用DrainMOD模型模拟稻田排水与氮素流失.pdf

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1、第27卷第6期522011年6月农业工程学报TransactionsoftheCSAEV

2、01．27No．6Jun．2011用DrainMOD模型模拟稻田排水与氦素流失高学睿1’2，董斌2，秦大庸1，孙宁宁2，张芝永3(1．中国水利水电科学研究院，北京100038；2．武汉大学水资源与水电工程国家重点实验室，武汉430072；3．中国海洋大学工程学院，青岛266100)摘要：稻田排水伴随的氮素流失是造成当前农业面源污染的主要原因之一。DrainMOD排水模型和DrainMOD-N氮素运移模型是模拟田

3、间尺度下土壤水氮运移的有效工具。该文将模型应用于湿润的水稻种植区，对湖北漳河灌区稻田排水和氮素流失过程进行了模拟。结果显示，水稻全生育期模拟排水总量、硝态氮和铵态氮流失总量与实测值吻合较好，相对误差分别为4．6％、16％和2．8％，但从各生育阶段分开的模拟结果来看，还存在较大的误差。经初步分析，观测资料有限，模型参数率定不充分是主要原因。研究总体表明，DrainMOD模型可以有效地描述稻田排水排氮过程，对提高水肥效率，预防面源污染具有重要意义。关键词：排水，氮素，流失，面源污染，DrainMOD，氮

4、素流失，漳河灌区doi：10．3969／j．issn．1002—6819．2011．06．010中图分类号：$276．1文献标志码：A文章编号：1002—6819(2011)一06-0052—07高学睿，董斌，秦大庸，等．用DrainMOD模型模拟稻田排水及氮素流失[J]．农业工程学报，2011，27(6)：52—58．GaoXuemi，DongBin，QinDayong，eta1．Simulationofdrainageprocessandnitrogenlossinpaddyfieldusing

5、DrainMOD[J]．TransactionsoftheCSAE，2011，27(6)：52—58．(inChinesewithEnglishabs订acO0引言农田排水对防御涝渍灾害、促进作物生长、改善田间耕作等具有显著的作用【1】。然而，农田排水也是氮、磷和农药等污染物进入水体的主要途径和造成农业面源污染的主要形式。长期以来，化肥和农药的大量使用对土壤和水体产生不良影响，面源污染问题日益严峻。对水稻田来讲，耕作过程中的灌溉排水行为更为密集，田间积水环境下氮、磷等物质的运动更为活跃，因此，稻田排

6、水造成农田面源的风险更为明显。20世纪70代，R．W．Skaggs等人[21开发的DrainMOD排水模型，以土壤剖面水量平衡原理为基础，可以模拟预测田间地下水位、排水速率以及排水总量等水文要素；1994年，Breve等人[3，4】在DrainMOD排水模型基础上发展起来了DrainMOD．N氮运移模型，该模型以溶质运移方程为基础进行农田排水中硝态氮(NOr-N)的模拟15J；2003年，MohamedA．Youssef等人16]对DrainMOD-N进行了改进，提出DrainMOD-NII模型，该

7、模型主要特点是详细考虑了氮循环的整个过程，包括有大气固氮、化肥施氮以及土壤有机质对土壤的改良作用，DrainMOD．NII的模拟输出资料包括逐日铵态氮(NHx-N)和硝态氮(N03-N)在土壤以及在排水中的浓度等。收稿日期：2010-11-10修订日期：2011-Ol一09基金项目：国家自然科学基金重点项目(50839002)；水利部“948”项目计划(200720)作者简介：高学睿(1986一)，男，陕西西安人，博士研究生，主要从事农田水环境及水文水资源研究。北京中国水利水电科学研究院，10003

8、8。Email：gaoxuerui666@163．corn目前，对水稻田排水和氮素运移的相关研究基本停留在实验阶段，基于模型的研究还不多见[7】。DrainMOD是美国农业部推荐的农田排水模型，近几年在国内逐渐得到推广应用。2006年，罗纨等人【8】利用DrainMOD排水模型对宁夏银南灌区稻田排水过程进行了模拟，这是对DrainMOD模型应用于水稻灌区的重要尝试。该文将DrainMOD模型移植到气候相对湿润的湖北漳河灌区，对选定实验区的排水和氮素流失规律进行模拟，探讨模型在我国南方典型水稻灌区的适

9、用性，并根据模拟结果揭示区域氮素的流失现状。1模型原理DrainMOD排水模型是基于土壤剖面的水量平衡原理[9】。模型可用来模拟连续单元上的地下水位、土壤水分特征以及排水特性。模型要求土壤表面平坦，在相对较浅的深度上有不透水层，在不透水层以上布置近似平行的排水管或排水沟。DrainMOD排水模型农田水量平衡要素如图1所示。如图1，土壤层从弱透水层或不透水层到地表，位于两个相邻的排水暗管或排水沟之间。取时间增量垃，在这段时间内土壤截面的水量平衡可表示为[9]△Va=D+