节水灌溉－控制排水－农田湿地协同的环境效应与生态风险控制机理

本项目以南方典型灌区为研究对象，开展不同尺度的农田土壤水分养分、水平衡要素、特征污染物以及农田生态指标等生境要素的试验观测，采用试验研究与模型模拟相结合的方法，研究不同灌溉排水条件下农田养分和污染物质的转化迁移、积累消长规律和农田生态因子之间互动效应；农田系统水量及特征污染物转化的尺度效应；农田湿地的生态贡献及沟渠水塘湿地系统对典型风险物的截留容量和去除效果。阐明灌溉模式对农田环境及生态效应的影响机理，建立不同尺度水量及污染物耦合转换模型，构建灌排方式对农田湿地生态贡献及生态风险的定量模型，并提出节水灌溉-控制排水-农田湿地系统协同运行模式及农田生态安全控制机制，提出考虑环境和生态效应的农田水肥综合调控平台和管理模式，为实现农业高效灌溉可持续发展提供技术保障。

按照计划任务书认真开展了各项内容的研究工作，全面完成各项任务，研究成果突出。.围绕项目研究内容，在江苏昆山、江苏南京、湖北团林等实验基地开展了不同水肥模式下稻田水分与生境动态、水稻生理生长、温室气体排放、氮磷迁移损失、典型风险物(多氯联苯和有机氯代农药)及重金属的迁移富集，以及不同水位调控措施下冬小麦和水稻的生理生长、农田氮磷迁移损失的试验研究。同时，在江苏高邮灌区与湖北漳河灌区开展了不同灌排模式下稻田、排水沟、湿地各环节以及田间、中等（4个尺度）、小流域（灌溉系统）共6个尺度的水量与污染物浓度要素观测。.基于试验观测、模型模拟和理论分析，阐明了水分调控对水稻生理生长的促控作用，揭示了水稻节水高产的生理生态机理，揭示了节水灌溉稻田氮磷损失、温室气体排放规律；阐明了控制排水条件下水稻、冬小麦对水位调控（地表水位和地下水位组合）的生理生长响应规律、田表水-土壤水-地下水中氮磷的变化规律，建立了涝渍胁迫下冬小麦水位-产量响应函数，构建了农田控制排水方案评价模型，优选了农田水位管理模式，分析了灌排风险控制策略；揭示了不同尺度间水量转化与特征污染物输移转化的规律及其尺度效应，建立了适用于不同尺度（田间—灌溉系统—灌区）间水量转化与特征污染物输移转化定量模拟的改进SWAT模型，提出了稻田水分利用效率指标尺度提升方法；得到了不同灌排条件下农田氮磷及典型风险物（多氯联苯、有机氯代农药和重金属）等污染物输移转化规律，评价了节水灌溉农田系统中典型风险物的生态风险；揭示了稻田、排水沟、湿地水量转换过程及各环节的氮磷去除效果及机理，确定了减少稻田氮磷流失的关键时期，在此基础上构建了节水灌溉－控制排水－湿地协同运行系统的水氮耦合模型，提出了节水灌溉-控制排水-湿地协同运行模式，实现水稻灌区水肥资源的高效利用和面源污染的减排。.研究成果对实现农业高效灌溉可持续发展、保障粮食安全、维持生态环境的健康持续发展和社会稳定具有十分重要的意义。