控制灌排条件下稻田水氮耦合效应及其运移转化模拟

Farmland water level is used as the index of controlled irrigation and drainage. The combination of different seepage quantity and nitrogen application will be processed in fixed tanks and field plots, the water and nitrogen coupling experiment will be carried out in the whole stage of rice. This study will investigate the change of nitrogen and its effect on rice growth under controlled irrigation and drainage, and simulate the rice growth process and evaluate the effect of water and nitrogen coupling with the ORYZA2000 model; The law of nitrogen transport and transformation will be analyzed under controlled irrigation and drainage in paddy field, and the simulation of water nitrogen transport and transformation will be carried out by the DRAINMOD model; Based on these researches, two-way loose coupling model of ORYZA2000-DRAINMOD will be constructed under controlled irrigation and drainage; Through the simulation of nitrogen losses, grain yield in the typical paddy field, the technical engineering system and water management strategy of controlled irrigation and drainage will be formulated in paddy field. Therefore, this research will provide scientific foundation for optimizing irrigation-drainage management and the construction of ecological irrigation district with water-saving and pollution control in paddy field areas of south China.

以农田水位作为水稻控制灌排水分调控指标，通过不同田间渗漏量和不同施氮量的组合处理在蒸渗测坑、田间小区内进行水稻全生育阶段的水氮耦合种植试验，研究控制灌排条件下稻田水氮变化规律及其对水稻生长发育的影响，利用ORYZA2000模型进行水稻生长过程的模拟，评价稻田水氮耦合效应；分析控制灌排条件下稻田水氮运移转化规律，利用DRAINMOD模型进行稻田水氮运移过程的模拟；以此为基础，构建控制灌排条件下ORYZA2000-DRAINMOD双向松耦合模型，进行检验、验证及灵敏度分析；通过对稻作区典型田间工程布置模式进行不同年型稻田排水量、氮素流失量、水稻产量的模拟，按照节水减排高产的要求制定水稻控制灌排技术工程体系及水管理策略，为优化南方稻作区灌溉排水管理策略，建设节水、控污型生态灌区提供科学依据。

水稻控制灌排作为南方稻作区的核心灌排技术，综合考虑了节水灌溉与控制排水的协同效应，对实现南方稻作区的节水、减排、控污、高产具有重要意义。本研究以农田水位作为水稻控制灌排水分调控指标，通过不同田间渗漏量与不同施氮量的组合处理在蒸渗测坑、田间小区内进行水稻全生育阶段的水氮耦合栽培试验，结合理论分析和数值模拟，研究了控制灌排条件下稻田水氮迁移转化规律及其对水稻生长发育的影响，并按照节水减排高产的要求提出水稻控制灌排技术工程体系及水管理策略。主要研究内容和结论如下：高氮处理能增加水稻茎秆直径及壁厚，提高茎秆力学强度和抗倒伏性能，促进水稻根系长度、表面积、投影面积、体积等形态指标的发育；高渗漏量处理显著提高水稻在分蘖期和拔节孕穗期的根系生长；高氮能促进水稻光合和蒸腾作用，改善叶片光响应曲线、CO2响应曲线和荧光动力学性能，提高PSII反应中心活性和光合效率；低渗漏量处理能提高叶片荧光动力学性能，从而提高叶片光合能力；适当增施氮肥可提高水稻根、茎、叶、鞘、穗及地上部分干物质量；高渗漏量能提高茎鞘和叶片对籽粒产量的贡献，低渗漏量则增加有效穗数，降低结实率。施肥后稻田田面水及各层土壤溶液中NH4+-N、NO3−-N和TN浓度随施氮量增加而增加，NO3−-N浓度峰值显著滞后于TN、NH4+-N峰值，施肥后一周是控制氮素径流损失的关键时期；田面水中氮素主要以NH4+-N的形式存在，土壤溶液中NO3−-N占比较大，且随深度增加NO3−-N占比逐渐增大；稻田旱后复水会导致田面水及土壤溶液中NH4+-N、NO3−-N和TN浓度升高，施氮水平越高氮素负荷流失风险越大，随时间及土壤深度增加而减弱。基于DRAINMOD和ORYZA模型构建了农田水氮动态与作物生长耦合模拟DMO模型，并通过率定和验证；分析不同水文年型情景下田间管理模式对稻作区产量、氮素利用及流失的影响，从节水控污高产的角度，推荐研究区排水沟沟深为1.2m，排水沟间距为100～130m，适宜施氮量为200～250kg/hm2。