江汉平原灌排单元稻田磷素运移行为研究

摘要

江汉平原位于长江中游地区，农业耕地多由大面积围垦湖泊湿地而形成，农业面源污染的特点与山地丘陵区完全不同，是造成周围湖泊水体富营养化的重要原因之一。灌排单元是江汉平原区稻田典型的存在形式，主要由稻田及环绕在农田周围的沟渠组成，每个单元相对封闭，单元内灌、排水均受人为控制。现阶段的稻田面源污染研究中，普遍存在将田块与周边沟渠割裂开来，分别研究其流失规律和截留功能等问题。因此，本研究以江汉平原典型灌排单元为例，综合运用室内培养与田间监测等方法，分析稻田磷素迁移输出特征，沟渠对输入磷素的作用规律。最后将稻田和沟渠作为一个整体，明确灌排单元对周边水体磷负荷的影响，为稻区田间管理、农业面源污染防控提供依据。主要结论如下:　　(1)江汉平原灌排单元水旱轮作种植模式下农田土壤有效磷含量主要分布在6-14 mg kg-1之间，平均9.8 mg kg-1，有效磷水平较低;每年因常规施肥带入农田的总磷为42.6 kg P hm-2，占总磷投入的91.7％，是农田磷的主要输入方式;通过计算磷平衡，水稻季每年有3.36-8.11 kg hm-2的磷耗竭，旱季每年有7.46-17.6 kg hm-2的磷盈余，水稻种植季农田磷流失风险小于旱季作物种植。　　(2)水稻季施肥后12天内是控制田面水磷流失的关键时期。12天之后趋于平稳，总磷浓度在0.5-1.5 mg L-1之间波动，平均为1.04 mg L-1，属地表水水质劣Ⅴ类，监测期间任一次田间排水对周边水体环境都存在一定风险;水旱轮作模式下农田土壤磷溶出风险值94.5 mg kg-1，远高于农田土壤有效磷平均含量9.8 mg kg-1，且常规施肥处理施肥12天之内，田面水磷素以可溶态为主，占总磷浓度的59％，12天后，颗粒态磷比例逐渐增加，平均占田面水总磷浓度的62.9％，由此得出，田面水中磷主要来源于肥料。　　(3)稻麦轮作种植模式下径流多发生在小麦季，水稻季产流量高于小麦季，且水稻季径流水总磷平均浓度0.16 mg L-1小于小麦季0.24 mg L-1，属地表水水质Ⅲ类;稻麦轮作空白不施肥处理和常规施肥处理两季作物生长期间径流水总磷浓度无显著性差异，且径流磷流失的主要形态为颗粒态磷，综合分析，径流水中总磷主要来源于土壤而非肥料。　　(4)水稻整个生育期，灌排单元内沟渠水位维持在30-70 cm，灌溉平均水位高于降雨。灌排单元向周边水体的排放主要受人为控制，没有特大暴雨的情况下，沟渠向周边河道不会产生溢流;沟渠水总磷浓度在0.05-0.15 mg L-1之间，平均浓度为0.075 mg L-1，属于地表水水质的Ⅱ类或Ⅲ类;沟渠水主要来源于灌溉、降雨和径流水的输入，磷的形态以颗粒态为主。　　(5)降雨、灌溉水经田面水、径流输出，最终进入沟渠，总磷浓度经田面水先升高后降低，最后进入沟渠的水总磷浓度小于灌溉来水，灌排单元对磷素起到“汇”的作用。灌排单元稻田田面水、径流水的直接外排会给周边水体带来环境风险，整个灌排单元排水对周边水体磷负荷的影响较小;根据土壤、底泥等温吸附和吸附动力学实验得出，土壤、底泥吸附在灌排单元磷的逐级净化过程中发挥重要作用。

目录

声明

摘要

英文缩略表

1．1 研究背景

1．2 稻田磷素流失状况

1．2．1 稻田面源流失特征

1．2．2 稻田磷素流失途径

1．2．3 稻田磷素流失的影响因素

1．3 沟渠对稻田输出磷素的作用特征

1．3．1 排水沟渠对磷的削减状况

1．3．2 影响沟渠作用的因素

1．4 选题依据

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

1．4．3 技术路线

2．1 地理位置

2．2 气候气象

2．3 土壤类型

2．4 土地利用现状

第三章 灌排单元稻田土壤磷收支现状研究

3．1 材料与方法

3．1．1 实验设计

3．1．2 样品采集

3．1．3 测试指标与方法

3．2 结果与分析

3．2．1 灌排单元稻田土壤磷素现状

3．2．2 灌排单元稻田磷素输入规律

3．2．3 灌排单元稻田磷素输出规律

3．2．4 农田土壤磷平衡

3．3 讨论

3．4 小结

第四章 灌排单元水稻季田面水磷素变化特征研究

4．1 材料与方法

4．1．1 实验设计

4．1．2 田面水采集

4．1．3 田面水测试指标及方法

4．1．4 计算

4．2 结果与分析

4．2．1 水稻季田面水磷浓度动态变化特征

4．2．3 水稻季田面水主要磷形态组成

4．2．4 稻季田面水中磷的主要来源

4．3 讨论

4．4 小结

第五章 稻区灌排单元磷径流流失特征研究

5．1 材料与方法

5．1．1 实验设计

5．1．2 径流水样采集

5．1．3 径流水测试指标与方法

5．2 结果与分析

5．2．1 产流特点

5．2．2 径流磷流失的动态变化

5．2．3 稻田径流磷流失的主要形态

5．2．4 稻田径流流失磷的主要来源

5．3 讨论

5．4 小结

第六章 稻区灌排单元沟渠作用规律研究

6．1 材料与方法

6．1．1 实验设计

6．1．2 样品采集

6．1．3 样品测试指标与方法

6．2 结果与分析

6．2．1 沟渠水位变化

6．2．2 水稻季沟渠水磷浓度变化特征

6．3 讨论

6．4 小结

第七章 灌排单元磷流失对周边水体磷负荷的影响

7．1 材料与方法

7．1．1 实验设计

7．1．2 样品采集

7．1．3 样品测试指标及方法

7．1．4 计算

7．2 结果与分析

7．2．1 水稻季不同过程水磷浓度耦合

7．2．2 水稻季不同过程水磷浓度梯级变化

7．2．3 土壤、底泥对磷的吸附能力

7．3 讨论

7．4 小结

8．1 研究结论

8．2 创新点

8．3 研究展望

参考文献

致谢

作者简历