控制排水措施對(duì)稻田淺層地下水中氮素濃度的影響

2021-01-12 11:38:52鄒家榮丁世洪洪建權(quán)賈忠華

江蘇水利 2020年12期

鄒家榮，馬勇，丁世洪，洪建權(quán)，賈忠華

(1.揚(yáng)州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009； 2.揚(yáng)州市江都區(qū)沿運(yùn)灌區(qū)管理處，江蘇揚(yáng)州 225261)

農(nóng)田排水中含有大量的泥沙、化肥以及農(nóng)藥等污染物，是造成水體污染的主要原因之一。傳統(tǒng)排水系統(tǒng)以排除田間過(guò)多的水分為目的，不能根據(jù)田間土壤水分的實(shí)際情況或降水進(jìn)行調(diào)控，常常會(huì)造成過(guò)量排水現(xiàn)象，增加了污染物的排出，也降低了水資源利用效率。農(nóng)田控制排水措施通過(guò)在排水出口設(shè)置擋水堰等水位控制裝置，根據(jù)田間水文情況和作物生長(zhǎng)需求，對(duì)排水量進(jìn)行更為精準(zhǔn)的控制。現(xiàn)有研究表明，控制排水措施能夠顯著減少排水污染物的輸出[1-4]。如，Wesstrom等[5-6]在瑞典開(kāi)展的2年觀測(cè)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，控制排水對(duì)農(nóng)田排水的削減率分別達(dá)到79%和94%；Gilliam等[1]美國(guó)學(xué)者開(kāi)展的大田觀測(cè)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，控制排水能有效降低40%的排水量。國(guó)內(nèi)學(xué)者們開(kāi)展的相關(guān)試驗(yàn)也都發(fā)現(xiàn)控制排水可以有效減少氮素流失量[7-9]。雖然有研究表明，氮素濃度變化與流量過(guò)程有關(guān)，延長(zhǎng)排水輸出時(shí)間，可增加污染物降解的水力停留時(shí)間，降低污染物的濃度[10-11]，但是，大田試驗(yàn)結(jié)果大都表明，控制排水對(duì)氮素輸出負(fù)荷的削減效果主要受到水量削減的影響，對(duì)氮素濃度影響不大。為了探討控制排水措施在揚(yáng)州地區(qū)對(duì)稻田排水濃度的影響，本文通過(guò)一項(xiàng)大田監(jiān)測(cè)試驗(yàn)，探討控制排水減排的機(jī)理，旨在為研究區(qū)農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及水質(zhì)監(jiān)測(cè)

研究區(qū)位于江蘇省揚(yáng)州市江都區(qū)農(nóng)田水利科學(xué)研究站境內(nèi)，屬于沿運(yùn)灌區(qū)，位于東經(jīng)119°30′15″，北緯32°32′53″。灌區(qū)內(nèi)普遍實(shí)行稻麥輪作的耕種方式，水稻生長(zhǎng)的夏秋季節(jié)與雨季重合，但因降雨分布規(guī)律與水稻需水規(guī)律不一致，仍需補(bǔ)充大量灌溉水源來(lái)滿足水稻的耗水需求。因具備自流條件，且引水便利，灌區(qū)內(nèi)存在“大引大排”的現(xiàn)象，造成了水資源利用效率低，且排水污染水環(huán)境的現(xiàn)象。試驗(yàn)田面積共計(jì)10 000 m2，分為12個(gè)小田塊，如圖1(a)所示。本研究過(guò)程中，將試驗(yàn)田北面6個(gè)田塊設(shè)為常規(guī)排水區(qū)域，南面6個(gè)田塊設(shè)為控制排水區(qū)域，通過(guò)排水溝出水口處設(shè)置的一個(gè)控制堰來(lái)調(diào)節(jié)水位，對(duì)稻田排水過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)。因部分泥沙淤積，試驗(yàn)田兩側(cè)排水農(nóng)溝實(shí)際深度約50 cm?？紤]小麥生長(zhǎng)期以及水稻曬田和收獲期降漬要求，僅在水稻生長(zhǎng)期抬高排水溝堰板，堰上水頭控制深度的年內(nèi)變化如圖1(b)所示。