控制排水措施对稻田浅层地下水中氮素浓度的影响

2021-01-12邹家荣丁世洪洪建权贾忠华

江苏水利 2020年12期

邹家荣，马勇，丁世洪，洪建权，贾忠华

(1.扬州大学水利科学与工程学院，江苏扬州 225009； 2.扬州市江都区沿运灌区管理处，江苏扬州 225261)

农田排水中含有大量的泥沙、化肥以及农药等污染物，是造成水体污染的主要原因之一。传统排水系统以排除田间过多的水分为目的，不能根据田间土壤水分的实际情况或降水进行调控，常常会造成过量排水现象，增加了污染物的排出，也降低了水资源利用效率。农田控制排水措施通过在排水出口设置挡水堰等水位控制装置，根据田间水文情况和作物生长需求，对排水量进行更为精准的控制。现有研究表明，控制排水措施能够显著减少排水污染物的输出[1-4]。如，Wesstrom等[5-6]在瑞典开展的2年观测试验发现，控制排水对农田排水的削减率分别达到79%和94%；Gilliam等[1]美国学者开展的大田观测试验发现，控制排水能有效降低40%的排水量。国内学者们开展的相关试验也都发现控制排水可以有效减少氮素流失量[7-9]。虽然有研究表明，氮素浓度变化与流量过程有关，延长排水输出时间，可增加污染物降解的水力停留时间，降低污染物的浓度[10-11]，但是，大田试验结果大都表明，控制排水对氮素输出负荷的削减效果主要受到水量削减的影响，对氮素浓度影响不大。为了探讨控制排水措施在扬州地区对稻田排水浓度的影响，本文通过一项大田监测试验，探讨控制排水减排的机理，旨在为研究区农业非点源污染治理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况及水质监测

研究区位于江苏省扬州市江都区农田水利科学研究站境内，属于沿运灌区，位于东经119°30′15″，北纬32°32′53″。灌区内普遍实行稻麦轮作的耕种方式，水稻生长的夏秋季节与雨季重合，但因降雨分布规律与水稻需水规律不一致，仍需补充大量灌溉水源来满足水稻的耗水需求。因具备自流条件，且引水便利，灌区内存在“大引大排”的现象，造成了水资源利用效率低，且排水污染水环境的现象。试验田面积共计10 000 m2，分为12个小田块，如图1(a)所示。本研究过程中，将试验田北面6个田块设为常规排水区域，南面6个田块设为控制排水区域，通过排水沟出水口处设置的一个控制堰来调节水位，对稻田排水过程进行调节。因部分泥沙淤积，试验田两侧排水农沟实际深度约50 cm。考虑小麦生长期以及水稻晒田和收获期降渍要求，仅在水稻生长期抬高排水沟堰板，堰上水头控制深度的年内变化如图1(b)所示。