稻田与沟塘湿地协同原位削减排水中氮磷的效果

农田排水中过多的氮磷会造成水体富营养化以及面源污染等一系列水环境问题。本文提出控制农田面源污染的稻田沟塘湿地协同系统,研究了该系统及其各组成部分对农田排水中氮磷的削减效果及机理。研究结果表明：该系统可有效地减少稻田排水量,降低稻田排水中氮磷浓度,对稻田排水中氮磷实现原位削减。其较传统灌排系统减少排水量73.03%,分别减少总氮（TN）和总磷（TP）流失负荷90.17%和79.53%;该系统中各组成部分都具有控污效果,其中稻田控制灌排可有效地减少稻田排水、降低排水中氮磷浓度和田间产污能力,控制灌溉稻田TN 和 TP 负荷较传统灌溉减少53.72%和37.45%,明沟控制排水对稻田排水中 TN 和 TP 的去除率达到64.59%和54.35%,沟塘湿地能够有效地净化稻田排水中氮磷等污染,TN 去除率达到37.13%,TP 去除率达到27.32%。本文研究结果可为该系统在我国的应用提供理论支持及实践指导。     

稻田与沟塘湿地协同原位削减排水中氮磷的效果

农田排水中氮磷流失造成了水体富营养化及面源污染等一系列水环境问题。提出了控制农田面源污染的稻田沟塘湿地协同系统(PEDWS)，研究了该系统及其各组成部分对农田排水中氮磷的削减效果及机理。结果表明：PEDWS可有效地减少稻田排水量，降低稻田排水中氮磷浓度，对稻田排水中氮磷实现原位削减。较传统灌排系统减少排水量73.03%，分别减少总氮(TN)和总磷(TP)流失负荷90.17%和79.53%；PEDWS中各组成部分都具有控污效果，其中稻田控制灌排可有效地减少稻田排水、降低排水中氮磷浓度和田间产污能力，控制灌溉稻田TN和TP负荷较传统灌溉减少53.72%和37.45%，明沟控制排水对稻田排水中TN和TP的去除率达到64.59%和54.35%，沟塘湿地能够有效地净化稻田排水中氮磷等污染，TN去除率达到37.13%，TP去除率达到27.32%。本文研究结果可为PEDWS在我国的应用提供理论支持及实践指导。     

DRAINMOD-NⅡ模拟暴雨后稻田排水及氮素变化

为探究暴雨后稻田排水与氮素流失规律,在宿迁市运南灌区试验基地开展了常规与控制灌排模式下暴雨后排水量及其NO-3-N和NH+4-N浓度的观测试验,并利用DRAINMOD-NⅡ模型模拟排水量及其NO-3-N和NH+4-N浓度。实测结果表明:控制模式与常规模式相比,排水量减少4.2%~54.9%,NO-3-N负荷减少39.9%~62.9%,NH+4-N负荷减少30.0%~63.3%,表现为次降雨量越大,减排量越大。模拟结果表明:2种模式各次暴雨排水量模拟值的误差均在10.0%以内,4次暴雨排水总量模拟值的误差在5.0%以内;4次暴雨排出的NH+4-N与NO-3-N负荷模拟值常规模式最大误差为6.0%左右,控制模式误差均在5.0%以内,2种模式的相关系数R与效率系数NS指标均较好。采用控制灌排模式能够有效减少排水量,提高雨水利用效率,减少NO-3-N和NH+4-N流失;DRAINMOD-NⅡ模型能够有效地描述暴雨后稻田排水及氮素运移过程。     

不同节水灌溉模式的减排效果研究

为探讨不同节水灌溉模式的减排效果,在江西省灌溉试验中心站进行了两年的田间试验和测筒模拟试验,研究了淹水灌溉、间歇灌溉、蓄雨间歇灌溉3种节水灌溉模式对总氮、总磷和氮磷的减排效果.结果显示,与淹水灌溉和间歇灌溉相比,蓄雨间歇灌溉能够减少早稻排水量及排水次数分别为30%、3次,减少晚稻排水量及排水次数分别为100%、1次,减少氮磷排放量幅度分别为15%、35%左右,达到了减少排污的效果.     

运用DRAINMOD-N Ⅱ模拟平原河网地区稻田排水氮素流失量

运用DRAINMOD-NⅡ模型模拟分析了江苏省临湖灌区不同排水间距对排水量和氮素流失量的影响。结果表明，排水量受排水间距影响较大，氮素流失量在水稻生长前期受施肥和排水间距影响较大，氮素流失量与排水量变化趋势基本一致，控制排水可以有效地降低稻田氮素流失。     

不同年型控灌中蓄稻田水分变化特征分析研究

控灌中蓄是在控制灌溉(排水)技术和蓄雨型节水灌溉技术的基础上,依据南方地区稻植期雨量多而发展起来的一种节水灌溉制度。本文从不同年型稻田各水分要素在田间的分布和变化情况入手,通过比较控灌中蓄和常规灌溉模式下有效降雨量、灌溉用水量、水稻需水量、田间耗水量、稻田排水量之间的差异,掌握不同年型水稻生育期田间水分分布和变化规律。通过对水稻不同年型田间灌溉以及对降雨的利用情况进行分析,比较水稻控灌中蓄和常规灌排模式下水稻需水量之间的差异,探索水分利用效率之间差异的根源,阐明控灌中蓄生态节水灌溉模式的节水机理,旨在为节水灌溉技术下土壤水分管理和调控提供依据。     

应用DRAINMOD-N II模型对暴雨后稻田排水量和氮素模拟

为研究暴雨后稻田氮素的排放过程,在宿迁市船行灌区开展了试验,测定了常规灌排和控制灌排模式下暴雨后NH_4~+—N、NO_3~-—N的浓度和稻田排水量,并用DRAINMOD-N Ⅱ模型对暴雨后稻田排水量、NH_4~+—N和NO_3~-—N流失负荷进行模拟。试验结果表明:控制灌排模式可以显著减少雨后稻田排水量和氮素排放量;在两种灌排模式下,DRAINMOD-N Ⅱ模型对雨后排水量模拟值与测量值的相对误差RE在2%以内,相关系数R在0.98以上,模拟效率系数NS在0.96以上,对NH_4~+—N和NO_3~-—N流失负荷的模拟值与测量值的相对误差在5%以内,相关系数R在0.95以上,模拟效率系数NS在0.90以上,因此通过模型率定得到的各参数值较为合理,可以利用该DRAINMOD-NⅡ模型对未来暴雨后稻田排水量、NH_4~+—N和NO_3~-—N流失负荷进行预测。     

圣乔奎流域的资源在危机中:田间排水水源控制

美国加州各方面的情况均与我们有所不同,但译者认为,文中某些观点不仅是可以借鉴,而且与美国相比较我们更应该重视。如本文提出解决圣乔奎流域排水危机最现实的选择方案为控制田间排水水源。为什么是最现实的?译者曾见到加州的总体排水规划,其中考虑有若干修建排水干渠入海的方案和化学处理方案等,但正如译文所说“由于各种经济、政治或技术的原因,只经过短期的努力,这些可能性还不可能达到”。美国的经济力量比我们堆厚得多,但从本译文可以看到,他们也不得不想尽办法,探索研究各种措施以尽量控制田间排水水源,减少排水水量,并认为这是最现实的道路。因地,我们在考虑灌区排水问题、研究排水工程的规模时不是更应该考虑灌排结合,尽量减少排水量吗?当然,灌水量不能过少,除作物正常的需水外,还需要一定数量冲洗盐分的水量。但在美国加州目前的灌溉技术和管理水平条件下,他们仍认为排水流量还可以减少,我们的灌溉情况大家都较清楚,无疑是大有潜力的。在灌溉方面研究采取有效的技术和管理措施,减少目前的灌溉水量肯定不会影响作物的产量,从而减少排水量,为何乐而不为呢?至于输水灌渠的渗漏只有危害且对排水量影响甚巨,不言而喻更应首先加以考虑。     

稻田灌排耦合的水稻需水规律研究

依据蒸渗仪试验资料,分析了稻田灌排耦合调控下水稻需水量变化规律。结果表明,灌排耦合模式的水稻全生育期需水量变化差异显著(p0.05)。与浅湿灌溉+大田地下水埋深模式相比较,控制灌溉+适宜地下水埋深的水稻需水量减少25.3%,控制灌溉+控制地下水埋深模式的水稻需水量减少34.4%;灌排耦合模式的水稻阶段需水强度均有不同程度下降,以拔节孕穗期和分蘖中期降低幅度较明显;需水量模比系数呈前期小、中期大、后期又小的变化规律。不同地下水埋深对水稻需水量变化的影响未达到显著水平,以控制灌溉+控制地下水埋深模式水稻全生育期需水量较小。     

不同灌溉制度对水稻减污效果的影响

化肥利用率低,大量化肥损失导致一系列影响环境。化肥的流失和水分有直接关系,对控灌、浅晒浅灌、湿润灌、间歇灌4种灌溉技术,采用基于RAGA的PPC模型进行不同灌排模式减污效果综合评价,分析不同灌排模式下的减污效果,为减少水田污染提供有效的灌溉制度。     

防治大棚土壤盐碱化的水管理方案

针对大棚土壤盐碱化问题,在田间试验的基础上,应用水管理软件DRAINMOD模拟各种大棚农田水管理措施下土壤含盐量的变化过程。模拟结果表明:夏季揭棚,对于控制土壤盐碱化具有明显的效果;无排水措施时,即使在夏季揭棚让雨水淋洗,长期种植也导致土壤积盐过多,不适应蔬菜生长;对于0～40 cm表层土壤,控制排水的盐分淋洗效果好于自由排水,但对于40cm以下的土壤,自由排水的盐分淋洗效果要好于控制排水;在不揭棚时节,适当加大灌溉量有一定洗盐效果;在高温多雨时节揭棚,采用控制排水和常规灌溉量,是比较好的大棚水管理方案。     

农田地表控制排水对排水中磷质量浓度的影响

为对比研究农田地表控制和非控制排水条件下,不同时段暴雨产生地表径流中磷质量浓度和总排水量的变化规律,进行平均降雨强度为0.49 mm/min、历时126 min的降雨排水试验。试验结果表明:非控制排水各时段平均磷排出质量浓度为8.48 mg/L,控制排水平均磷排出质量浓度为4.4 mg/L;控制排水量比非控制排水量减少了13.5%;非控制排水磷排出量为271.6 mg/m2,控制排水磷排出量为136.5 mg/m2。控制排水总排水量的减少和排水中磷质量浓度的降低,使得控制排水磷排出量仅为非控制排水的50.3%。农田地表控制排水显著减少了磷的排出量。     

The Pros and Cons of Encouraging Shallow Groundwater Use through Controlled Drainage in a Salt-Impacted Irrigation Area

Encouraging shallow groundwater use through water table management or controlled drainage in irrigated areas can relief crop water stress under water shortage condition. But substituting fresh irrigation water with saline groundwater may speed up salinity buildup in the crop root zone, and consequently increase water use for salt leaching. With a proposed analytical model, this paper presents a case study demonstrating the effect of encouraging shallow groundwater use through controlled drainage on salt and water management in a semi-arid irrigation area in northwestern China. Based on the average rainfall condition, the model assumes that salt accumulates in the crop root zone due to irrigation and shallow groundwater use; till the average soil salinity reaches the crop tolerance level, leaching irrigation is performed and the drainage outlet is lowered to discharge the salt-laden leaching water. For the relatively salt tolerant crop–cotton in the study area, the predicted leaching cycle was as long as 751 days using the fresh water (with salinity of 0.5 g/L) irrigation only; it was shortened to 268 days when the water table depth was controlled at 2 m and 23% of the crop water requirement was contributed from the saline groundwater (with salinity of 4.43 g/L). The predicted leaching cycle was 140 days when the water table depth was controlled at 1.5 m and groundwater contribution was 41% of the crop water requirement; it was shortened to 119 days when the water table depth was controlled at 1.2 m and the groundwater contribution was 67% of the crop water requirements. So the benefit from encouraged shallow groundwater use through controlled drainage is obtained at the expense of shortened leaching cycle; but the shallow groundwater use by crops consists of a significant portion of crop water requirements, and the leaching cycle remains long enough to provide a time window for scheduled leaching in the off season of irrigation. Weighing the pros and cons of the encouraged shallow groundwater use may help plan irrigation and drainage practices to achieve higher water use efficiency in saline agricultural areas.     

节水灌溉与控制排水理论及其农田生态效应研究

针对我国灌溉排水研究领域对节水灌溉、控制排水及其农田生态效应研究的迫切需要,在分析节水灌溉理论、控制排水理论及灌溉排水的农田生态效应等方面的研究态势及存在的科学问题,提出了今后的几个重点研究问题及其预期的创新性成果。     

水足迹框架下稻田水资源利用效率综合评价

为综合评价稻田水资源利用效率,优选高效灌排模式,本文基于水足迹理论,考虑水资源利用率、水资源产出效益和水量及环境效益3个方面,构建稻田水资源利用效率综合评价指标体系,利用层次分析法和模糊综合评价模型对2015—2018年各处理稻田水资源利用效率进行综合评价,并与单个指标的评价进行对比。结果显示：各处理作物水足迹年均值分别为976.8（浅水勤灌）、1008.7（浅湿灌溉）、954.4（控制灌溉）和792.6 mm（蓄水-控灌）,蓝、绿及灰水比例年均值分别为16.4%、40.9%和42.7%;水资源产出效益在水资源利用效率评价中占据首要位置;各处理稻田水资源利效率综合评分值在2.8058~3.9432之间,等级为中或中高,优选出的高效灌排模式为蓄水控灌;作物水分利用效率、作物水足迹与综合评价的对比表明水资源利用效率综合评价至关重要。基于水足迹的稻田水资源利用效率评价能够为农业用水效率评价提供一种新视角,为农业节水尤其是水稻节水的科学研究和决策提供实践依据。     

灌排一体化工程对地下水埋深及作物生长影响的研究综述

灌排一体化工程是提高农业水肥利用效率、减小旱涝灾害影响、提高作物产量的重要方式之一,近年来人们逐渐认识到灌溉与排水是紧密相连的两部分,对于农田灌溉排水工程的研究与相关建设也在不断增加。灌排系统从早期提高排水效率,到注重环境影响,逐渐发展为节水灌溉与新型排水技术相结合的灌排一体化工程。灌排一体化工程通过控制灌溉与排水过程,会对土壤含水率和地下水位、地下水矿化度产生一定的影响,改变作物根系土壤水分条件,从而影响作物的水分吸收和生理生长过程,合理的灌排工程可以促进作物的生长,提高产量。我国南北方灌排系统功能存在一定差异,南方以除涝防渗为主,北方则以提高抗旱能力、治理土壤盐渍化为主。同时,我国灌排系统还存在前期投入成本高、运行维护管理不完善、系统操作技术难度高等问题急需解决。未来,灌排一体化工程应朝着管网化、信息化和自动化方向发展,进一步提高田间水肥利用效率,实现灌排现代化。     

控制排水对宁夏银南灌区水稻田盐分动态变化的影响

本文结合2004～2005年在宁夏银南灌区水稻田进行的一项控制排水大田试验，研究分析了控制排水措施对田间盐分动态变化的影响。结果表明：控制排水条件下0.3m深度地下水盐分的平均浓度略高于常规排水，并且该深度地下水盐分浓度在总体上比较稳定；在0.8m和1.2m深度，控制排水条件下的地下水盐分浓度明显大于常规排水条件下盐分的浓度，而且盐分受灌溉的影响程度要小于常规排水；最后，控制排水措施减小了田间浅层地下水盐分浓度的差异，而对深层地下水盐分浓度的空间差异影响较小。两年的试验研究结果说明控制排水措施对水稻田地下水盐分动态产生了一定程度的影响，但是并没有出现明显的积盐现象。因此，具有环保意义的农田控制排水措施可以在当地进行推广使用。     

农田控制排水与补充灌溉对作物产量和排水量影响的模拟分析

农田控制排水是减少硝态氮流失最直接有效的方法之一。本文利用典型涝渍区-淮北平原砂姜黑土地区实测土壤、气象、作物等资料,用DRAINMOD模型进行了长序列模拟分析,结果显示在当地气象条件下,干旱是影响冬小麦产量的主要因素,而涝渍则是影响棉花产量的主要因素。补充灌溉条件下,采用传统排水与控制排水两种措施的模拟结果显示,灌溉可使冬小麦产量得到大幅提高,但对棉花产量的影响不大。采取控制排水措施后,地下排水量大大减少,排水总量也显著降低,从而有利于区域水质的保护。     

水管理策略对土壤水盐动态和区域地下排水影响的模拟评价

以宁夏惠农灌区平罗试验区为对象，基于田间观测与灌溉试验结果，在田间尺度采用SWAP模型开展不同地下水调控深度与灌溉制度相结合的水管理方案下土壤水盐动态的模拟，在区域尺度采用MODFLOW模型进行不同水管理方案对区域地下排水量影响的模拟评价，据此分析土壤水盐动态过程和农田排水系统的作用，对拟定的各种水管理方案进行评价。结果表明，现状灌溉用水量虽有助于减少表土盐分积聚，但地下排水量占灌溉用水量的39．4％；现状灌溉用水量减少50％时，浅埋地下水位会加重表土积盐；现状灌溉用水量减少25％时，作物根区没有产生明显的积盐，地下排水量减少31．4％。因此，较为合理的水管理方案是将现状灌水量减少25％的同时将地下水埋深控制在70cm以下，才能达到节水、增产、改善农田水土环境的目标。