59%的氨氮输出。研究区农田控制排水削减排水总量的效果较差,且在一定程度上增加了地表径流。由于地表排水中氨氮浓度（2.85 mg/L）高于地下排水（其浓度为1.80 mg/L）,地表排水比例的提高会增加排水对氨氮的输出。从研究区小流域范围内沟塘湿地分布考虑,目前灌溉与排水量均过高,现有沟塘湿地不足以发挥作用;只有通过控制灌溉措施显著减少排水量以后,才有可能利用现存的湿地面积将排水中的氨氮浓度降低到地表水水质标准Ⅴ类水。因此,该研究建议在合理控制灌排水量的基础上,通过整合、优化灌区现有沟塘湿地资源来有效改善研究区农田排水水质。研究可为类似地区农田排水污染控制提供理论依据。     

有机肥施用对水田土壤溶液氮磷动态变化及环境的潜在影响

通过原状土柱模拟试验,开展了稻麦轮作条件下,有机肥施用对水稻田面水及渗漏水中N、P变化规律影响的研宄.结果表明,水稻施肥后的一定时期内田面水中可溶性总N(DTN)、NH_4~+-NO_3~--N与N肥施用量呈正相关,伴随着3次施肥呈现出3个峰值,田面水中DTN以NH_4~+-N为主.80 cm深处渗漏水的DTN、NH_4~+-N、NO_3~--N浓度均是施肥处理高于对照,但各处理间没有显示与施肥量的相关性.田面水中溶解性总P(DTP)在整个生育期内与猪粪用量呈显著正相关,当猪粪用量超过鲜重40 t/hm~2时,渗漏液中DTP含量显著高于其他处理.说明过量有机肥施入土壤后,P素不能被作物立即吸收,也不易被土壤固定,随渗漏液进入地下水,成为水体富营养化的诱因.