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江苏扬州稻田控制排水及养分流失试验研究

江苏扬州稻田控制排水及养分流失试验研究

作者：朱金城扬州大学

学位级别：硕士

随着农田非点源污染问题的突出,控制排水因其优秀的节水、减排、控污性能而成为研究热点。农田控制排水技术,又称地下水位管理措施,是一种通过调控农田地下水位和排水量,以减少氮磷等污染物输出为目的,兼顾农业生产和环境保护的水管理... 详细信息

随着农田非点源污染问题的突出,控制排水因其优秀的节水、减排、控污性能而成为研究热点。农田控制排水技术,又称地下水位管理措施,是一种通过调控农田地下水位和排水量,以减少氮磷等污染物输出为目的,兼顾农业生产和环境保护的水管理技术。该技术自诞生以来经历了不同的发展阶段,从最初的保墒增产、节水灌溉,再到后来的污染物削减。伴随相关研究和应用不断交替前进,控制排水技术对变化条件下农田灌溉排水的设计和管理具有重要意义。本文针对江苏扬州沿运灌区水稻种植存在水资源浪费和环境污染的问题,在参考国内外同类研究的基础上,在江苏省扬州市江都区农田水利科学研究站进行了稻田控制排水的大田试验,具体研究包括以下三个方面:(1)控制排水对水资源利用效率研究通过对灌溉量、降雨量、蒸发量、排水量的测量计算,重点研究不同排数模式对灌溉水利用率和降雨有效利用率的影响,综合考虑各方面因素制定合理的控制排水指标。(2)控制排水对农田排水量影响研究通过研究不同排水模式对农田排水量、排水次数的影响,分析控制排水在减排方面的优越性,探索科学的水位管理措施,实现农田排污总量的有效控制。(3)控制排水对氮磷污染物输出研究通过研究氮磷元素在水稻田中迁移转化过程、时空分布特征,以及施肥后养分流失规律,了解氮磷在水稻田中形态和比重,预测其对水体富营养化的影响。通过对常规排水和控制排水试验数据归纳整理对比分析后得到以下结论:(1)控制排水具有节水减排功效:与常规排水相比,控制排水既节约灌溉用水量,又提高雨水利用率,减少排水输出。试验数据显示,控制排水条件下,灌溉次数减少3次,约占常规排水的21.43%;灌溉用水量减少89.96mm,约占常规排水的16.15%;有效降雨增加167.54mm,约占常规排水23.68%;排水次数减少6次,约占常规排水50%;排水总量减少332.70mm,,约占常规排水38.85%。(2)控制排水有效减少氮磷输出:与常规排水相比,控制排水具有削减氮磷污染物输出的功能。试验数据显示,水稻全生育期控制排水模式稻田NH4+-N、NO3--N和TP累积流失量分别为18.91kg/hm2、5.08kg/hm2和1.02kg/hm2,分别比常规排水减少了14.20%、73.19%和61.55%,减排效果明显。(3)通过对稻田地表水和地下水中氮磷浓度的监测,得到了稻田氮磷动态变化和流失规律,并计算出氮磷流失负荷,根据其变化规律可指导田间水分管理,为稻田选择安全合理的灌溉排水模式和排水时间提供理论依据和技术支撑。

关键词：沿运灌区水稻灌溉节水减排控污效果养分流失

雨水花园集中入渗补给地下水受土壤非饱和区影响的试验研究

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雨水花园集中入渗补给地下水受土壤非饱和区影响的试验研究

作者：许目瑶扬州大学

学位级别：硕士

科学合理地蓄存雨水并补给地下水,对于缓解城市排水压力、打造自然和谐的水智慧城市具有重要意义。利用雨水花园入渗雨水径流补给到地下水的过程中,土壤非饱和区是连接地表水和地下水的重要媒介。本文通过一项在江苏省扬州市开展的雨水... 详细信息

科学合理地蓄存雨水并补给地下水,对于缓解城市排水压力、打造自然和谐的水智慧城市具有重要意义。利用雨水花园入渗雨水径流补给到地下水的过程中,土壤非饱和区是连接地表水和地下水的重要媒介。本文通过一项在江苏省扬州市开展的雨水花园集中入渗补给地下水的监测试验,研究了不同非饱和区土层厚度影响下,雨水花园集中入渗对地下水的补给效果;并利用HYDRUS-1D模型模拟了不同因素影响下地下水得到的补给量,分析了不同非饱和区特性影响下,土壤持水能力与地下水补给效果的差异。论文取得了如下研究成果:（1）雨水花园集中入渗雨水径流过程中,非饱和区土壤水分的整体分布情况受制于土壤质地、降雨特征、雨水花园入渗量、土壤初始水分状况、气象条件及非饱和区土层厚度等因素。中雨可湿润1m深的非饱和区土壤,暴雨可补给2.3m深的非饱和区土壤水分亏缺。受降雨特征及非饱和区土层厚度的影响,次降雨对地下水的补给效果差异较大。（2）历经9个月的观测期,地下水埋深抬升约2.5m,试验用雨水花园对地下水产生了有效补给。利用雨水花园有效汇集雨水径流后,雨强小的降雨径流可湿润非饱和区土壤或对地下水产生微小的补给作用;雨强大、雨峰密集的降雨对非饱和区土壤水分进行了充分补给,2.3m厚的非饱和区土壤水增加量是地下水补给量的7.3倍,入渗补给到非饱和区的雨水径流中,约12%的水分在雨后继续向下入渗。（3）地下水接受入渗补给具有滞后性:当土层厚度超过3.5m,发生暴雨或大暴雨时,地下水补给滞后时间一般超过12h;当土层厚度超过3m时,研究区常见的中雨不足以对地下水产生有效补给;当土层厚度小于2.5m时,中雨可有效补给地下水。土层厚度从3.5m减小至2m,地下水补给滞后时间从12h以上缩短至4h。（4）应用HYDRUS-1D模型的模拟结果显示,雨水花园区非饱和土层厚度、园内植物根系深度、初始土壤含水量对补给地下水存在不同影响:①当非饱和区土层厚度小于根区深度时,地下水补给量高度响应不同等级降雨的集中入渗以及潜水蒸发作用;当非饱和区土层厚度大于根区深度,小于极限埋深时,非饱和区土层厚度增加,削弱了潜水蒸发作用,在一定程度上增加了地下水补给量;当非饱和区土层厚度大于极限埋深时,集中入渗对地下水的潜在补给与实际补给在数量和时间尺度上存在明显差异,地下水接受入渗补给具有滞后性。随着地下水埋深从0.8m增至5m,集中入渗补给系数从0.64降至0.2,模拟得出的补给系数高于实际情况。②雨水花园内种植植物的根系深度对集中入渗补给地下水影响较小。③长期作用下,雨水花园集中入渗对地下水的补给量与初始土壤含水量呈线性正相关;次降雨过程的地下水补给量随初始土壤含水量的增加呈指数形式增长。利用雨水花园集中入渗雨水径流,充分发挥土壤非饱和区在此过程中的调节作用,可实现对雨水资源的科学管理,有效增加地下水存储量。

关键词：雨水花园非饱和土壤降雨入渗地下水数值模拟

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黄土区地下渗滤系统试验与模拟研究

黄土区地下渗滤系统试验与模拟研究

作者：张永锋西安理工大学

学位级别：硕士

本研究首先建立了地下渗滤系统试验装置，通过实际观测分析了不同水力负荷条件下地下渗滤系统对生活污水的净化效果，以及降雨对处理效果的影响;然后利用Hydrus-1D模型模拟了地下渗滤系统中土壤水分运动过程，取得结论如下：(1)水力负荷... 详细信息

本研究首先建立了地下渗滤系统试验装置，通过实际观测分析了不同水力负荷条件下地下渗滤系统对生活污水的净化效果，以及降雨对处理效果的影响;然后利用Hydrus-1D模型模拟了地下渗滤系统中土壤水分运动过程，取得结论如下：(1)水力负荷为2.4cm／d的试验结果表明，系统在运行30天后达到熟化，熟化后对COD、总氮以及氨氮的平均浓度去除率分别为91.4％、29.5％和98.6％。对一日不同时段内COD和氨氮的处理效果研究表明，不同时刻COD和氨氮的出水浓度起伏不定，但总的趋势是下降的，对当天COD和氨氮的以污染物总负荷为依据的系统去除率分别为89.0％和93.6％。(2)采用2.4cm／d、1.8cm／d和1.3cm／d水力负荷下处理生活污水时，将实验结果进行了对比分析。结果表明，随着水力负荷的增大，地下渗滤系统对COD的去除率增大，对氨氮的去除率基本不变，然而对总氮的去除率减小。从变化的趋势可以看出，水力负荷的变化，对总氮的影响最大。(3)水力负荷为1.8cm／d，2日降雨分别为1.8mm和40mm的情况下，地下渗滤系对COD、氨氮和总氮的以污染物总负荷为依据的系统去除率明显降低，对COD、氨氮和总氮的浓度去除率也降低，所以此时降雨对地下渗滤系统去除COD、氨氮和总氮的效果有很大的影响，但是降雨过后，系统又会很快恢复对污水中的污染物的去除能力。水力负荷为1.3cm／d时，3日降雨分别为3.8mm、0.2mm和18.8mm情况下，降雨对地下渗滤系统去除COD、氨氮、总氮的影响较小。(4)利用Hydrus-1D模型模拟地下渗滤系统中土壤水分运动过程的结果表明：土壤内部系统达到稳定状态之后，在土层深度0cm到20cm之间，土层中土壤水分饱和-非饱和流动交替出现，而在20cm到65cm之间，土壤水分一直是非饱和流动。在上部土壤水分含量变化幅度比较大，而在下部随着深度的增加，土壤水分含量的变化幅度减小。一日内实测值和模拟值的峰值大小基本一样，另外在从谷值到达峰值的过程中实测数据和模拟数据所用的时间大约都为5个小时。

关键词：地下渗滤系统水力负荷系统去除率 Hydrus-1D模型土壤水分运动

扬州沿运灌区排水沟塘水质净化效果及优化途径研究

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扬州沿运灌区排水沟塘水质净化效果及优化途径研究

作者：洪建权扬州大学

学位级别：硕士

在农业生产过程中,化肥农药的大量使用已成为农业非点源污染问题日益突显的主要原因之一;国际上应对农村水环境污染问题,人工湿地成为较为推崇的一种方法。我国南方平原河网地区农业排水沟塘系统作为一种连接农田与接纳水体的天然缓冲带... 详细信息

在农业生产过程中,化肥农药的大量使用已成为农业非点源污染问题日益突显的主要原因之一;国际上应对农村水环境污染问题,人工湿地成为较为推崇的一种方法。我国南方平原河网地区农业排水沟塘系统作为一种连接农田与接纳水体的天然缓冲带,具有湿地的水质净化功能,对农业排水中氮、磷污染物的去除具有重要作用。本文以京杭大运河扬州段沿运灌区两个典型排水沟塘系统为对象,根据2018-2019年水稻种植期农田排水沟塘水质监测数据,研究了氮、磷污染物在农田排水沟塘系统中的运移规律;并应用QUAL2K水质模型模拟了农田排水沟对排水中氨态氮和总磷两种污染物的削减情况,分析了调整水力联系及采用部分重点治理措施对改善整体水质净化效果的作用;最后,本文结合相关水质评价方法对研究区两年内大型沟塘水质情况进行了综合评价。论文取得的主要研究成果如下:(1)农田排水沟塘水质分析结果显示,在水稻生长期,排水农沟氮磷浓度均值都明显高于排水支沟/塘;沟塘中的NH3-N浓度变化不大,在农田施肥后和水稻生长末期有增大的趋势,但会快速降至很低的浓度;NO3-N浓度的变化和排水沟水位关联性较高,高水位下NO3-N易流失,但在整个监测过程中有减小趋势;TP浓度在田间施肥有增大的趋势但总体处于较低水平,监测期内均值为0.14 mg/L;TN监测期内浓度变化幅度较大,均值为2.60 mg/L。对2018年监测数据进行统计学分析发现,NO3-N呈中等变异性,TP在排水农沟中呈现较强的变异性,在支沟和塘中呈中等变异性,而NH3-N在大多数沟塘中表现为强变异性。(2)应用QUAL2K模型分析了农田排水沟主干段6-7个监测点的水质指标,模拟结果的相对误差均在20%左右,相关系数(R)和Nash-Sutcliffe系数(NSE)在率定期和验证期的计算值都大于0.5,符合模型精度要求。应用QUAL2K模型优化研究区农田排水沟塘水质净化效果的模拟结果显示,优化效果为截污>减小排水流量>调整排水沟流网系统,且对总磷的优化效果要高于氨态氮。(3)按照三级功能区划分,以达到Ⅲ类水作为研究区大型沟塘水质的目标,在整个监测过程中TN的单因子水质标识指数劣于目标水质3个等级,TP、NO3-N接近于目标水质,NH3-N优于目标水质1个等级。利用综合水质标识指数法和内梅罗污染指数法评价研究区沟塘水质在空间上的变化特征,评价结果接近于目标水质1个等级,整体上达到目标水质的要求。研究区大型沟塘水质呈现显著的季节变化,春季水质逐渐好转,水质类别在Ⅲ类以下,随着夏季降水量的增多水质状况变差,为Ⅲ类或Ⅳ类,秋冬季水质类别再回到Ⅲ类以下,基本符合目标水质要求。

关键词：非点源污染排水沟塘 QUAL2K模型优化途径水质评价

平原河网地区排水沟塘系统水质时空变化与影响因素研究

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平原河网地区排水沟塘系统水质时空变化与影响因素研究

作者：孙明扬州大学

学位级别：硕士

研究平原河网地区排水沟塘内污染物时空变化与水质状况对于农业非点源污染物控制具有重要意义,探究影响水质变化的关键因素对非点源污染的防治十分必要。本文以大运河扬州段沿运灌区排水沟塘为例,监测了研究区内2018-2022年的水质变化情... 详细信息

研究平原河网地区排水沟塘内污染物时空变化与水质状况对于农业非点源污染物控制具有重要意义,探究影响水质变化的关键因素对非点源污染的防治十分必要。本文以大运河扬州段沿运灌区排水沟塘为例,监测了研究区内2018-2022年的水质变化情况;基于3条沟道共19个监测点的逐月观测结果,将水质数据分为丰水期(7-8月)和枯水期(11-12月)并利用方差分析研究了沟塘系统内硝氮(NO3--N)、氨氮(NH4+-N)和总磷(TP)的变化规律及时空差异性,运用单因子水质标识指数法和综合水质标识指数法对沟塘水质进行了分类和评价;根据监测点以外不同半径(50 m、75 m、100 m、125m)尺度内各缓冲区的土地利用类型、景观指数和沟塘动态指数描述了研究区景观格局和沟塘的变化,最后利用Spearman相关性分析和随机森林分类模型,采用土地利用类型(4个,100m缓冲区)、景观指数(6个,100m缓冲区)及沟塘动态指数(4个)等影响因子分析了影响沟塘水质变化的关键因素。主要研究成果如下:(1)研究区2018-2022年间排水沟塘水质变化情况为:NO3--N浓度最大值出现在6-7月,最小值在4-5月;NH4+-N浓度在4月和7月有所增大,其他月份则较低;TP浓度变化不大,在6-7月略有增高;2019-2022年的监测浓度值相对于2018年有所降低,但变化趋势相同。(2)研究区沟塘水质存在明显的季节性差异,丰水期内NO3--N、NH4+-N和TP的平均浓度分别是是枯水期的125.7%、138.6%和123.9%;研究区沟塘水质存在空间上的差异,各沟道的NO3--N与NH4+-N浓度之间不存在显著差异,但与TP浓度存在显著差异。虽然排水沟塘具有一定的水质净化能力,但是不足以削减丰水期稻田输出的氮磷污染物。(3)在研究区的四种土地利用类型中,农田面积占比最大,其次为沟塘面积,居民点及道路面积占比较小。NO3--N与景观类型占比无相关性,NH4+-N与景观类型占比相关性较小,且相关性随缓冲区尺度增大略有增大;TP浓度与景观类型占比相关性较强,且随缓冲区尺度增大而逐渐增大;随着缓冲区半径的增大,TP与边缘指数ED、散布与并列指数IJI、香农多样性指数SHDI的相关性逐渐增大,但NO3--N、NH4+-N与景观指数无显著相关性;尺寸指数、流量指数和匹配指数与水质变化呈负相关,初始浓度指数与水质变化呈正相关,但相关性不显著。(4)水质变化与影响因素的随机森林重要性分析结果表明,沟塘动态指标对水质变化的影响程度高于其他指标,可根据不同沟段特性对水质变化的重要程度对沟道进行整治;其他指标中农田占比、香农多样性指数与最大斑块指数LPI对水质变化影响程度较高,反映了人类活动对沟塘水质的影响。

关键词：平原河网沟塘系统水质评价相关性分析随机森林算法

沿海垦区满足不同土壤脱盐目标及作物机收条件的暗管排水布局研究

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沿海垦区满足不同土壤脱盐目标及作物机收条件的暗管排水布局研究

作者：陈瑾扬州大学

学位级别：硕士

江苏沿海滩涂新垦农田土壤盐分含量高,需通过排水洗盐措施来实现不同的土壤改良目标,满足农业生产要求;改良后的农田普遍实行稻麦轮作制,农田排水系统建设是实现粮食丰产丰收的重要保障。考虑江苏省沿海垦区气象、土壤特点以及农业机械... 详细信息

江苏沿海滩涂新垦农田土壤盐分含量高,需通过排水洗盐措施来实现不同的土壤改良目标,满足农业生产要求;改良后的农田普遍实行稻麦轮作制,农田排水系统建设是实现粮食丰产丰收的重要保障。考虑江苏省沿海垦区气象、土壤特点以及农业机械化发展要求,本文依据东台市长序列气象资料,利用农田排水模型-DRAINMOD研究了暗管排水强度对沿海垦区初垦土壤的脱盐过程的影响,以及稻麦轮作条件下满足机械化收割要求的暗管排水系统合理布局。论文首先验证了 DRAINMOD模型对地下水位埋深预测的精度,在此基础上构建了土壤盐分动态模型,分析不同暗管排水条件下土壤盐分变化过程,建立研究区盐渍土脱盐年限与排水强度之间的关系;然后模拟不同排水条件下,稻麦轮作农田满足一定机收保证率所需的暗管排水布局,并对实现最大经济效益的暗管排水方案进行了验证。论文取得的主要研究成果如下:（1）利用研究区农田地下水位实测数据对DRAINMOD的验证结果表明,模型可以较为精确的预测研究区农田地下水位的动态变化过程。（2）对研究区长序列气象数据分析结果显示,人工排水条件下,利用次降雨、年际降雨规律可实现土壤脱盐;一般年份下仅利用雨季（6～9月）的降雨量就可以实现土壤排水脱盐效果。（3）DRAINMOD模拟结果显示,暗管排水系统在研究区降雨规律作用下,可实现不同的土壤脱盐目标:当地表平整度较高（Sm=1cm）,暗管埋深为100cm、间距为10m时,土壤盐分可在10 a后降到1.5g/kg以下;而在间距增大为50m时,需经34 a土壤含盐量才能达到上述目标;当排水间距大于100m时,则无法实现土壤脱盐目标。土壤脱盐年份（n/a）与暗管埋深（d/cm）和暗管间距（s/m）之间的函数关系为n=33.24-0.272 d+0.57 s。（4）考虑沿海垦区稻麦轮作农田机械收割对于排水要求的模拟研究结果显示,在水稻和小麦的收获期地下水位降到80cm以下,暗管埋深为90～120cm时,在地表平整度较高的情况下,在95%的年份保证收获期机械下田的最大暗管间距为22.5～33.5m,在98%的年份保证收获期机械下田的最大暗管间距为14.8～18.6m。（5）采用增量效益费用比法对四种暗管排水系统布置方案进行了比较,结果发现四种方案下的排水方案都具有良好的经济效益;当地表平整度较高（Sm=1cm,Si=0.5cm）,暗管埋深为110cm,间距为15m时,可以获得最佳经济效益;98%的年份保证大型收割机可以在2d内进行作业的暗管埋深为110cm,间距为15.3m;该布置方案与沿海新垦农田的排盐条件下的暗管排水强度一致,是兼顾新垦农田排盐和现有农田的机收保证率下的最佳方案。

关键词：暗管排水 DRAINMOD模型盐渍土改良机收天数保证率

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人工湿地干湿变化对景观水净化效果的影响

人工湿地干湿变化对景观水净化效果的影响

作者：李志国西安理工大学

学位级别：硕士

城市景观水体是城市中重要的自然组分,具有多种服务功能,对维持城市生态系统的持续、稳定和健康发展起着积极作用。经济、社会的快速发展使水的需求量急剧增加,而水环境污染也日益严重,再加上工业生产和城市居民生活的影响,使得城市湖... 详细信息

城市景观水体是城市中重要的自然组分,具有多种服务功能,对维持城市生态系统的持续、稳定和健康发展起着积极作用。经济、社会的快速发展使水的需求量急剧增加,而水环境污染也日益严重,再加上工业生产和城市居民生活的影响,使得城市湖泊逐渐萎缩、富营养化不断加重,加剧了城市生态系统的退化,受污染城市湖泊的治理就显得越来越重要。本文针对西安市兴庆湖的水质状况,通过试验的方法,研究人工湿地对西北地区典型城市湖泊的净化效果。人工湿地系统是基于自然界的生态平衡原理,利用了生态系统中结构和功能的协调性、物种之间相互依存的机制,依靠人工的方法建造而成,是可控制的和工程化的湿地系统。它具有建造和运行成本较低、出水水质好、操作简单等优点,同时如果选择合适的植物品种还有美化环境的作用,体现了良好的环境和经济综合效益。因此,该技术正是适合我国国情的城市景观水体污染处理工艺技术之一本研究利用人工湿地试验装置,分析了系统干湿变化对城市湖泊污水的净化效果,主要结果如下：(1)干湿变化的湿地系统对N污染物的去除率高于定水位供水运行的系统,而对于同样采取定水位供水的两个系统,较高的水深有利于N类污染物的去除;运行方式对TP和CODcr去除率的影响不大,既它们的处理效果受水深影响不明显,所体现的规律性没有N明显,也就是说干湿变化的人工湿地相对于定水位运行的湿地系统在磷和有机质的去除方面没有明显的优势。系统的反硝化能力强,硝化能力较弱,受水量变化的影响NH3-N的去除率还一度出现负值。TN、NH3-N、NO3-N的去除率为分别为52.1%-65.4%、-44.8%-52.4%、43.6%-88.6%：TP、CODcr的去除率分别为38.2%-56.0%、50.0%-66.7%。(2)水力停留时间对N、P去除率影响明显：过长和过短的水力停留时间都不利于系统对N污染物的去除,无论是采取哪种运行方式,两者的平均去除率都在水力停留时间为3d时达到最大值;TP的最佳水力停留时间为2d。在一个试验周期内,去除率曲线变化比较平缓,停留1d时处理效果已经很明显,这无疑是人工湿地除磷的优势所在。在一个试验周期内,CODcr去除率曲线波动平缓,也就是说水力停留时间对它的去除率影响不明显。(3)供试污水进水浓度对N、P和CODcr的去除率影响不大,说明人工湿地具有很强的污水适应能力,但是在进水浓度较小时,受系统误差的影响,试验结果会出现较大的波动。

关键词：人工湿地干湿变化水力停留时间去除率城市湖泊

江苏沿海垦区轮作对暗管排水农田土壤有机碳累积的影响研究

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江苏沿海垦区轮作对暗管排水农田土壤有机碳累积的影响研究

作者：蔡思成扬州大学

学位级别：硕士

江苏沿海垦区地势平坦、降雨量大,区内地下水位埋深较浅且土壤盐分含量高。暗管排水系统建设在有效淋洗初垦土壤盐分的基础上,可防止农田涝渍灾害的发生。由于垦区土壤贫瘠,有机质含量极低,需要改善土壤质量确保垦区农业正常生产。轮作... 详细信息

江苏沿海垦区地势平坦、降雨量大,区内地下水位埋深较浅且土壤盐分含量高。暗管排水系统建设在有效淋洗初垦土壤盐分的基础上,可防止农田涝渍灾害的发生。由于垦区土壤贫瘠,有机质含量极低,需要改善土壤质量确保垦区农业正常生产。轮作是农业上广泛采用的提升农田地力、培肥土壤的措施,但目前暗管排水农田轮作措施对土壤有机碳累计过程的影响尚不明晰。因此,本文基于江苏东台市弶港镇的江苏省水科院沿海试验基地暗管排水农田的部分实验资料,参考沿海垦区土壤降渍排水标准,运用田间水文模型-DRAINMOD模型模拟分析不同的暗管布置下地下水位埋深变化,再联合运用土壤有机碳模型-DNDC(Denitrification-Decomposition Model)模拟分析了轮作和秸秆还田对暗管排水农田土壤有机碳(Soil Organic Carbon,SOC)累积过程的影响。研究成果可为沿海垦区农田地力提升和农业碳中和提供参考。论文取得的主要研究成果如下:(1)对于地下水位埋深较浅的沿海垦区,田间水文模型-DRAINMOD可准确模拟暗管排水农田地下水位动态,可依据长序列气象数据,分析不同排水条件下,农田降渍效果差异。将DRAINMOD模型与土壤有机碳模型-DNDC联合运用,可在准确预测暗管排水农田地下水位动态的基础上,更好地预测暗管排水农田土壤有机碳累积过程。(2)以现有土壤有机碳含量(2.95 g/kg)为初始值,DNDC模型长序列轮作模拟结果显示,冬小麦-玉米轮作配施全量秸秆还田有效提高了土壤有机碳含量,经过32 a的耕作土壤有机碳含量提升至17.85g/kg;在轮作中添加紫花苜蓿作为绿肥,活性炭比例增加,土壤有机碳含量提升至16.12g/kg,也产生了良好的固碳效果。轮作具有优秀的碳汇作用,可在贫瘠的土壤中逐渐建立土壤有机碳库。(3)模拟结果显示,与研究区密集度较低的传统明沟排水系统相比,暗管排水系统可以更快地降低田间地下水位,并且在更好的土壤排水条件下,生物量的提高(或作物产量的提高)带来了更好的固碳效果。但研究区雨季丰富的降雨使得农田在暗管排水条件下地下水位大幅波动,土壤干湿交替频繁,由此激发了高强度的土壤呼吸,在一定程度上造成了 SOC损失。(4)该研究区自然降雨无人工灌溉且长期轮作配施秸秆还田的情况下,1.2 m埋深10m间距的暗管布局在9种模拟布局中有最好的耕层土壤有机碳积累效果,对雨天的SOC损失有最好的缓解效果,同时拥有最好的降渍保证率。为避免雨季频繁降雨带来的土壤有机碳损失并结合降渍与作物产量提升,暗管埋深建议大于0.9m,间距小于25 m。

关键词：暗管排水轮作土壤有机碳秸秆还田 DNDC模型 DRAINMOD模型