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沟田协同控制灌排技术节水及环境效应试验研究完成单位:江苏省农村
沟田协同控制灌排技术节水及环境效应试验研究
完成单位:江苏省农村水利科技发展中心,河海大学
涟水县水利科学研究站
一、项目来源与背景
(一) 项目来源
本研究属农村水利基础性课题研究,为2009、2010年度江苏省水利科技重点项目,同时被列入了“国家自然科学基金项目”与“教育部重点实验室基金项目”。
(二) 研究目的及意义
江苏省水稻生长期与雨期基本同步,生育期间雨水资源较为丰富且暴雨出现频率较高,充分利用降雨资源,是江苏省水稻节水灌溉的主要发展方向。合理增加雨后蓄水深度,将稻田变为临时水库,不仅节约灌水量,而且具有减轻下游防洪和排涝压力、保持水土、净化水质、控制杂草的效果。因此,研究在不降低水稻产量和品质的前提下充分利用降雨,深入探讨江苏省农业,特别是稻作区的节水潜力,提高农田节水、减排、防洪、除涝能力,对加快推进节约型社会建设具有重要现实意义。
江苏省水稻种植区氮磷施用水平较高,其单位面积化肥使用量远高于全国平均水平。如太湖流域,更达到了平均水平的4倍以上。通过径流和淋洗所产生的氮、磷损失已经成为江苏省农业面源污染的主要来源之一,并已经对农业水环境造成了严重威胁。因此,通过制订合理的灌排水措施,尤其是节水灌溉条件下的控制排水措施,利用稻田和遍布于稻田中的排水沟,在拦蓄降雨的同时,消减排水中的氮磷污染物,减少面源污染,对于改善江苏省农村水环境、保障江苏省农村经济社会可持续发展具有的重要的现实意义。
(三) 国内外研究现状分析
农沟是稻田系统中最末一级的固定排水沟道,数量众多,具有巨大的蓄水能力。在利用稻田对雨水进行一次拦截的基础上,将稻田多余的雨水排入农沟,并适当控制其排水量,充分利用农沟排水的泥沙沉淀、硝化-反硝化反应和植物吸收、土壤吸附等效应,在减少排水量的同时降低排水中氮磷污染物浓度,对农田排水及其中污染物进行二次拦截,可进一步提高雨水利用效率,减少氮磷等污染物的排放。此外,沟道控制排水还有助于改变区域地表径流过程,延长排水历时,削减洪峰流量,减轻区域排涝和防洪压力。
根据国内外研究现状,本研究提出了水稻沟田协同控制灌排技术。其理论核心,是根据水稻生长及产量对干旱和淹水胁迫的反应特征,在保持较低灌水下限的同时,提高雨后蓄水上限,以扩大稻田的储水库容,充分利用天然降水,提高降雨利用率、灌排定额、减少灌排水频率和氮磷流失负荷。在此基础上,利用稻田地区数量巨大的沟道系统,对稻田排水进行二次拦截和控制,以期达到节水、减排、省工、环保的效果。
二、项目关键成果及其试验方法
(一)主要研究方法
本项目采用小区试验、大田试验与示范推广相结合的研究方法。模拟试验和小区试验主要在南方地区高效灌排与农业水土环境教育部重点实验室下属的河海大学节水园区内进行。大田试验和示范推广在涟水试验站及涟水灌区内进行。
田间控制排水试验主要在南京市河海大学节水园区内进行。研究控制排水下,作物的生长发育、生理和生化指标、农艺指标的变化规律;田面水氮磷形态、浓度、负荷的变化规律及其机理。
沟田协同控制灌排模式主要在淮安市的涟水灌溉试验站进行。研究不同控制排水模式下农田尺度上的节水、减排效果。重点研究了沟田协同控制灌排下,农沟排水量、氮磷浓度变化规律;沟水中氮磷浓度的垂向分布及其衰减规律,氮磷负荷等。
(二)研究内容
(1)农田尺度控制排水对水稻生长以及生理生化指标的影响。研究稻田控制排水模式下,干旱和淹水胁迫对水稻生长和生理生化指标的影响规律,包括干旱和胁迫下水稻株高、分蘖数、叶面积、干物质累计等生长指标的变化规律;重点探讨了旱、涝胁迫及交替胁迫模式下,水稻叶片光合参数、叶片生理生化指标的变化规律及其补偿效应,并对其影响机理进行了探讨;分析旱涝胁迫对水稻产量和品质的影响规律。
(2)农田控制排水的节水与省工效应。研究不同控制排水指标组合条件下,水稻灌排定额、次数,分析了控制排水的节水省工效益;分析控制排水对减少地表径流、提高雨水利用效率的影响。
(3)沟田协同控制排水的环境效应。研究农田尺度上,控制排水下田面水氮磷浓度衰减规律及其影响机理;阐明沟道排水中氮磷浓度的垂向分布规律与衰减规律;沟田协同控制排水模式下的排水量和氮磷负荷。
(4)沟田协同控制排水适宜模式。综合分析不同控制排水指标对水稻产量、品质及其节水、省工和环境效应,提出适宜的控制灌排指标和灌排管理模式。
(5)沟田协同控制灌排技术推广
在涟西灌区选择试验点,利用研究成果和硬件设施,对试验成果进行验证和示范推广。
(三)主要研究成果
(1)提出了适于南方多雨地区的水稻沟田协同控制排水模式和高效控制指标。即在施加干旱胁迫的同时,保留较大的雨后水深,同时利用沟道适当拦蓄农田排水。通过比较,证明该模式较现有单一考虑旱、涝胁迫的灌排管理模式具有更好的节水、省工与环境效应。
(2)发现了沟道排水中氮磷浓度
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