三江平原水田面源污染物输出途径的同位素示踪研究

三江平原是国家重要的优质商品粮生产基地，大规模水田化、渠系化导致农药和化肥流失量剧增，存在影响界江界湖水质安全的隐患。土地利用方式的快速改变，水田暴雨径流和人工排水已不明显；受季节性冻层和黏重白浆土层存在的制约，侧渗可能是灌溉水和面源污染物输出的主要途径，其贡献率的确定可为面源污染防治提供重要科学依据。本研究依托国家生态系统研究网络台站，采用多元同位素示踪（18O、D、15N、32P）和原位观测相结合的方法，系统研究水田面源污染物的迁移、转化过程，确定3种途径水和面源污染物的负荷，揭示面源污染物在渠系中的迁移、转化规律。采用多元同位素联合示踪技术追踪水和N、P的迁移和形态转化，可为面源污染不同途径输出负荷的确定提供一种有效方法，也将为准确确定沼泽湿地水、营养元素循环提供方法上的参考；同时，研究成果对预警新一轮高强度农业开发水环境的演化趋势、实现粮食安全和水安全协调发展具有重要意义。

三江平原是国家重要的优质商品粮生产基地，大规模水田化、渠系化导致农药和化肥流失量剧增，存在影响界江界湖水质安全的隐患。土地利用方式的快速改变，水田暴雨径流和人工排水已不明显；受季节性冻层和黏重白浆土层存在的制约，侧渗可能是灌溉水和面源污染物输出的主要途径，其贡献率的确定可为面源污染防治提供重要科学依据。本研究依托国家生态系统研究网络台站，采用多元同位素示踪（18O、D、15N、32P）和原位观测相结合的方法，系统研究了水田面源污染物的迁移、转化过程，确定3种途径水和面源污染物的负荷，揭示了面源污染物在渠系中的迁移、转化规律。采用多元同位素联合示踪技术追踪水和N的迁移和形态转化，可为面源污染不同途径输出负荷的确定提供一种有效方法，也将为准确确定沼泽湿地水、营养元素循环提供方法上的参考；同时，研究成果对预警新一轮高强度农业开发水环境的演化趋势、实现粮食安全和水安全协调发展具有重要意义。研究结果表明，近沟渠田埂宽度对侧渗速率和截留污染物的能力影响显著。随田埂宽度的增加，侧渗速率降低，而田埂对污染物的截留能力增强；其中，田埂对总磷（TP）和可溶性总磷（DTP）的截留率都较高，平均达到50%-60%左右，对氨氮（NH4+-N）的截留率大于总氮（TN）和硝氮（NO3--N）；控制污染物流失的最佳田埂宽度建议达到80-130 cm、渠系深度150 cm。随着施肥量的增加，稻田积水和侧渗水中污染物浓度随之增加；在施肥后的1周至10天内是预防和控制面源污染的关键时期；采用15N同位素示踪技术估算得到的水田氮素流失率占常规监测方法估算结果的70%，说明当年的施肥氮是面源污染的主要来源。现有耕作模式下，水田侧渗流失的TN 1.10 t•km-2•y-1，占当年施肥总量的6.66 %，侧渗是水田氮素输出的一个重要途径；水田TN流失负荷2.53 t•km-2•y-1，占施肥总量的15.30 %，TP和DTP的年输出总量分别为0.19 t•km-2•y-1和0.02 t•km-2•y-1， 分别占当年施肥总量的9.85 %和1.12 %, 说明三江平原大规模水田化的农业面源污染不容忽视。本项目基本上按照申请书中计划进行，但也做出了一些必要的调整和变动。