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。     

稻田水肥资源高效利用与调控模拟

水和肥是影响作物产量与生态环境的重要因素。为揭示稻田水肥利用规律,以达到稻田节水、省肥、高产、减排的目标,该文以湖北省漳河团林实验站稻田水肥耦合灌溉与控制排水试验观测数据为基础,联合运用作物生长模型ORYZA 2000和田间水文模型DRAINMOD 6.0,模拟分析不同降水、节灌、施肥、控排条件下的水稻产量与稻田排水量响应关系,得出了稻田水肥调控的临界条件,即采用稻田间歇灌溉方式,灌水定额30 mm,施氮量170 kg/hm2左右,控制排水水位20 cm时,节水12.5%～18.87%、省肥35.1%、增产11%、减排19.9%。本研究对加强农田水肥科学管理,提高水氮生产效率,防治农业面源污染,促进灌区可持续发展具有重要意义。     

暗管控制排水棉田氮素流失规律试验

为了研究不同排水出口埋深条件下田间氮素流失规律,2008年在湖北荆州丫角排灌试验站棉田进行暗管控制排水对照试验。结果发现,控制排水条件下,地表氮素累积流失量较暗管多。暗管排水量随控制排水出口埋深减小而减少,较自由暗管排水减少61.3%～86.9%。暗管排水氮素累积流失量主要受排水量影响。NH4+_N累积流失量随排水出口埋深减小而减少;当出口埋深为30 cm时由于浓度增加,NO-3-N、TN累积流失量在两次降雨后较50 cm处理和80 cm处理增加。暗管排水出口埋深控制在30～50 cm之间有利于减少排水量和氮素累积流失量。     

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。     

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。     

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·竖井——盐碱地的几种排水措施

排除地面积水、地下渍水及土壤盐溶水,是治理盐碱地的有效措施。排水的工程措施常有明沟、暗管和竖井等。1. 明沟排水。盐碱地的明沟排水,是把地下水位排降到临界返盐深度以下,通过排灌结合,恰当地调整来水量与排水量,达到使土壤脱盐的目的明沟深与间距的确定,临界返盐深是重要的因素,它由地下水矿化度、水文地质、气候及农业耕作技术决定。有关参考值如表1.     

稻田田面水中三氮浓度的动态变化特征研究

为了研究南方稻田在施肥后表面水和渗漏水中三氮的动态变化规律,故设计了这个试验。试验结果表明:田面水中NH4 和TN在1d后达到极大值,随时间推移,下降较快。NO3-,NH4 /TN,NO3-/TN和(NH4 NO3-)/TN是先升后降。NH4 和TN可作为稻田田面水污染监测的主要氮素指标,NO3-作为辅助监测指标。三氮浓度变化与施氮量呈明显正相关。施氮9d是防止三氮大量流失的关键时期。     

加气灌溉与秸秆还田对水稻氮磷损失的影响

秸秆还田对于培育地力、提高作物品质与产量具有重要意义,然而在中国南方水稻种植区稻麦轮作耕作方式下,小麦秸秆还田后出现了水稻田面水质恶化的问题。该研究设置不同秸秆还田以及不同进气量的微纳米加气灌溉6个处理,开展水稻盆栽试验,观察分析水稻生育期内稻田水化学指标以及氮磷损失的变化规律。结果表明：水稻田面水与渗漏水中化学需氧量（Chemical Oxygen Demand,COD）浓度以及氮磷浓度的起伏变化主要受施肥因素影响;秸秆还田条件下水稻田面水COD浓度、总氮（Total Nitrogen,TN）浓度、铵态氮（NH4+-N）浓度、硝态氮（NO3--N）浓度均有所提升,总磷（Total Phosphorus,TP）浓度有所降低;水稻渗漏水COD浓度、NH4+-N浓度在秸秆还田后会有所升高,TN浓度、NO3--N浓度会有所降低;微纳米加气灌溉有利于降低秸秆还田后稻田水的COD浓度、TN浓度、NH4+-N浓度,其最优去除率可达19%、31%、45%。秸秆还田有利于提高稻田氮磷利用率,但是会增加氮素损失量,微纳米加气灌溉可以有效减少小麦秸秆还田后稻田的氮磷损失量,综合考虑改善稻田水COD浓度、减少氮磷损失以及保证水稻产量,推荐使用0.7 L/min进气量的微纳米气泡水对小麦秸秆还田后的水稻进行灌溉。该研究结果可为秸秆还田条件下稻麦轮作区水稻灌溉管理提供理论和技术指导。     

节水防污型农田水利系统构建及其效果分析

不合理的农田水肥管理是造成农业面源污染的主要原因之一。为了探寻灌区水稻节水、增产和减污相统一的措施,提出运用由田间、草沟、塘堰湿地和骨干沟"四道防线"组成的系统净化农田排水,并在广西桂林市青狮潭灌区及广西灌溉试验中心站开展了系统的试验研究。通过站内不同水肥处理下对田间节水、水稻增产、氮磷流失减少指标的分析,优选水稻田间最优水肥管理模式,即采用间歇灌溉模式、施氮肥总量不变、适当减少氮肥基肥增加追肥用量;在站外根据现有的水系分布构建"四道防线"系统,分析了各道防线对农田排水的净化效果以及提高净化效果的主要措施。由"四道防线"构成的节水防污型农田水利系统对农田氮磷排放具有良好的净化效果,实现了减少农田面源污染和修复农田水环境的目的。     

根据排水规律计算稻田节水的潜力

针对宁夏银南灌区农业水评价中缺乏详细排水分析的不足,该文从盐分淋洗需求、灌溉-排水的转化过程以及节水的可行性等方面,对稻田的田间节水潜力进行了分析和计算,同时,该文提出由于不同形式的排水(地下、地表)在盐分淋洗上存在的根本差异,在分析流域是否存在排水过量时应该区别对待;而灌区目前存在的、相对稳定的深层地下排水提供了一定的内在淋洗能力,农沟排水只需要补充不足的部分。计算结果表明：深层排水提供的182 mm淋洗水量,形成了0.16的淋洗率;与需要的临界淋洗水量343 mm相比(淋洗率0.31),尚需要农沟提供161 mm的排水量。灌区现状农沟排水量为445 mm,可以减少284 mm;加上应该削减的地表径流(309 mm),田间节水潜力为593 mm。对于银南灌区22333 hm²的种植面积,一年可节水量为1.32亿m³。以目前灌区0.45的渠系利用率计,可减少引水2.94亿m³。     

太阳能光伏暗管排水系统能力提升

针对现有太阳能光伏暗管排水系统排水能力不足的问题,该研究以宁夏银北灌区平罗县六中乡太阳能光伏暗管排水系统为例,通过该系统控制区域排水量、集水井和排水沟水位、地下水位埋深等的试验监测,分析了现状系统排水能力和虹吸辅助排水的可行性,计算了虹吸辅助排水能力,探讨了该系统排水能力提高方法.结果表明,现有太阳能光伏暗管排水系统排...     

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。     

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.     

改进灰色模式识别模型评价洱海雨季灌排沟渠水质

为揭示洱海流域农田生产与农村生活单元交替分布对灌排沟渠水质的综合影响及污染物贡献率,选取流域典型灌排沟渠不同断面进行连续取样观测,在分析化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)、总氮(total nitrogen,TN)、总磷(total phosphorus,TP)及铵态氮(ammonium nitrogen,NH_4~+-N)浓度变化特征基础上,采用"中心化"灰色模式识别模型和综合平均污染指数对沟渠农田入口-农田出口-村落出口-农田出口-村落出口-农田出口断面水质进行综合评价。结果表明:沟渠断面TP和总可溶磷(totaldissolved phosphate,TDP)浓度沿水流方向持续增加,TN和硝态氮(nitrate nitrogen,NO_3~--N)浓度先增加随后稳定,沟渠农田出口段NH_4~+-N和COD浓度分别削减13.43%～57.88%和2.88%～19.33%,而流经村落段浓度相应增加。灰色模式识别模型分析发现沿水流方向沟渠断面水质类别分别为Ⅲ类、Ⅱ类、Ⅳ类、Ⅳ类、Ⅴ类和Ⅴ类,综合平均污染指数法表明沟渠中TN和COD是水体主要污染因子,而NO3--N是水体TN的最主要形态。该研究可揭示洱海流域氮磷污染来源与贡献,为明确面源污染防治的主要污染因子提供科技支撑。     

贵州草海湿地农田沟渠沉积物氮磷的吸附动力学及影响因素

以草海-湿地农田沟渠系统为研究对象,运用模拟实验的方法,针对沟渠系统对氮磷的截留效用、沟渠沉积物对氮磷的吸附动力学及其影响因素进行了研究。结果表明,湿地农田沟渠系统对TP和TN的截留率分别为66.7%～79.7%和66.0%～76.4%,对NH4＋-N的截留率最高,为82.8%～89.3%。沟渠沉积物与太湖、滇池沉积物相比较而言,沉积物对PO4-3-P和NH4＋-N吸附平衡时间较长。盐度、[SO42-]和[NO3-]对PO43--P和NH4＋-N的吸附都具有一定的抑制作用;而[Ca2＋]对两者的影响具有明显的差别：Ca^2＋对PO43--P的吸附在低浓度下抑制,在高浓度下有促进作用;对NH4＋-N的吸附具有明显的抑制作用,且当[Ca^2＋]浓度为5mg·L^-1时吸附量最小。     

暗管排水排盐改良盐碱地机理与农田生态系统响应研究进展

暗管排水排盐技术是通过控制地下水位与高效利用降水或灌溉水资源改变土壤水盐运移规律,从而影响土壤盐分分布规律和土壤特性,达到改良盐碱地的效果。本文在对暗管排水排盐技术自身发展及其应用的关键条件总结概述的基础上,对其改良盐碱地机理与农田生态系统响应两方面的科学研究进展进行了综述。暗管排水排盐技术改良盐碱地机理方面的研究主要集中在暗管埋设对"四水"转化规律的改变以及由此带来的地下水埋深控制或灌溉制度变化、控制性排水和定水位排水条件下的土壤水盐运移规律、暗管埋设条件下土壤水盐运移模型模拟等方面。农田生态系统对暗管埋设排水的响应方面的研究主要集中在以土壤理化性状和土壤养分为主的土壤特性响应、作物生长发育和产量品质的生理生态适应性、农田生态系统土地与种植结构和服务功能的改变等方面。本文最后展望了未来研究的关注点。