水稻灌区节水防污型农田水利系统减轻农业面源水污染研究

【摘要】：本文针对我国南方水稻灌区农业面源污染问题,在湖北漳河灌区和广西青狮潭灌区两个水稻灌区的试点上,研究节水防污型农田水利系统(“四道防线”)对地表排水氮磷的削减效果和机理。并针对“四道防线”系统中的每道防线(稻田—田间草沟—湿地—骨干生态沟),开展实地观测试验,根据试验结果进行分析及模拟,研究每道防线及综合系统的降污、减污效果。主要研究内容和结论如下： (1)不同水肥处理下稻田氮磷流失规律。确立不同水肥调控模式下氮磷迁移转化规律。“浅、湿、晒”灌溉下的总氮、总磷流失量比常规淹灌分别减少19.2%、11.1%,间歇灌溉下总氮、总磷流失量比常规淹灌分别减少3.6%、15.6%,“浅、湿、晒”灌溉和间歇灌溉下的总氮、总磷流失量均比常规淹灌小。采用节水灌溉模式不仅可以有效减少氮磷流失量,而且还可以增加产量。 (2)研究田间草沟和骨干生态沟在水稻各生育阶段对氮磷污染的削减效果。典型田间草沟对于TN、NH4+-N、NO3--N、TP的削减率分别为36.63%、18.44%、34.43%、15.38%,典型骨干生态沟对TN、NH4+-N、NO3--N、TP的削减率分别为54.5%、43.7%、-23.3%、7.3%,总体上削减效果良好,说明通过田间草沟和骨干生态沟削减农田面源污染物是切实可行的。 (3)通过试验数据分析湿地净化氮磷污染的效果。对塘堰湿地进行各生育阶段削减氮磷效果分析。2009年湿地对TN、TP的削减率分别为49.62%和47.79%,2010年湿地对TN、TP的削减率分别为47.86%和61.18%,湿地对总氮、总磷均有很好的削减效果。 (4)“四道防线”综合作用下的氮磷流失规律。水流经过“四道防线”系统,稻田排水氮磷浓度、流失负荷均沿程逐级降低,最终减少了91.17%的TN负荷和86.97%的TP负荷,实现了对稻田氮磷污染的削减。 (5)研究水量全封闭试验条件下和自然条件下的“四道防线”系统对氮磷削减率的关系。对照自然条件下水流经过“四道防线”系统的降污效果,在控制面积约4000hm2条件下,对总氮的削减率,宜根据每道防线削减率连续积累测算出的成果,下降0-10个百分点,对于总磷削减率,则下降10～30个百分点。 (6)研究EPIC模型、K-C*模型模型对“四道防线”系统的适用性。直接适用EPIC模型模拟稻田出水中氮磷负荷,结果精度不高。将该模型进行改进,改进后的模拟误差基本小于30%,模拟的精度显著提高。同样,直接用K-C*模型对湿地出流水质进行模拟,精度亦不高,改进后,模拟误差也基本小于30%,改进后的模型适用于模拟湿地出口水质。 【关键词】：农业面源污染 四道防线 氮磷 稻田 田间草沟 塘堰湿地 骨干生态沟
【学位授予单位】：武汉大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：S511
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-25
• 1.1.12-16
• 1.1.1 问题的提出12
• 1.1.2 水稻地区农业面源水污染的严重性12-13
• 1.1.3 水稻地区农业面源水污染的成因13-16
• 1.1.4 农业面源污染防治的主要措施16
• 1.2 国内外研究进展16-22
• 1.2.1 水稻节水灌溉对农业面源污染的削减研究16-17
• 1.2.2 水稻水肥高效利用对农业面源污染的削减研究17-18
• 1.2.3 生态沟对农业面源污染的削减研究18-19
• 1.2.4 湿地对农业面源污染的削减研究19-20
• 1.2.5 WRSIS系统及其在我国改造的研究20-21
• 1.2.6 “四道防线”的建立21-22
• 1.2.7 “四道防线”水质模型22
• 1.3 研究内容及技术路线22-25
• 1.3.1 主要研究内容22-23
• 1.3.2 技术路线23-25
• 第二章 试验材料与方法25-32
• 2.1 湖北漳河试验区基本情况及设计25-29
• 2.1.1 试验研究区概况25-26
• 2.1.2 试验观测系统组成26-29
• 2.2 广西青狮潭试验区基本情况及设计29-30
• 2.2.1 试验研究区概况29
• 2.2.2 试验方法及处理设计29-30
• 2.3 观测内容与方法30-32
• 2.3.1 试验观测内容30
• 2.3.2 试验观测方法30-32
• 第三章 第一道防线—节水灌溉和水肥综合调控的降污作用——不同水肥处理稻田氮磷流失分析32-43
• 3.1 湖北漳河试验区稻田氮磷流失分析32-35
• 3.1.1 全生育期氮磷浓度分析32-33
• 3.1.2 全生育期氮磷流失量分析33-35
• 3.2 广西青狮潭试验区稻田氮磷流失分析35-41
• 3.2.1 不同水分处理氮磷浓度分析35-38
• 3.2.2 不同水分处理氮磷流失量分析38-41
• 3.2.3 不同水分处理下水稻产量分析41
• 3.3 本章小结41-43
• 第四章 第二道防线—田间草沟和第四道防线—骨干生态沟降污效果43-47
• 4.1 田间草沟对稻田氮磷污染的削减43-45
• 4.2 骨干生态沟削减氮磷污染效应45-46
• 4.3 本章小结46-47
• 第五章 第三道防线—塘堰湿地对稻田氮磷污染的削减效应47-59
• 5.1 湿地对氮、磷削减效果分析47-58
• 5.1.1 2009年成果47-53
• 5.1.2 2010年成果53-58
• 5.2 本章小结58-59
• 第六章 四道防线的综合降污效果研究59-68
• 6.1 试验(水流全封闭)条件下水体氮磷浓度变化59-63
• 6.1.1 TN浓度沿程变化59-60
• 6.1.2 NH_4~+-N浓度沿程变化60-61
• 6.1.3 NO_3~-N浓度沿程变化61
• 6.1.4 TP浓度沿程变化61-63
• 6.2 试验(水流全封闭)条件下水体氮磷负荷变化63-65
• 6.3 试验(水流全封闭)条件下四道防线氮磷削减效果65-66
• 6.4 自然条件下“四道防线”综合系统的削减氮磷效果66-67
• 6.4.1 浓度削减率66
• 6.4.2 负荷削减率66-67
• 6.5 本章小结67-68
• 第七章 模拟稻田氮磷流失的EPIC模型研究68-92
• 7.1 EPIC模型介绍68-70
• 7.1.1 氮素运移模块68-69
• 7.1.2 磷素运移模块69-70
• 7.2 EPIC模型应用—模拟不同水肥处理稻田氮磷流失量的效果70-80
• 7.2.1 模型中的参数及变量70-72
• 7.2.2 TN流失量的模拟72-74
• 7.2.3 NH4~+-N流失量的模拟74-76
• 7.2.4 NO_3~--N流失量的模拟76-78
• 7.2.5 TP流失量的模拟78-80
• 7.3 EPIC模型的改进80-82
• 7.3.1 氮肥模块80-81
• 7.3.2 磷肥模块81-82
• 7.4 改进后的EPIC模型的模拟效果研究82-90
• 7.4.1 参数及变量82-83
• 7.4.2 TN流失量的模拟83-84
• 7.4.3 NH_4~+-N流失量的模拟84-86
• 7.4.4 NO_3~--N浓度和流失量的模拟86-88
• 7.4.5 TP流失量的模拟88-90
• 7.5 本章小结90-92
• 第八章 模拟湿地出口氮磷浓度的K-C~*模型研究92-121
• 8.1 K-C~*模型介绍92-93
• 8.2 K-C~*模型的应用—模拟湿地出流氮磷浓度93-105
• 8.2.1 对2009年湿地出流氮磷浓度的模拟93-102
• 8.2.2 对2010年湿地出流氮磷浓度的模拟102-105
• 8.3 K-C~*模型的改进105-108
• 8.4 改进后的K-C~*模型的模拟效果研究108-120
• 8.4.1 对2009年湿地的模拟108-117
• 8.4.2 对2010年湿地的模拟117-120
• 8.5 本章小结120-121
• 第九章 结论与展望121-124
• 9.1 主要结论121-122
• 9.2 论文创新点122-123
• 9.3 研究展望123-124
• 参考文献124-131
• 附录131-132
• 致谢132

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