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。     

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。     

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。     

沟垄系统覆膜改土的产量与氮效应研究

以河北坝上砂质栗钙土农田土壤为对象,研究了垄沟覆膜、化肥用量及聚土措施对小南瓜生物量及氮素吸收利用的影响。结果表明:覆膜及改土处理间小南瓜鲜、干生物产量(成熟期小南瓜和茎叶的鲜、干重之和)差异显著(P0.05)。垄、沟覆膜下,聚土处理可使小南瓜干生物量增加1.65%~67.87%。施肥和聚土措施增加了土体有效氮素总量和植株吸氮量,但降低了单位氮素的产出效率,氮素利用效率(NUE)和氮素生理效率(NPE)均以垄膜无肥(R1)处理最高,无肥处理平均比施肥处理NPE(瓜)高42.17 kg kg-1N。垄膜条件下,氮(肥料)响应度平均为11.27 kg kg-1N,而沟膜处理的氮响应度均值达到了21.91 kg kg-1N,比垄膜处理每1 kg肥料氮多生产小南瓜10.65 kg,表明沟覆膜能较好地促进小南瓜对肥料氮的吸收利用。以沟膜结合聚40 cm熟土和施肥处理所获产量最高,达到9812.5 kg hm-2。     

辽西北风沙半干旱区垄膜沟播处理对土壤氮、磷吸附/解吸特性的影响研究

为了探明不同垄膜沟播处理对土壤氮、磷养分吸附-解吸的影响,本研究以农业部阜新农业环境与耕地保育科学观测实验站为平台,通过定位7年(2007年~2013年)的田间试验,结合实验室内批量平衡法,以传统种植(T0/CK)为对照,对长期垄膜沟种(垄上覆膜沟内不覆盖(T1),垄上覆膜沟内覆膜(T2))条件下根际土壤对重要养分氮、磷的吸附/解吸能力进行研究和分析,结果表明:垄膜沟种处理有助于降低土壤对氮、磷养分的吸附,通过拟合Langmuir方程和Freundlich方程所求得的MBC和Kf值等相关参数可知,垄覆膜沟不覆盖种植处理土壤对氮、磷的吸附容量和吸附强度最小,最有利于削弱土壤对氮、磷的吸附作用,减少氮、磷固定,各处理对氮吸附的MBC值表现为:T1(6.70)T2(62.3%)>T0(53.5%),平均滞后系数为:T0(0.46)>T2(0.37)>T1(0.34);对磷解吸能力表现为:T2(16.8%)>T1(14.6%)>T0(8.8%),平均滞后系数为T0(0.91)>T1(0.85)>T2(0.83),垄覆膜沟不覆膜(T1)处理最有利于氮的解吸,垄覆膜沟覆膜处理(T2)最有利于磷的解吸。垄膜沟种可通过降低土壤有机质含量、p H和阳离子交换量来减少氮、磷的吸附,增加氮、磷养分的解吸。     

化肥减施及节水对潮土冬小麦夏玉米轮作农田氮和磷流失的影响

农田氮和磷的流失威胁水环境质量及人体健康,化肥减施和节水是减少氮和磷流失的有效手段。在河南省北部农区,采用2014年建设的田间渗漏池和径流池,综合研究了2018年不同施肥及节水对小麦玉米轮作农田氮、磷流失及作物产量的影响。设置常规施肥(CON)、优化减肥(JF)和优化减肥加节水(JFJS)3个处理,不同处理总氮淋失量为42.0～81.9 kg·hm^-2,硝态氮淋失量为21.5～72.4 kg·hm^-2,总磷淋失量为0.05～0.06 kg·hm^-2。硝态氮淋溶量占总氮淋溶的比率为51.1%～88.4%。总氮淋失系数为7.9%～10.4%;总磷淋失系数为0.02%～0.04%。JF比CON处理降低硝态氮淋失63.8%,JFJS比JF处理可进一步降低17.9%硝态氮淋失,不同处理磷的淋溶损失没有显著性差异。玉米季是氮素淋失的关键时期,占整个小麦玉米轮作周期的91.8%～94.6%。一个小麦玉米轮作周期总氮径流损失量为0.14～0.20 kg·hm^-2,总磷径流损失量为0.02～0.03 kg·hm     

减氮控磷稳钾施肥对水稻产量及养分积累的影响

氮、 磷用量偏大,钾肥用量不足不仅影响水稻的正常生长发育,而且导致养分利用率偏低。本文通过田间试验,研究减量施用氮、 磷肥,稳定钾肥投入对水稻产量、 养分积累量和肥料利用率的影响。试验设14个处理,每个处理重复2次。结果表明,氮钾、 磷钾、 氮磷钾配施处理的水稻秸秆生物量和籽粒产量均显著高于不施肥处理（P0.05）; 减氮控磷稳钾处理（N 225 kg/hm2、 P2O5 60 kg/hm2、 K2O 90 kg/hm2）与常规施肥处理相比（N 300 kg/hm2、 P2O5 150 kg/hm2、 K2O 60 kg/hm2）能显著增加水稻秸秆生物量（P0.05）,明显提高千粒重和籽粒产量; 试验还得出,减氮控磷稳钾处理分蘖期地上部氮、 钾含量和秸秆氮、 钾含量显著高于常规施肥处理（P0.05）; 收获期地上部氮、 钾的积累量和氮、 磷的表观利用率显著大于常规施肥处理（P0.05）。适当减少氮、 磷用量, 增加钾肥用量能改善氮、 钾营养状况,促进地上部干物质的积累,提高籽粒产量和氮、 磷表观利用率。N 196.2 kg/hm2、 P2O5 46.5 kg/hm2、 K2O 90 kg/hm2的配施方案具有实际推广应用价值。     

农田径流氮磷污染负荷的田间施肥控制效应

由施肥不当造成的农田N、P污染物径流输出是农业非点源污染的主要问题。采用模拟实验的方法，研究了不同施肥方法、不同肥料配方对土壤地表径流N、P流失的影响。结果表明，合理而有效的施肥方法可以作为农田地表径流N、P污染的田间控制技术。合理的基肥比例及追肥次数，适当的种植密度及适量的N肥、P肥，既可提高白菜产量，同时又降低径流中N、P的流失量；不同改性肥料配方可以调控农田径流N、P的污染负荷。     

冬小麦膜沟栽培的增产效应

干旱、冻害是限制陇东旱作冬小麦生产的主要因素。研究表明,采用膜沟方式栽培,可克服自然降水利用率低、冬小麦越冬死亡率高、土壤保墒保温效果差等弊端,使土壤含水率较露地平播提高2 44～3 17个百分点,土壤温度提高2 3～3 2℃,越冬死亡率降低11 59个百分点,冬小麦单产较常规覆膜栽培和传统露地平播栽培分别增产899 1kg/hm2和1331 25kg/hm2,增产率分别达25 9%和43 7%。     

水生植物对河湖中回用的再生水富营养化的控制效应

再生水中含有大量的N、P等营养物质,使得回用区水环境面临了一定的污染风险,水生植物有望成为一种原位净化再生水水质的可行方法。该文利用人工模拟自然的方法,选择目前北京地区最为常用的挺水植物水葱（Scripus validus）、香蒲（Typha angustifolia）,浮水植物水葫芦（water hyacinth）以及沉水植物菹草（Potamogeton Crispus L）,系统研究了这4种水生植物及其配置模式对再生水中TN、TP的净化效应,研究结果表明：水生植物对上覆水体总氮的净化最优时间为第2换水周期培养阶段为60～90 d),而总磷为第3换水周期（培养阶段90～120 d）;对于间隙水、沉积物中氮磷的去除,以挺水植物配置单植方式效果突出;较沉浮水植物而言,挺水植物体本身对氮磷具有更好的积累效果,并以混植方式居优,景观效果良好,通过对其进行定时的收割,可将污染物彻底的移除水体。本研究可为北京市地区人工湿地的构建、净化再生水的植物配置模式选择,提供参考。     

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。     

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。     

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。     

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     

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。     

水稻田中氮肥损失研究进展

综述了水稻田中氮肥损失及减少氮肥损失的措施。主要涉及稻田中氮肥的损失途径、损失程度、测试方法及减少氮肥损失的主要措施。这些措施有实施生态农业政策、优化氮肥管理,包括确定适宜的施氮量,氮肥深施,根据水稻生育期需肥特点合理运筹,平衡施肥,控施(缓施)肥料的应用等。     

农业小流域毛沟布置方式对氮素径流流失的影响

A comparison experiment was performed, by designing one field ditch (D1 treatment), two field ditches (D2 treatment), three field ditches (D3 treatment), and no field ditch (CK treatment), in an upland of a small agricultural watershed in Nanjing-Zhenjiang hilly regions to observe the farmland surface runoff and N loss characteristics under the different layouts of field ditch. As the layout density of field ditch increased, the drainage effect was improved, the timing of the runoff peak was advanced, and also the peak flow was augmented. At the same time, both the concentration and accumulated transfer flux of total nitrogen (TN) were improved, and thereinto the accumulated transfer fluxes of TN under D3, D2 and D1 treatments were increased by 1.46, 1.34 and 1.16 times, respectively, than that under CK treatment. However, the accumulated transfer fluxes of nitrate-nitrogen (NO3-N) and ammonium-nitrogen (NH+4 -N) under D3, D2 and D1 treatments were reduced by 33.9%, 21.4% and 8.6%, and 35.8%, 24.7% and 12.2%, respectively, compared with those under CK treatment. Under CK treatment, the NO3-N and NH+4-N concentrations were more sensitive to rainfall intensity than the TN concentration. There were significant linear relationships between the transfer fluxes of TN, NO3 -N and NH+4 -N and the runoff flux, with the correlation coefficients of 0.942, 0.899 and 0.912, respectively. In addition, this correlation was also influenced by the layout density of field ditch. Therefore, the environmental effect should be taken into account when designing and constructing field ditches. Especially in the regions of severe fertilizer loss, the approaches of properly increasing the drainage area and decreasing the layout density of field ditch could be adopted under the precondition of avoiding crops from waterlogging.     

钙质紫泥田水稻氮磷钾施肥效应研究

研究了钙质紫泥田水稻氮磷钾的施肥效应,分析了肥料的因素效应及合理施用量。结果表明:(1)在试验施肥量范围内,水稻产量与肥料用量呈二次多项式函数关系;(2)磷和氮的效应高,钾肥效应低;(3)棕紫泥夹砂田水稻合理施肥量为每公顷N 125~130 kg、P2O570 kg、K2O 0~30 kg,下湿紫泥田为N 85~90 kg、P2O555 kg、K2O 0~20 kg;(4)地下水位高、湿害严重,是下湿紫泥田生产水平低、施肥效果差的根本原因,改造途径是深沟排水、脱潜治理。