南方低山丘陵区稻田氮磷排放的尺度效应

在典型南方低山丘陵区的水稻种植区浙江省永康市姚塘村,选取封闭性较好且逐级嵌套的5个尺度,于2013年7月-10月水稻生育期监测各尺度试区进出口水量,并采集排水水样进行氮磷浓度化验以研究稻田氮磷排放负荷随不同尺度的变化规律及其原因。结果表明,稻田氮、磷素排放负荷随着尺度的增大先增加而后降低,即存在尺度效应。总氮、总磷、铵态氮、硝态氮的排放负荷从田间尺度到支沟尺度分别下降了70.8%、69.4%、46.7%、79.1%。氮磷排放负荷产生尺度效应的原因是排水的重复利用及氮磷在向下游迁移过程中在各级排水沟或塘堰中被净化。因此,对于农田氮磷排放对下游水体污染的评价应考虑其尺度效应。     

漓江上游灌区小流域不同尺度氮磷污染排放负荷研究

【目的】开展野外原位监测试验,揭示漓江上游灌区小流域不同尺度氮磷污染排放规律,为面源污染控制和治理提供参考。【方法】利用Arc GIS软件和SWAT模型,基于DEM数据对漓江流域青狮潭灌区金龟河试区进行子流域划分,考虑水系和渠系分布,从试区上游至下游选择具有水力联系且从小到大逐级嵌套的5个尺度,于2016年5—12月对试区各尺度出水口进行了监测,研究了氮磷质量浓度和排放负荷变化。【结果】从空间尺度1(面积335.41 hm~2)增大到尺度5(面积2 798.15 hm~2),质量浓度总氮沿程呈上升趋势,由尺度1出水口的0.95 mg/L增加到了到尺度5出水口的2.42 mg/L;氨氮与总磷沿程呈现波动性变化,在尺度3(面积1 135.36 hm~2)与尺度5中呈现急剧增加的特点。灌溉季节的氮磷排放负荷大于非灌溉季节,灌溉季节总氮、氨氮、总磷排放负荷由尺度1到尺度5分别下降了54.60%、41.46%、55.77%。非灌溉季节总氮排放负荷随尺度增大而增大,从试区尺度1单位面积总排放负荷0.67 kg/hm~2增加到尺度5单位面积总排放负荷2.76 kg/hm~2,氨氮与总磷排放负荷则表现为波动性变化。在灌溉季节,沟渠、塘堰对氮磷的去除以及排水的重复利用,减少了污染物的排放;而在非灌溉季节,沟渠、塘堰面积由原来的55.91 hm~2减少为13.92 hm~2,减少了75.10%,导致去除效果下降,且随尺度增大养殖场污染物排放量大量增加。【结论】漓江流域水稻灌区氮磷排放控制和污染物消减,应考虑不同时间和空间尺度下氮磷污染物运移的特点。     

不同气候稻作区径流及面源污染排放模拟分析

在全球气候变暖背景下,开展稻田排水其水文水质对气候变化的响应研究,减少气候变化对农业面源污染及水环境的不利影响,从而为流域水分管理及农业面源污染防控提供依据。以江西省赣抚平原灌区芳溪湖小流域为研究对象,基于构建的灌区水量转化及农业面源污染分布式模拟模型(SWAT模型),对气温升高和降雨增加等气候因子变化下的芳溪湖流域径流及农业面源污染负荷进行模拟,分析气候变化对芳溪湖入湖径流及氮磷排放负荷的影响,结果表明:温度升高,芳溪湖流域径流量减少,稻田氮磷排放减少,但流域出口氮磷排放有增加趋势;降水量增加,芳溪湖流域出口径流量及氮磷排放负荷均呈明显增加趋势;到2050年,芳溪湖流域稻田排水量将增加8.01%,总氮排放将增加8.56%,总磷排放将增加7.30%;流域出口径流量将增加8.14%,总氮排放将增加10.08%,总磷排放将增加9.98%,因农业生产造成的面源污染问题将越来越突出。     

不同尺度稻田氮磷排放规律试验

为研究不同尺度稻田氮磷负荷排放规律及其原因,在湖北省漳河灌区选取封闭性较好且逐级嵌套的6个尺度,于2009年5－9月水稻生育期监测各尺度试区进出口水量,并采集排水水样进行氮磷浓度化验。结果表明,稻田氮磷排放负荷随着尺度的增大而降低,即存在尺度效应。总氮、铵态氮、硝态氮、总磷、颗粒态磷、可溶磷的排放负荷从田间尺度到小流域尺度分别下降80.5%、73.4%、39.7%、73.8%、75.0%、50.0%。氮磷排放负荷产生尺度效应的原因是：塘堰、沟渠对氮磷的去除和排水的重复利用。因此,对于农田氮磷排放对下游水体污染的评价应考虑其尺度效应。     

基于SWAT模型的典型区域高标准农田综合管理方案模拟与优化

为研究不同高标准农田管理措施对流域排水影响,以芳溪湖流域为研究对象,以2019-2020年连续2年的径流和水质（总氮、总磷和产沙）监测数据为基础,率定并验证了SWAT模型的适用性,并基于率定后SWAT模型对典型区域高标准农田综合管理方案进行了模拟和优化。结果表明：(1)率定的SWAT模型模拟效果总体较好,构建的灌区分布式水文及面源污染模型适用于芳溪湖流域;(2)高标准农田建设可以实现流域节水减排,最大径流排放减少可达6.93%,最大总氮、总磷、泥沙排放减小均可达7.81%以上,适当提高塘堰汇流面积比例,增加生态沟的建设密度和长度,能有效减少地表径流及总氮、总磷负荷,最大径流排放减小可达18.92%,最大总氮、总磷、泥沙排放减小均可达20.37%以上;(3)不同轮作模式中,水作模式与现状条件相比能有效减少流域径流、总氮、总磷和泥沙的排放;(4)高标准农田建设综合管理优化方案下,流域排水总量减少可达24.59%,总氮、总磷和泥沙减少均可达36.36%以上。合理的沟塘系统设计和种植结构调整能有效减少流域面源污染排放。     

阿什河流域氮磷输出负荷及其与下垫面特征的关系研究

阿什河是松花江一级支流中污染最为严重的河流之一,农业非点源污染所带来的环境问题堪忧。以位于哈尔滨阿城区的阿什河流域为研究区,应用SWAT模型对阿什河流域总氮总磷进行模拟,分析研究区不同土地利用、土壤类型和坡度条件下营养物输出负荷规律。结果表明,不同土地利用总氮输出负荷最大的是农业用地,其次为森林、草地等,其中农业用地总氮输出量占总输出量的81.2%;不同土地利用总磷输出负荷较高的是农业用地和草地,其次为灌丛、湿地和森林,农业用地总磷输出量占总输出量的72.3%。不同土壤类型总氮输出负荷最大的是城区,其次为水稻土、黑土和草甸土等,而各土壤类型总氮输出量占比较高的是黑土、草甸土和暗棕壤,分别占38.5%、27.3%、24.0%;不同土壤类型总磷输出负荷及输出量占比顺序同总氮相一致。不同坡度下总氮总磷输出负荷大小随坡度增高而减小,不同坡度下总氮总磷输出量占比相似。     

清江宜都段不同水文及土地利用情景下非点源污染研究

运用美国农业部开发的分布式水文模型SWAT,分析研究了清江宜都段在不同水文年、现状和2020年规划两种土地利用情景下的径流量和污染负荷。结果表明:1研究区域产水量由上游向下游递减,污染负荷产量的分布同产水量分布类似;2径流、总氮、总磷和降雨量有着直接的关系,随着降雨量的减少而减少;3在以退耕还林和城镇扩张为主要特点的2020年规划土地利用情景下,各乡镇所在子流域的产水量、有机氮、有机磷平均分别减少了2.5%、9.1%和20.3%;4对降雨和土地利用变化引起的流域水文变化进行对比,发现不论在年尺度还是月尺度下,降雨量变化对径流量、总磷、总氮的贡献率要比土地利用的变化大得多。     

塘堰湿地对农田排水氮磷净化效果的影响研究

分析了不同湿地植被、不同水滞留时间、不同湿地水位以及不同稻田湿地面积比等对湿地净化效果的影响。结果表明,不同生育期各种湿地植被对农田排水中氮磷的去除效果各有差异,对农田排水中氮磷去除效果较好的湿地植被为茭白、高杆灯芯草、莲藕和西伯利亚鸢尾。适宜湿地水滞留时间为3~4d,稻田排水进入湿地后的第4天,各湿地植被对总氮的平均去除率分别为71.8%、83.9%、68.6%、80.2%,对总磷的平均去除率分别为69.3%、77.0%、57.5%、68.5%。塘堰湿地日常水深以40cm为宜。当地气象条件下,为确保污染负荷不超过塘堰湿地承载上限,平水年稻田湿地面积比以8.6为宜。     

水肥耦合模式下沙颍河农业非点源污染模拟研究

【目的】通过研究不同水肥组合对农田氮磷污染负荷输出量的影响,确定最佳水肥耦合方案。【方法】使用验证后的SWAT模型,以2008—2015年为例,模拟计算了沙颍河流域农田非点源污染TN和TP负荷的时空分布特征,并综合考虑不同灌水和施肥量情景下污染物输出负荷的变化规律。【结果】通过对设置的16种情景下的氮磷负荷变化进行比较得出:污染负荷的削减率与施肥量的减少量呈正相关,且在S4模式下,污染负荷削减效果最佳;污染负荷的削减率与灌水的减少量呈负相关,且在S8模式下,污染负荷削减效果最佳;当同时耦合灌水和施肥时,总氮的削减趋势随着灌水施肥的降低有所减缓,总磷的削减趋势在不同情景下变化不同。【结论】施肥量和灌水量各减少30%或40%时,农业污染削减效果最好。     

浙江低山丘陵区单季稻节水增产减污水肥综合调控模式

根据2006-2010年在浙江永康灌溉试验站开展的不同水肥处理田间对比试验,从节水、增产、提高水肥利用率及减少稻田氮磷和COD排放等4个方面的具体指标,分析了不同水肥处理的效果,提出了适合浙江省低山丘陵区单季稻的最优水肥综合调控模式,即间歇灌溉配合3次施氮肥方式,施氮肥量根据当地土壤肥力确定。与农民习惯模式相比,采用该最优水肥综合调控模式下的水稻灌水量减少26.5%,稻田总氮、总磷、COD排放分别减少50.1%、36.6%、45.2%,增产率9.4%,灌溉水分生产率提高47.8%,氮肥利用率提高36.7%。     

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。     

稻田回归水模拟及其评价

以V ens im为工具,建立了稻田田间及中等尺度水量转化的系统动力学模型;通过漳河灌区团林试区实测资料检验,证实了模型的适用性及其精度。将模型用于田间及中等尺度回归水的模拟,探讨了回归水评价指标随田间及中等尺度的变化规律,对影响稻田回归水变化的因素进行了敏感性分析。结果表明:地表回归水量随田埂有效高度的增加线性减少;田埂回归水量随田块长度的增加线性增加,随田埂宽度的增加而明显减少;田埂回归水和田间回归水均随水力传导度的增加而增加;地下回归水随坡度的变陡而增大;地表回归水、田间回归水及田埂回归水均随旱作比例的增加而减少。田块狭长组合方式的回归水重复利用系数比宽窄组合方式大。回归水评价指标计算表明,灌溉降雨回归系数比灌溉回归系数能更好的反映田间出流及回归水的利用;中等尺度的灌溉回归系数和灌溉降雨回归系数分别是田间尺度的1倍左右;中等尺度上的重复利用系数不大,说明可以提供给下游使用的回归水量大;干旱年份的回归水重复利用系数比平水年的大。     

塘堰调控对未来气候变化下典型灌区氮负荷排放的影响

基于SWAT模型建立了适用于漳河灌区杨树垱小流域水量平衡和面源污染模拟分布式水文模型,利用模型模拟分析了未来气候变化对灌区氮负荷排放的影响,以及增加塘堰汇流面积对未来气候变化下氮负荷的调控作用。结果表明,未来气候情景下,灌区氮负荷排放量明显增加;增加塘堰汇流面积,灌区产流量减少,并且氮负荷排放量能与现状条件下的持平甚至减少。增加塘堰汇流面积是未来气候情景下提高灌区水肥利用效率,削减氮污染排放的有效措施;为使总氮排放负荷不增加,未来气候情景下研究区塘堰汇流面积的合理增幅为30%。     

漓江中上游会仙小流域水系氮磷浓度时空特征

以漓江流域中上游青狮潭灌区内会仙小流域为研究对象,开展灌区小流域氮磷时空分布特征的研究。对小流域内4条河流的水质进行连续定位监测,分析监测断面污染物氮磷输出浓度的污染特征及降雨对氮磷迁移的影响。结果表明,不同河流氮磷质量浓度在时空分布上差异较大。在时间分布上,4条河流总磷质量浓度表现出灌溉期非灌溉期的特征,总氮则表现出非灌溉期灌溉期的特点;氨氮的排放浓度较为复杂,其中,古桂柳运河、会仙河的氨氮浓度表现出灌溉期非灌溉期,而睦洞河和相思江氨氮浓度则相反。在空间分布上,睦洞河氮磷浓度沿程呈现波动性变化,会仙河、古桂柳运河氮磷浓度呈沿程增大趋势,相思江氮磷质量浓度沿程呈减小趋势。试区年际间的降雨量和氮磷排放浓度差异不显著,但降雨对氮磷浓度变化存在一定的影响,枯水期到平水期氮磷浓度随降雨量增加而增大,进入丰水期后雨量大幅增加,河流氮磷浓度增幅变缓或呈下降趋势。     

香溪河流域非点源污染负荷分析及治理措施探究

随着三峡水库的蓄水运行和流域的经济发展,三峡库区香溪河水环境呈现恶化趋势。本文选取总氮、总磷为指标,采用SWAT模型对香溪河流域的水环境现状进行了分析并对不同治理情景下污染负荷的削减情况进行了模拟,在此基础上提出了相应的治理措施建议。结果表明:(1)径流是流域N、P流失的直接载体,径流与泥沙、总氮、总磷的相关系数分别为0.87、0.98、0.89,均高于降雨。(2)香溪河污染负荷输出有较强的季节性,主要集中在丰水期,贡献率均在80%以上。(3)不同土地利用类型下污染负荷的输出差异较大,强度依次为农用地(水田)草地林地。(4)情景分析法下5种最佳管理措施显示,退耕还林和过滤带的设置都能有效削减非点源污染负荷。     

基于SWAT模型的合理亚流域划分和径流模拟

以葫芦河流域为研究对象,建立2006-2012年流域月尺度SWAT模型,探究不同亚流域划分下模型对流域径流、泥沙、营养物的响应情况,确定流域亚流域划分水平,并在此基础上进行月尺度的径流模拟,验证其适用性。结果表明:(1)径流与硝氮的变化幅度相差不大,7个亚流域划分后相对误差均小于10%,泥沙与有机氮、有机磷、氨氮、总氮、总磷的变化趋势基本一致,通过分析确定葫芦河流域合理的亚流域划分水平为37个左右;(2)通过PSO算法得到合理亚流域划分下模型的月径流模型可以用于葫芦河流域的SWAT模型径流模拟,其率定期和验证期的R~2值依次为0.84和0.81,Ens值依次为0.76和0.62,模拟效果理想。研究结果可为葫芦河流域进一步的水文模拟研究提供有效的参考依据。     

水稻蓄雨控灌技术的环境效应

蓄雨控灌是减少稻田氮磷污染物负荷的有效手段。采用小区试验,分析了轻旱低蓄(T1)、轻旱高蓄(T2)模式下,农田和农沟尺度上氮磷浓度和氮磷负荷的差异。结果表明,农田尺度上,T2处理的TP和TN负荷显著低于T1,降幅分别为58.6%和58.8%,农沟尺度上分别降低59.7%和64.8%。降雨最初的8~14h,应尽可能不排或少排,使降雨在格田中滞留14h以上。     

不同施肥制度下水稻灌区面源污染排放的数值模拟

以我国南方典型水稻种植区漳河灌区的杨树垱小流域作为研究区域,基于改进的SWAT模型,应用研究区2005-2009年径流监测资料和2009年氮磷污染负荷实测数据对主要参数进行率定和验证,表明改进后的模型在研究区的适用性.模拟分析了不同施肥制度下的氮磷负荷排放规律,结果表明,减少水稻田的施肥量和增加施肥次数,可以有效的降低...     

洱海流域水稻再生水灌溉节水减污能力浅析

再生水灌溉对于控制农业面源污染,保护洱海水环境具有重要意义。分析总结出洱海流域适宜的水稻再生水灌溉制度及施肥制度,拟合了稻田田面水和渗漏水总氮浓度随时间的消减公式,根据田间水量平衡计算出不同典型年再生水灌溉制度下因排水和渗漏流失的总氮量,比较了淹灌和间歇灌两种模式下水稻再生水灌溉节水减污效果的差异。结果表明,在再生水总氮浓度为15 mg/L的前提下,由地表排水和渗漏带走的再生水总氮量平均不超过1 kg/hm2,再生水中总氮利用效率可达95%以上,实际被水稻利用的总氮超过20 kg/hm2;可减少清洁水用量65%以上,减少氮肥施用比例超过15%;针对洱海流域水稻再生水灌溉条件下间歇灌溉模式优于淹水灌溉。     

稻田梯级生态排水试验研究

为了研究稻田梯级生态排水技术对减少稻田排水氮、磷流失的效果,探讨适合的稻田拦截区改造比例,采用测桶试验开展不同面积拦截区稻田排水氮、磷拦截试验。结果表明:利用小块稻田作为拦截区对大块稻田排水氮、磷进行拦截具有可行性,拦截区面积达到大田面积1/10时,可以拦截排水中的总氮44.7%,总磷50.4%。综合考虑拦截区对氮、磷的拦截效果和水稻减产的影响,建议拦截区面积取大田面积的1/10。