稻田灌溉排水耦合机理及其生态效应

农田灌溉排水联合调控及其作物生理生长响应机理与农田氮磷迁移规律的研究，是目前国内外农田水管理的热点。尤其是稻田节水高产控污减排的灌排模式已成为高效用水和改善农田生态的关键技术。本项目采用蒸渗仪试验实现稻田土壤含水率和地下水位的联合调控，通过稻田水平衡监测、作物生理与群体生长的动态监测，揭示水稻需水规律、生理生态变化及其响应机理。监测氮素在土壤和土壤水中的分布特征、氨挥发损失特征、淋溶损失特征、植株吸收与分布特征，阐明灌排耦合对稻田水氮迁移转化的影响规律，并建立稻田水氮迁移转化模型。在此基础上，形成以节水高产减污为目的灌溉排水耦合调控理论与技术。预期成果对于稻田灌排综合管理实现田间水分高效利用和污染物减排具有重要的理论意义与实用价值。

按照计划任务书认真开展了各项内容的研究工作，全面完成了各项任务。. 随着我国水稻节水灌溉技术的不断成熟，稻田出现长时间的无水层状态，使得基于田间地下水位调控的旱地控制排水技术能够直接应用于节水灌溉稻田。本项目将“耦合调控”的理念引入稻田水管理，综合调控稻田土壤含水率及地下水埋深，分析了灌排耦合调控稻田水氮迁移与损失特征，揭示了节水灌溉与控制排水的耦合机理，探讨并确定了适宜的稻田灌排耦合调控模式及控制指标。主要结论如下：1、灌排耦合调控在大幅减少稻田地下排水量的同时，显著增加稻田地下水利用量。与常规灌排稻田相比，灌排耦合调控稻田地下排水量减少34.4%～66.5%，稻田地下水利用量增加253.1mm。2、改进后的胡勾浩特公式适用于灌排耦合调控稻田地下排水量的模拟，指数和乘幂公式分别适用于稻田地下水位高于和低于排水控制限时稻田地下水利用量的计算。根据作物系数实测值和灌溉发生时间修正的分段双值作物系数能够较好反映灌排耦合调控下作物系数的变化过程，有效提高水稻蒸发蒸腾量的模拟精度。3、灌排耦合调控稻田灌溉水量与水稻蒸发蒸腾量显著减少，与常规灌排稻田相比，灌排耦合调控稻田灌溉水量与水稻蒸发蒸腾量平均减少36.5%与22.4%。4、灌排耦合调控稻田土壤溶液中TN和NH4+–N浓度在剖面上呈现表层大、底层小的特征，NO3−–N浓度随土壤深度的增加呈现逐渐增加的趋势。稻田排水控制限的提高增加了表层土壤溶液中TN和NH4+–N浓度，同时NO3−–N浓度出现下降趋势。5、灌排耦合调控稻田氮素淋失量较常规灌排稻田显著减少48.2%，稻田地下排水量的显著减少是稻田氮素淋失量减少的主要原因。6、灌排耦合调控下，随稻田排水控制限的提高，稻田氨挥发通量降低，稻田氨挥发损失量显著减少。灌排耦合调控稻田氨挥发通量平均较常规灌排稻田降低19.6%，稻田氨挥发损失量较常规灌排稻田减少14.1%。7、综合考量稻田灌溉水生产效率和氮素损失率，确定满足节水减排需求的灌排耦合调控模式，即在采用控制灌溉模式的基础上，适当提高稻田排水控制限。灌排耦合调控稻田水分生产效率YWUTET和YWUTIR分别较常规灌排稻田显著增加26.0%和55.9%，稻田氮素损失量平均较常规灌排稻田下降19.6%。. 研究结果对于实现稻田水分高效利用和控污减排具有重要的理论意义与实用价值。