不同渗漏强度下寒区节水灌溉水稻生长发育与产量特征研究

本文基于不同渗漏强度的测桶试验,研究其对寒地水稻生长发育与产量特征的影响。结果表明:稻田日渗漏量越大,土壤含水率下降越快,这种规律性在生育前期更为明显。稻田日渗漏强度大,降低了分蘖成穗率和株高,减小了叶面积指数,不利于地上干物质的积累,进而影响产量。进一步讨论不同渗漏强度对产量及其构成要素的影响,日渗漏强度越大,一方面抑制水稻分蘖,最终有效穗株显著降低;另一方面能够帮助水稻根系生长,促进养分的吸收,提高结实率。每穗粒数和千粒重随着日渗漏强度的增大而降低,但处理间差异不显著。为了能保障较高的千粒重,需要在抽穗开花期到乳熟期适当提高灌水下限。在渗漏强度比较大的地区,节水灌溉条件下水稻对灌溉及时度的要求更高,即在土壤含水率达到下限时应及时进行灌溉,否则难以保证高产。     

有机磷灭蚊剂投放浓度和时间对水体总磷的影响

为分析新型低毒有机磷杀虫剂“1%双硫磷颗粒”投放对河道水质的影响,设置不同药剂投放浓度和不同反应时间的室内试验,以TP、NH₃-N及S^2-为目标因子,分析该药剂投放后水体污染物浓度。结果表明:不同试验组水样中S^2-质量浓度均小于0.02 mg/L,NH₃-N质量浓度处于0.029~0.036 mg/L之间,均达到地表水Ⅰ类标准;不同浓度药剂投放1 h后,水体TP质量浓度已达到稳定状态,且在60 h内均保持稳定,药剂投加量与水体TP质量浓度呈显著正相关(R²=0.85);不同处理组的药剂在水体中的TP释放量无明显差异,均在1.06~1.30 mg/g之间。“1%双硫磷颗粒”推荐适宜投放量不会使河道水质恶化到劣Ⅴ类,但增加药剂投放量会增加水体TP污染及富营养化风险。     

不同渗漏强度条件下淹水稻田中氨态氮转化和运移的研究

本文以溶质运移理论为基础，建立了淹水稻田中氨态氮运移，转化的数学模型，并以室内土柱试验进行了验证，应用该模型模拟计算了控制不同稻田中渗漏强度，施肥管理制度下淹水稻田中氨态氮的运移及分布动态，可为拟定合理的水肥管理措施提供依据。     

不同渗漏强度下淹水土壤中NH_4~＋－N转化运移的数值模拟

文中提出了淹水土壤中以氧化－还原分异现象为基础的ＮＨ＋４－Ｎ转化运移的数学模型，通过不同渗漏强度下淹水土壤表施碳铵后的土柱试验验证了混合有限解析解数值模型，进而模拟了不同水肥管理条件下淹水土壤中ＮＨ＋４－Ｎ迁移及分布。     

温室中农村废水再生滴灌过程中污染物的时空变化规律

在温室中采用土壤过滤系统处理后的农村废水进行滴灌,分析灌溉后土壤和渗漏水中化学需氧量COD_(Cr)、生化需氧量BOD_5、全氮TN、氨氮NH_3—N和全磷TP的时空变化规律。在试验区滴头正下方20 cm深度处埋设一组负压计,当负压计指示的土壤基质势低于-25 k Pa时进行灌溉,每次灌水量为5 mm。实验结果表明:不同季节土壤深层渗漏水中污染物浓度由高到低依次为夏季秋季春季冬季;污染物浓度随深度降低,1. 5 m深度处深层渗漏水中,发现COD_(Cr)、BOD_5、TN、NH_3—N和TP的最高截留率分别达到76. 3%～88. 1%、84. 2%～89. 2%、69. 3%～76. 8%、57. 3%～63. 1%和69. 8%～78. 6%;在滴灌区域外边缘,沿着水流的水平方向,各污染物浓度衰减率逐渐增大;采用农村废水再生滴灌,深层渗漏水中TN、TP的浓度较低,调节再生废水浓度,可以控制污染物流入浅层地下水,从而防止面源污染。     

灌溉模式对稻田氮磷损失及环境影响研究展望

对不同灌溉模式下,稻田深层渗漏、地表径流量的差异性,各生育阶段作物对氮、磷吸收规律,土壤的理化性质的改变对氮、磷损失的形态和数量的影响等问题进行了探讨。综述了不同灌溉模式对稻田氮、磷损失及环境负荷影响的研究进展,并提出了需要进一步研究的问题。     

不同渗漏强度下淹水土壤中NH4^＋—N转化运移的数值模拟

文中提出了淹水土壤中以氧化－还原分异现象为基础的ＮＨ４＾＋－Ｎ转化运移的数学模型，通过不同渗漏强度下淹水土壤表施碳铵后的土柱试验验证了混合有限解析解数值模型，进而模拟了不同水肥管理条件下淹水土壤中ＮＨ４＾＋－Ｎ迁移及分布。     

凉水河污染对土壤和地下水的影响

在凉水河下游取河床底泥及河床下部土样,分析其NH3-N、磷和有机物的变化,发现底泥对NH3-N和磷的去除发挥了很大作用,分别是下部土壤吸附量的10倍和1倍多;土中5种氯代烃均有检出,是河水长期渗漏积累的结果。凉水河流域内的野外试验结果表明,凉水河对地下水存在污染,污染组分主要是CODCr,NH3-N也有一定污染,其他无机污染组分如NO3-N,Cr6+,TP和Pb2+对地下水的影响较小,氯代烃对地下水也有一定影响。据推测,凉水河污染对地下水的影响范围大概在河两侧80 m范围内。     

陡河流域地表水与地下水转化关系

通过对陡河流域地表水-地下水水样的氢氧同位素分布特征进行分析,发现研究区河岸带第Ⅰ含水层除了受大气降水、灌溉回归水入渗补给外,还接受河水早期的渗漏补给,第Ⅱ含水层对第Ⅲ含水层有越流补给,第Ⅱ含水层同时也受大气降水和灌溉回归水的影响,而远离河岸带的第Ⅳ含水层与上覆各含水层稳定同位素组成显著不同,河岸带水库附近的第Ⅳ含水层可能受地表水库渗漏影响。河岸带地下水与地表水水力联系的变迁严格受河岸带地下水水位变化控制,如景庄子剖面的地下水埋深为5m,雨季时河水补给地下水,旱季时地下水补给河水,而靠近地下水漏斗中心的越河乡剖面地下水水位埋深达25m,其常年受地表水补给。     

污水灌溉后硝态氮在土壤和地下水中运移特性

通过实验对不同浓度污水灌溉后在土壤、地下水中的空间分布随时间变化规律进行定量分析,表明中上层土壤中累积的入渗NO3--N的含量较大,入渗污水的浓度越大,地下水中的NO3--N浓度的增幅越大,地下含水层上层水体NO3--N含量比下层水体大。污水灌溉必须控制灌水量、预防土壤和地下水污染发生。     

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。     

控灌中蓄及减量施肥对稻田氮素动态的影响

为寻求高效生态的水-肥管理模式以减轻稻田施肥所引起的面源污染,在浙江省余姚试验区采用对比试验观测田面水与各土层土壤水中氮素形态及其质量浓度,对不同水肥管理模式下稻田氮素的变化规律进行分析。结果表明:施基肥7 d后减量施肥,田面水的NH+4-N质量浓度均值为常规施肥的46.14%,NO-3-N质量浓度均值为常规施肥的83.62%;控灌中蓄节水灌溉模式与减量施肥耦合能延长田间水的滞蓄时间,使稻田氮素肥料快速入渗并较多地保留在作物耕层,提高氮肥的有效利用率,降低田面排水的氮素浓度,减少氮素的深层渗漏;施肥后4 d内田面水的氮素浓度较高,应控制排水以避免氮肥流失,减轻稻田氮肥施用所引起的农业面源污染。     

生态塘对稻田降雨径流中氮磷的拦截效应研究

农田养分的大量流失已成为农业面源污染的主要来源之一,生态塘兼具排水和生态湿地双重功效,研究其对稻田排水氮磷的拦截效应对于防治农业非点源污染具有重要意义。针对降雨径流条件下生态塘对降雨径流中氮磷的动态拦截效应以及降雨径流结束后氮磷在静水中的去除效应有待明了的需求,本文选取太湖西岸何家浜流域典型农田作为研究对象,并将该区域的塘堰改造为生态塘,研究了生态塘对水稻生长期内的三场降雨径流氮磷的拦截去除效果及降雨径流结束后氮磷在静水中的去除效应。研究结果表明:(1)在三场降雨过程中,生态塘对总氮(TN)的平均去除率为34.7%,总磷(TP)的平均去除率为34.8%;(2)生态塘对降雨径流中不同形态氮磷的去除率大小排序为氨氮(NH_4~+-N)颗粒态氮(PN)硝态氮(NO_3~--N),颗粒态磷(PP)溶解态磷(DP),且径流状态下水体垂向分层氮磷浓度分布随降雨进行而变化,总体分布规律为底层氮磷浓度大于表层氮磷浓度;(3)降雨径流结束后,TN在生态塘中的去除率为50.4%,TP在生态塘中的去除率为52.3%,塘2对TN、TP的去除率大于塘1与塘3,生态塘表现了较强的抗冲击自修复性。     

寒地黑土区调亏灌溉对水稻蒸散影响 及其节水效果

为了确定寒地黑土区调亏灌溉对水稻蒸散量的影响及节水效果,采用蒸渗器试验法和田间水量平衡分析,开展水稻本田期不同灌溉模式需水规律与降水利用研究。结果表明,试验区域相对于调亏灌溉管理的水稻蒸散需水要求,多年平均降水量仅在返青、分蘖期有所亏缺,灌溉水主要满足泡田期用水和深层渗漏导致的水量消耗。为此,调亏灌溉的净用水量可降低到390 mm,节水效果比浅晒浅灌节约灌水量51.9%,地下渗漏量是浅晒浅灌的37.43%,降水有效利用率较充分灌溉模式提高4.2%以上。     

苏北平原河网区典型农村中小河流水体氮磷赋存特征

以苏北平原河网区的盐城市射阳县某个典型圩区(面积12.73km2)为例,通过连续15个月对圩区内沟渠河流水体采样分析,研究苏北平原河网区中小河流地表水氮磷赋存特征。结果表明:研究区域中小河流水体氮磷超标严重,水体处于富营养化状态。所有水样品总氮质量浓度均超过GB 3838—2002《地表水Ⅲ类水质标准》(ρ=1.0 mg/L),79%的总氮质量浓度超过Ⅴ类水质标准(ρ=2.0 mg/L);73%的总磷质量浓度超过Ⅲ类水体标准(ρ=0.2 mg/L),39%的样品超过Ⅴ类水质标准。地表水氮素和磷素主要以溶解态形式存在;硝态氮是溶解态总氮主要赋存形态,相应的比例约为60%,铵态氮比例最少,约为10%;溶解态活性磷是溶解态磷素主要赋存形态,约为80%。畜禽养殖相对集中区域地表水氮素和磷素浓度高于其他区域;中沟、干渠等小型河流水体在夏季存在水质分层现象。     

位山灌区农业活动对地下水水质的影响

为了研究位山引黄灌区农业活动对地下水的污染情况,采取点面结合方式对灌区地下水水质状况进行调查,分析地下水中氮、磷的质量浓度,并根据地下水评价标准进行单指标的水质评价。结果表明,位山灌区的地下水水质有30%左右劣于Ⅲ类水质标准,呈现逐年恶化趋势。由于灌区地势平缓,土壤水分以垂向运动为主,灌区地下水中氮素质量浓度受农田灌溉及施肥等农业活动的影响比较显著,近年来地下水中氮素质量浓度有所增加。指出通过灌溉渗漏和排水进入地下水的农业施肥可能是该区域的地下水中氮素逐年累积的主要原因。     

Experimental study on water-saving and emission-reduction effects of controlled drainage technology

Field experiments and laboratory analysis were carried out to determine the effects of controlled drainage(CTD) and conventional drainage(CVD) technologies on drainage volume, concentrations of NHt4-N, NO 3-N, and total phosphorus(TP), nitrogen and phosphorus losses, rice yield,and water utilization efficiency. Results show that CTD technology can effectively reduce drainage times and volume; NHt4-N, NO 3-N, and TP concentrations, from the first to the fourth day after four rainstorms decreased by 28.7%e46.7%, 37.5%e47.5%, and 22.7e31.2%, respectively,with CTD. These are significantly higher rates of decrease than those observed with CVD. CTD can significantly reduce nitrogen and phosphorus losses in field drainage, compared with CVD; the reduction rates observed in this study were, respectively, 66.72%, 55.56%, and 42.81% for NHt4-N, NO 3-N, and TP. Furthermore, in the CTD mode, the rice yield was cut slightly. In the CVD mode, the water production efficiencies in unit irrigation water quantity, unit field water consumption, and unit evapotranspiration were, respectively, 0.85, 0.48, and 1.22 kg/m3, while in the CTD mode they were 2.91, 0.84, and 1.61 kg/m3 din other words, 3.42, 1.75, and 1.32 times those of CVD. Furthermore, the results of analysis of variance(ANOVA) show that the indicators in both the CVD and CTD modes, including the concentrations of NHt4-N, NO 3-N, and TP, the losses of NHt4-N, NO 3-N, and TP, irrigation water quantity, and water consumption, showed extremely significant differences between the modes, but the rice yield showed no significant difference.     

灌区地表水—地下水耦合模型的构建

为了定量描述灌区水平衡要素及其转化关系,构建了灌区地表水-地下水分布式模拟耦合模型。通过改进SWAT模型的稻田及旱作物水分循环、蒸发蒸腾量和渠系渗漏计算等模块,建立了灌区地表水分布式模拟模型;以SWAT模型中的水文响应单元(HRU)和MODFLOW模型中的有限差分网格(cells)作为基本交换单元,将改进SWAT模型的地下水补给量计算值加载到MODFLOW模型的地下水补给模块,实现了灌区地表水-地下水分布式模拟模型的耦合。耦合模型在柳园口灌区的应用结果表明,该模型能够准确模拟和预测灌区地表水和地下水的动态变化,为灌区水管理提供了科学依据。     

走马塘排水对望虞河引水水质的影响

为量化望虞河引水枢纽移建后其引水水质受到上游走马塘排水的影响程度,通过建立长江江苏段二维水环境数学模型,选取总磷作为研究对象,量化了不同排水量方案下走马塘排水对望虞河引水枢纽处的水质影响,并提出了后期引水水质改善的措施。结果表明:走马塘排水对望虞河引水水质影响随潮汐波动,引水枢纽外移后望虞河引水总磷质量浓度最大增幅可达21.3%;提高走马塘排水水质可减小对望虞河引水枢纽处水质影响,采取间隔引水的方式对降低望虞河总磷质量浓度效果更为明显;在走马塘排水水质达到地表水环境Ⅳ类标准、停止排水48 h以后引水,可以基本控制总磷质量浓度增幅在1%以下。     

间歇性波浪扰动下河口底泥中磷释放特性研究

作为反映河流、海洋水体受污历史的载体,河口底泥在污染达到一定程度时易在海洋动力作用下释放沉积其中的污染物,影响水体水质。为了明确秦皇岛近岸海域内污源染,量化波浪扰动下底泥释放对水质的影响,该研究以波流水槽为动力试验设备,选取秦皇岛污染最严重的河流之一大蒲河的河口底泥为研究对象,试验研究河口底泥在间歇性波浪扰动下磷的释放特性。总磷在波浪扰动下的释放可分为浓度迅速增加的初期和浓度随时间线性增加的稳定期两个阶段,浓度随波高增大而升高,且在波高大于8 cm时与浊度呈显著正相关。溶解性总磷受浓度梯度和波浪引起的孔隙水压力影响向上覆水体迁移扩散,随时间呈小幅增加。总磷在波浪扰动初期的释放强度为2.00×10~(-3)–8.75×10~(-3) mg/m2/s,是稳定期释放强度0.50×10-4–2.25×10~(-4) mg/m~2/s的18–40倍,且两个阶段的释放强度均随波高呈指数增长。当波浪强至起动底泥,原先的泥水界面释放转为底泥起动悬浮释放,水体中颗粒态磷取代溶解态磷成为磷的主要赋存形态。间歇性波浪扰动静置期,颗粒态磷的吸附沉降使得水体中总磷浓度和颗粒态磷的比例大幅降低。