易涝易渍区作物避灾种植结构试验与机理研究

The Optimization of cropping pattern mainly is largely dependent on the understanding the mechanism of hydrological processes of waterlogging and the losses caused by the surface-waterlogging and underground waterlogging, which is the main focus of the future research. Compared with natural watersheds, only a few studies have been conducted to take the specific characteristics of man-made farmed watersheds into account in hydrological modeling. The project will be conducted within the watershed located in lower waterlogging areas. This study sought to assess factors related to surface waterlogging generation along a waterlogging- susceptible contrasting soils. The overall goal of this study was to compare surface runoff occurrence and frequency and identify principal surface runoff generation mechanisms at three different landscape positions on an agricultural hillslope. The importance of flow pathways and the scales of runoff production also were explored using open and closed runoff plots. The results of this study have potential implications for surface-waterlogging control in agricultural landscapes.

基于内涝积水动力学过程的易涝易渍区种植结构优化模型研究是避灾种植结构优化未来研究热点与发展趋势。申请项目以低洼易涝子流域为研究对象，开展田间、试验小区、独立排区三种尺度排水观测试验，分析农作物的产流特性以及农田多级排水系统结构与布置对排区汇流速度、汇流方向和汇流路径的影响机制，建立田间排水、圩垸内沟渠排水系统与圩垸外骨干排水系统组成的多级耦合产汇流模型，建立基于内涝积水动力学过程的易涝易渍区作物避灾种植结构递阶优化模型，揭示土壤水分受控条件下内涝积水过程对种植结构变化响应机理，提出易涝易渍区作物适宜的避灾种植结构。项目的研究将在具有一定物理基础和农学基础的排水径流模拟和种植结构优化的理论上有所创新，对于易涝易渍区的可持续发展具有重要应用价值。

项目开展了作物淹涝胁迫光合与根系以及产量特性野外试验，研究了内涝积水过程对种植结构变化的响应规律，建立了有一定土壤水分物理基础的避灾优化种植结构模型，完成项目研究内容并达到预期的研究目标。取得的主要成果有：（1）拔节-抽穗期随着淹水深度加深或持续时间延长，水稻产量会出现显著降低，完全淹没的试验组平均减产幅度达84%，而轻度淹涝（半淹）试验组的平均减产幅度仅为8%，减产效应主要体现在每穗粒数、总粒数和结实率的减少，普遍提高了水稻成熟期的生物量，并导致水稻干物质向根系分配增多。水稻气孔导度低于正常水平，即淹涝胁迫对水稻气孔导度有抑制作用；淹涝胁迫结束后，轻度淹涝组的平均相对气孔导度为1.02，中度淹涝组（3/4淹）的平均相对气孔导度为0.95，而重度淹涝组（全淹）的平均相对气孔导度只有0.78；水稻产量与乳熟-黄熟期水稻根系数量、根系干物质量的简单线性关系。（2）不同尺度径流场径流累积量差异很大，大径流场＞中径流场＞小径流场，单位面积径流累计量表现出相反的特征，表明农田暴雨径流具有尺度效应，汇水面积越大，汇流时间越长，洪峰出现时刻越晚，洪峰模数越小，单位面积产流量越小；小尺度径流场暴雨径流过程显得尖细，径流持续时间短，峰现时间较早，洪峰消退得较迅速；中尺度径流场次暴雨场峰出时间大部分晚于小尺度径流场，小部分与小尺度径流场一致，中尺度径流场径流持续时间比小尺度径流场要长，洪峰消退得较慢，暴雨径流过程显得圆滑平缓；大尺度径流场暴雨径流过程最为平缓，洪峰出现最慢，径流持续时间最长，洪峰消退得最慢。（3）项目建立了能够考虑不同种植结构和多级排水系统人工调控影响的排水水文模型和避灾优化种植结构模型，该模型包括旱地产流模型、稻田产流模型、排水渠道渗漏量计算模型、二级泵站出流模型、排水沟渠汇流模型、地下水排水模型和种植结构优化模型，模型具有一定的物理机制，能够考虑不同种植结构和多级闸站排水系统人工调控影响。