生态沟-湿地系统对稻田排水中氮素的去除效果

为研究灌排调控下生态沟-湿地系统对稻田排水中氮素的原位削减效果,探讨低碳氮比对于系统氮素去除效果的影响.依据大田试验观测资料,分析了控制灌排模式下生态沟-湿地系统水体中氮素质量浓度变化规律和碳氮比分布特征.结果表明,控制灌排模式下生态沟-湿地系统对稻田排水中氮素去除效果显著,施肥后排水中TN,NH4＋-N和NO3--N质量浓度出现峰值,在农沟拦蓄后质量浓度大幅下降,氮素平均去除率分别为63.9%,67.8%和83.2%.进入湿地再次净化后,氮素质量浓度进一步降低,平均去除率分别为47.7%,44.3%和82.0%.控制灌排模式下系统水体中有机质对水环境影响较小,水体碳氮比水平总体偏低.控制灌排模式下生态沟-湿地系统很好地实现了对氮素的原位削减,低碳氮比对于系统氮素去除效果的影响不大.     

不同湿地-稻田面积比下茭白-茨菇湿地系统对稻田排水中氮素去除效果的研究

为了研究茭白-茨菰湿地系统对节水灌溉稻田排水中氮素的原位消减效果,探讨不同湿地-稻田面积比对系统氮素去除效果的影响,通过大田试验观测,分析了稻田排水进入湿地后氮素浓度的变化规律和湿地-稻田面积比(1∶10,1∶7和1∶4)对氮素去除效果的影响。结果表明,稻田排水进入湿地系统经过7~14 d的净化后其铵态氮(NO+4-N)、硝态氮(NO-3-N)和总氮(TN)的浓度下降范围可以维持在83.6%~88.7%、59.6%~94.3%和72.6%~88.9%范围内,不同湿地-稻田面积比间氮素的去除率有所差异,但差异不大。此外,氮素浓度在排水进入湿地系统后的前3~6 d内其去除效果明显,均呈指数趋势下降,且其去除率均达到56%以上,而后2~4 d则趋于平稳降低,其去除率均低于30%。总体上来看,1∶4湿地对氮素负荷截留量最小,1∶10湿地截留量最大,但不同湿地对氮素负荷的去除率相差不大,均维持在93%~98%以内。     

基于生态混凝土的农田生态排水沟构建与环境效应

针对我国农业生产中面源污染严重的问题,以多孔生态混凝土为基质构建农田生态排水沟,研究新型农田生态排水沟对稻田排水中氮磷的去除效果及机制。结果表明,基于多孔生态混凝土技术构建的生态排水沟对稻田排水中TN、TP的去除率大于土质及混凝土排水沟,有效增强了对稻田排水中氮磷的去除效果。稻田施肥后10 d,生态排水沟对稻田排水中TN的去除率均值为86.57%,分别较土质(82.05%)及混凝土排水沟(83.55%)增加4.52%及3.02%;对稻田排水中TP的去除率均值为37.86%,分别较土质(25.62%)及混凝土排水沟(33.53%)增加12.24%及4.33%。研究结果完善了农田生态排水沟的构建技术,可为农业面源污染防治提供技术指导。     

水田控制排水技术的环境效益初探

稻田排水是南方地区氮磷损失和面源污染的主要途径。农田氮磷通过降雨击溅侵蚀、排水沟坡面和沟底冲刷进入地表径流。控制排水可减少地面排水量和排水中氮磷浓度,尤其是降低径流中氮磷浓度,从而减少稻田氮磷损失。土壤颗粒沉淀、硝化、反硝化反应以及作物吸收是排水中氮磷浓度降低的主要原因。通过控制涝水在稻田和排水沟中的滞留时间,增加排水沟口溢流堰高度,降低径流水力坡度和抉沙能力是控制排水的主要手段。最后提出了稻田控制排水需要进一步研究的问题。     

农田排水系统分布特征对水质净化效果的影响研究

【目的】分析不同排水沟塘系统分布特点对农田排水污染物去除能力的影响。【方法】分别选择陕西省富平县卤泊滩和江苏省扬州市江都区为研究区,通过理论计算,比较了2种不同分布但农田面积比接近的排水沟塘系统的水质净化能力。【结果】①位于南方的江都研究区"小沟多塘"排水系统对于污染物的去除率比卤泊滩地区"大沟无塘"高出7%～36%;②在卤泊滩研究区,污染物降解的主要场所为排水农沟,而在江都研究区,则是面积较大的支沟和池塘;③2个研究区不同类型沟塘对污染物的去除效率都与其面积呈现良好的相关性。【结论】分布特征决定了沟塘水系的水力联系,"小沟多塘"类型分布的排水系统更有利于污染物的降解。     

淹灌稻田的暗管排水中氮素流失的试验研究

为研究淹水稻田在排水条件下的氮肥流失规律,在上海青浦农田水利试验站进行了田间试验。试验资料分析表明,在淹水层中施肥后氮素（ＮＨ＋４ － Ｎ 或ＮＯ－３ － Ｎ）浓度衰减呈指数消退。在稻、麦连作田块,水稻生长期内,氮的挥发损失较大,而通过暗管排水流失的氮素占全部损失量比例较小。当控制沟水位及田面水层的水位差,合理控制稻田渗漏量时,可减少氮肥流失量     

稻麦轮作高标准农田控制排水对排水与氮素输出削减效果模拟

稻麦轮作区高标准农田建设中,通过加深排水沟提高麦作期农田排水降渍能力的同时,加大稻作期农田排水输出,不仅降低了水资源利用效率,而且加重了接纳水体的污染。本文基于江苏省扬州市沿运灌区稻麦轮作农田排水水文水质过程的监测结果,利用田间水文模型（DRAINMOD）模拟了长序列气象条件下,灌区提高农田降渍能力对稻田排水、氮素流失及灌溉需求的负面影响以及控制排水措施的积极效果。结果表明,在节水灌溉模式下,研究区排水沟深度由现状的60cm加深至120cm,排水间距由120m加密至20m时,稻作期排水量与总氮（TN）输出负荷增加9.0%～22.2%、氨氮（NH3N）输出负荷增加4.0%～16.8%、灌溉用水量增加9.6%～23.4%。若结合田间管理要求,实施控制排水则可有效缓解提高农田降渍能力造成的负面影响;当排水沟深为120cm,间距为120～20m时,稻作期控制排水可使排水量和TN输出负荷减少19.3%～35.3%、NH3N输出负荷减少7.6%～27.2%、灌溉用水量减少22.9%～40.0%。由于控制排水降低了地下排水梯度,相较于传统排水,农沟从60cm加深至120cm时,地下排水平均占比降至50.7%,灌溉用水量相应减少。综上,稻麦轮作农田控制排水具有显著的节水减排作用,可有效降低高标准农田建设中提高降渍能力所产生的负面影响。研究成果可为稻麦轮作区高标准农田建设与水环境保护提供理论依据与技术支撑。     

基于MIKE模型的干沟排蓄控制方案优选

受气候、土壤和灌排条件等因素影响,安徽淮北平原是典型的旱涝交替发生区。排水干沟是淮北平原农田主要排水工程,通过对排水干沟的合理控制,适当抬高沟水位和地下水位,有助于实现旱涝综合治理。结合MIKE模型,以淮北平原区干沟控制区域为单元,研究小流域尺度的排蓄控制对农田水资源的调控效应以及对作物生长的影响,结果表明：在淮北平原区利用干沟节制闸进行排水、蓄水控制可有效抬升沟水位和地下水位,但抬升的幅度应根据降雨及作物种植结构进行合理控制,以节制闸为控制工程的干沟,汛期（6-9月）沟水位控制应以除涝降渍为主,沟水位应低于地面平均高程1.2 m以上,最高蓄水位按设计蓄水位控制,闸前水位低于设计蓄水位1.5 m时可关闸蓄水;非汛期（10-5月）沟水位控制以蓄水为主,最高蓄水位可超过设计蓄水位0.5 m,闸前水位低于设计蓄水位0.5 m时即可关闸蓄水。     

水稻灌区水质净化效果试验研究

稻田排水中携带的大量氮、磷元素造成水稻灌区严重的农业面源污染。提出运用稻田节水灌溉-田间排水草沟-塘堰湿地-生态骨干排水沟“四道防线”系统净化稻田排水水质,在湖北漳河灌区进行了对此系统的净化效果试验。试验结果表明,“四道防线”模式下的各子系统不仅在单独环节具有消减污染物效果,而且每道防线子系统协同运行,综合系统对改善水...     

不同灌排模式稻田排水中氮磷流失规律

为了研究不同灌排模式稻田排水中氯磷流失规律,以集成合理的节水灌溉与控制排水技术,在江苏高邮开展田间试验.试验区排水斗沟出口处设水位调控闸门,在水稻不同生育阶段对排水沟水位及田间水分进行控制,形成新型的控制灌排模式.与常规灌排模式进行对比,两年田间试验成果表明,控制灌排模式较常规灌排模式节水16.7%,增产7.1%,排水总量减少54%,水稻全生育期稻田排水中NH4+;-N、NO3-N与TP流失总量分别减少38.07%、82.29%和52.15%,节水减排和降污效果显著.采用控制灌排模式,通过实施灌水调控和排水管理.控制了氮磷流失关键时期的排水量.高效利用了水分和养分,取得了节水高产、减排控污的效果.     

南方稻田灌排系统生态整治效应分析

【目的】探明稻田水肥调控和灌排系统生态整治效应。【方法】于2014年在江西省赣抚平原灌区选取典型村庄—礼坊自然村,进行了稻田水肥高效利用综合调控技术应用,并对排水沟塘进行了生态改造,分别对早、晚稻灌水、排水和产量以及生态沟塘进出水进行分析。【结果】水稻田间水肥高效利用综合调控技术较当地农民习惯水肥管理模式节水、减排、增产和灌溉水生产率分别提高10.58%、20.34%、6.52%和18.59%,总氮和总磷减排率分别达12.37%和14.98%;排水斗、支沟经生态改造后对总氮和总磷的综合去除率达25.42%和34.22%;生态塘对总氮和总磷的去除率达25.19%和30.42%;示范区生态改造一次性投资需1.15万元/hm^2,年运行管理费需0.18万元/hm^2,年产经济效益达0.55万元/hm^2。【结论】水稻田间水肥高效利用综合调控技术和生态沟、塘均有较好的氮、磷去除效果,并且建设运行经费投入少,建议当地加强技术的宣传示范推广,建立可持续运行的经费投入渠道。     

基于湿地和生态沟处理的稻田排水水质模拟

由于化肥、农药的过量施用,加之传统的淹灌稻田排水量大,导致随稻田排水流失的污染物量大,加剧了农田面源污染,因此,在农田排水的设计中不仅要控制涝渍危害,也要控制排水中的水质。【目的】减轻农田排水对下游及承泄区造成的污染。【方法】以湖北省襄阳老河口市仙人渡镇的新增粮食生产能力项目区为对象,以生态排水沟和人工湿地作为稻田排水水质处理的手段,以总氮作为排水水质控制指标,建立了生态排水沟和人工湿地的水质模拟模型,选定不同的生态沟和人工湿地的组合方案进行了水质模拟。【结果】采用生态沟和人工湿地共同作用的排水系统在满足传统除涝排渍要求的条件下,可以有效地削减稻田排水中的总氮;人工湿地布置在干沟出口时的水质净化效果最好。采用"等效替代法"计算了生态沟和现有湿地、新建人工湿地对水质净化效果的等效性,结果表明,就处理水质的效果而言,当水平投影面积相同时,干沟出口的湿地效果最好,其次是与排水沟相连的现有湿地,最后是排水沟,三者的面积等效比为1∶8.4∶938.5;优选方案中生态沟、现有湿地和新建人工湿地对水质净化的贡献率分别为2.9%、30.3%和66.8%。生态排水沟的纵坡、糙率在设计范围内(坡度在1/2 000~1/5 000之间、糙率在0.025~0.04之间)变化时,对于水质处理效果几乎没有影响。【结论】考虑单一净化水质的目标时,将现有湿地改造为耕地,同时在排水系统出口处新建人工湿地更节约土地。     

鄱阳湖流域防治面源污染的稻田湿地面积比分析

为有效防治鄱阳湖流域农业面源污染,科学构建修复面源污染的灌排湿地系统,采用农田排水试验,并通过理论分析,研究了不同控制水深的塘堰湿地对农田排水面源污染物氮磷的净化效果;同时根据多年灌溉试验资料和气象资料分析农田排水量,计算了防治面源污染效果较佳的稻田湿地面积比。结果表明,湿地植被为莲藕的塘堰,水深20cm对氮、磷的去除效果波动较大,水深40cm去除效果较佳,水深60cm去除效果较慢;莲藕开花期对氮、磷的去除效果最好;排水频率为50%、75%和90%时,其稻田与湿地面积比分别为46.1∶1、22.3∶1和12.6∶1;农田排水进入湿地后停留时间以3~4d为宜。根据鄱阳湖流域沟塘湿地和耕地现状,从净化效果和经济性综合角度出发,鄱阳湖流域稻田与湿地面积比以22.3∶1~46∶1为宜。     

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。     

不同排水模式下农田污染物消纳规律研究

为探讨不同排水模式下农田污染物消纳规律,以宿迁市宿城区运南生态灌区为研究对象,进行实地选点、采样及测定污染物含量,研究了不同排水系统（系统一：沟闸调蓄系统,系统二：田沟直排系统,系统三：有闸无农沟系统）对污染物的消纳效果。结果表明：对比三种沟道系统对污染物的消纳效果发现,系统一消纳污染效果最好;在灌溉季节,7、8月份农田排水沟道系统消纳污染物的效果最好;在非灌溉季节,由于系统三斗沟的节制闸门长期关闭,沟内积水浑浊,大量藻类、浮萍等覆盖水面,导致5、11月份斗沟中的COD浓度最高;系统二的沟道系统虽然完善,但是无节制闸门,干沟至支沟的高差较大,水流流速快,农田排水在沟道中停留时间短,不利于充分发挥沟道系统截污功能。因此,就农田排水系统发挥消纳污染物的功能而言,应在支沟、干沟和农沟末端布置节制闸或者溢流坝,或减小沟道坡度来减缓水速使得沟道消纳污染物的时间延长。     

田间控制排水系统布局模式与相关技术的研究

农田控制排水技术在我国南方稻麦(菜)轮作区已被广泛应用,而其田间排水工程的实施和管理现状呈现出功能单一,局限性大的问题,田间工程的布局欠缺整体性和时效性,以高邮灌区基础数据为依据,提出一种田间排水系统的工程优化布局模式,并提供相应的关键技术,为田间控制排水技术工程的规划布局提供理论价值和参考依据。研究内容主要包括:①水稻田格田排水新措施;②水稻田农沟水位和田间渗漏量的对应关系,并提出一种农沟水位控制措施;③旱作物作业情况下,农沟(深沟)排水和暗管排水两种工程措施的择优条件;④提出灌区格田排水、农沟排水以及暗管排水三种排水工程的优化布局模式。     

节灌控排条件下稻田氮平衡模拟及利用效率分析

运用DNDC模型模拟分析不同节灌、施肥、控排条件下稻田氮素平衡状况及氮肥利用效率。结果表明,节水灌溉控制排水条件下,施氮量不大于180kg/hm2时,稻田土壤氮库均呈现亏损,亏损量为54.7～127.6kg/hm2,亏损量随着施氮量的增加而逐渐减小;除浅灌深蓄中氮和浅灌深蓄高氮处理外,控制排水处理土壤氮素亏损量均大于常规排水;浅灌深蓄、施中氮和控制排水的组合是最佳的水肥处理模式。     

塘堰湿地对农田排水氮磷净化效果试验研究

为了研究不同塘堰湿地与稻田面积比β以及湿地水滞留时间对稻田排水中氮磷污染物净化效果的影响,在江西省灌溉试验中心站针对以白莲为湿地植物的塘堰开展了原位试验.试验以TN,NH⁺₄-N,NO^-₃-N,TP去除率为判别指标,结果表明,白莲塘堰湿地对稻田排水中氮、磷具有较好的去除效果.排水进入湿地后的前3~4 d,各项指标随水滞留时间的延长上升较快,之后并没有随水滞留时间延长而明显提高,即湿地最佳水滞留时间为3 d.不同β湿地对氮、磷的去除效果在白莲成苗期和花果期明显好于成藕期.以成苗期和花果期去除率为辨别标准,不同β湿地对TN,NH⁺₄-N,NO^-₃-N的去除率从大到小依次为SD1,SD2,SD3,其中SD1与SD2之间差异不大,但均显著大于SD3.不同β湿地对TP的去除效果差异不明显.综合考虑经济及对农田排水中氮磷的去除率,最佳β为SD2湿地的1∶6.SD2湿地成苗期和花果期第3天对TN,NH⁺₄-N,NO^-₃-N,TP的平均去除率分别为72.5%,71.7%,55.6%,69.5%.     

控制平原湖区棉田暗管排水水位对氮素流失影响分析

选取控制水位为地下0、30、50、80、100 cm的5块棉花地,测定分析生育期内土壤和排水中氮素含量,探讨不同的地下水控制水位对土壤氮储量和径流中氮素排放量的影响。结果表明,5块棉花地雨后地下水水位与控制水位显著线性相关,单位面积土壤中氨态氮储量随控制水位的降低而减少,暗管径流中氨态氮排放量与暗管排水量有明显的线性正相关关系,硝态氮的排放量有随控制水位降低而增加的趋势。     

排水暗管外包材料渗透性与除氮效果试验研究

测定了5种排水暗管外包材料(麦秸秆、锯末、陶粒、沸石、纤维球)的透水特性,并分析了不同外包材料及其厚度的去氮效果。结果表明,各外包材料对氨态氮和硝态氮的去除能力存在差异,无机材料对氨态氮的吸附能力较强,有机材料对硝态氮的去除能力更好;10cm厚度时锯末除氮效果最好,去除率为55.1%,而在30cm厚度时沸石相对更好,去除率为76.2%;外包料的厚度对总氮的去除能力呈正相关关系,每增加10cm厚度,麦秸秆和锯末总氮去除率增加6%～8%,陶粒和沸石总氮去除率增加6%～28%,纤维球总氮去除率增加10%～20%。