农田控制排水措施对地下水硝氮污染风险的影响研究

Groundwater pollution induced by agricultural non-point polltion was getting worse. After controlled drainage, drainage and soil water movement boundary condition were changed and nitrate nitrogen transformation and migration were influenced， too. Because of the variation of the surface and subsurface drain outflow and concentration, nitrate nitrogen leaching was reduced. Will the retained nitrate nitrogen move into the groundwater and contaminate it? Knowing that where is the nitrate nitrogen going is beneficial to make clear the root cause of the change of nitrate nitrogen loss and establish rational drainage management to alleviate nitrate pollution in groundwater. This project is based on a compared experiment of controlled and free drainage in field, and observation and modeling analysis by hydrus will be used to study the effect of controlled drainage on water and nitrate movement boundary condition, accumulation, transformation and mass balance of nitrate. Effect of controlled drainage on nitrate nitrogen leaching will be analyzed and a drainage regulation model to low the risk of nitrate pollution in groundwater will be put forward. The results will provide a comprehensive verification for the effect of controlled drainage and theoretical basis and technical support for the practice of controlled drainage.

农田面源污染对地下水源造成的污染日益严重。农田控制排水实施后改变了排水边界条件和田间水分运动边界条件，土壤中硝氮的运移转化也发生变化。硝氮流失量因地表、地下排水量和浓度的变化而减小；未流失的硝氮在土壤中如何运移转化，会不会增加硝氮渗漏淋洗污染地下水的风险。掌握硝氮的去向，有助于了解控制排水条件下硝氮流失量改变的根本原因，从而制定合理的排水管理措施，减少硝氮向地下水淋洗量，降低地下水硝氮污染风险。本课题以控制排水和自由排水对照试验为基础，通过试验观测和hydrus模型模拟分析，研究控制排水对水分和硝氮运移边界条件的影响机制、对硝氮在土壤中的累积、转化规律及质量平衡的影响，分析控制排水措施对硝氮渗漏淋洗的影响，提出降低地下水硝氮污染风险的控制排水调控模式，研究成果将为全面验证控制排水实施效果、推广控制排水技术提供理论基础和技术支撑。

本项目从2015年1月至2017年12月研究工作历时3年，严格按照项目计划书拟定的任务开展，顺利实现了预期研究目标。本项目主要开展了以下研究工作：（1）开展了控制排水措施对土壤水分、硝氮运移边界条件影响研究；（2）开展了控制排水措施对土壤水分平衡状况影响研究；（3）开展了控制排水对土壤中硝氮累积、渗漏、转化及质量平衡研究；（4）开展了控制排水对作物产量影响研究；（5）开展了降低地下水硝氮污染风险的控制排水调控模式研究。研究工作顺利实现了预期的研究目标，得到的主要研究成果有：（1）不同控制水位对土壤水分运移边界条件的影响不同，控制水位越高，上层土壤含水率越大，水分滞留时间越长，土壤水-硝氮运移子系统的水动力弥散作用更突出一些，反之则地下水-硝氮运移子系统的对流扩散作用更突出；（2）试验所在地硝氮相对含量较高，淋失及随排水流失的风险较高，控制水位为30cm的处理该值波动大，控制水位为100cm的处理该值波动小，提高控制排水水位能降低硝氮相对含量，增加土壤氮素稳定性；（3）降雨后控制水位越高，硝氮、氨氮和总氮的流失量越小，控制排水有利于减少地下排水氮素流失；（4）在面积较小的旱作测坑内只有人工地下排水管道，控制水位过高（30cm）雨量较大时会形成涝渍，造成作物减产，而雨量不大时控制排水则会增产；（5）通过Drainmod模型模拟发现，随着排水沟间距增加，同一控制水位下地下排水量占总排水量的比例减小，地表排水量则相反，当间距达到3000cm时，地表排水量比例超过50%，控制排水对地表和地下排水量重新分配的作用随着排水沟间距的增加而弱化。通过本项目的实施，初步探明了控制排水减少水、氮流失的机理，分析了控制排水条件下硝氮向地下水淋失的风险，探索了控制排水调控模式，研究成果为南方地区节水减排方案的实施提供了依据，将促进南方地区农田面源污染防治。