水稻沟田协同控制灌排模式的节水减污效应

朱成立，郭相平※，刘敏昊，汤树海（.河海大学南方地区高效灌排与农业水土环境教育部重点实验室，南京 0098；.江苏省农村水利科技发展中心，南京 009；　.涟水水利科学研究站，涟水 00）



水稻沟田协同控制灌排模式的节水减污效应

朱成立1，郭相平1※，刘敏昊2，汤树海3
（1.河海大学南方地区高效灌排与农业水土环境教育部重点实验室，南京 210098；2.江苏省农村水利科技发展中心，南京 210029；3.涟水水利科学研究站，涟水 223200）

摘要：南方地区水稻生长期暴雨较多，高施肥量下的稻田易使大量氮磷随排水流失，导致水体环境恶化。该文提出稻作区沟田协同控制灌排技术的概念，即在农田蓄雨控排的基础上，利用农沟对农田排水再次拦截，并滞蓄农沟控制区内沟渠、道路以及农田侧渗排水，利用农沟和农田的湿地效应，减少排水量及氮磷浓度，降低污染物负荷。2013年采用大田试验，测试农田和农沟尺度上的灌排水量、灌排次数和氮磷流失量，对上述模式进行验证。结果表明，农田尺度上，蓄雨控排模式较对照处理（浅水勤灌）需水量和耗水量减少18.8%和15.3%，灌溉定额和地面排水量分别减少28.0%和60.6%，氮、磷负荷分别减少58.6%和58.8%，灌水次数减少4次，处理间差异显著（P＜0.05），处理间籽粒产量无显著差异（P＞0.05）。农沟尺度上，沟田协同控制灌排技术较非控排模式排水量减少55.9%，总氮和总磷负荷分别减少59.7% 和66.7%；降雨初期农田和农沟水中氮磷浓度高且随滞留时间衰减较快，控制排水能有效减少氮磷负荷；渗漏水量中氮磷浓度较低。沟渠、道路等非农田的地面排水量占沟道总排水量的31.3%～38.7%，也是重要的氮磷负荷来源。结果表明沟田协同控制灌排技术具有较好的节水、省工和减排、控污效果，对南方稻作区灌排管理具有指导意义。

关键词：排水；氮；磷；水稻田；沟田协同排水

朱成立，郭相平，刘敏昊，汤树海. 水稻沟田协同控制灌排模式的节水减污效应[J]. 农业工程学报，2016，32（3）：86－91.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.03.013http://www.tcsae.org

Zhu Chengli, Guo Xiangping, Liu Minhao, Tang Shuhai. Reduction of nitrogen, phosphorous and runoff by coordination controlled drainage with basin and ditch in paddy field[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2016, 32(3): 86－91. (in Chinese with English abstract)doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.03.013 http://www.tcsae.org

0　引　言

中国有超过3 000万hm2的水稻种植面积，主要分布于南方地区，生长期与雨期同步。尤其是长江中下游的江淮地区，生育前期正值梅雨季节，田间水稻覆盖度小而暴雨多发，加上氮磷施用水平较高，在雨滴击溅侵蚀和径流冲刷下，随地表排水产生的氮、磷流失已经成为南方地区农业面源污染的重要来源[1]。水稻具有一定的耐旱能力和较强的耐渍、涝能力，将现有的水稻节水灌溉技术与控制排水技术相结合，利用稻田和遍布其中的排水沟，拦蓄地表径流，并延长雨水在沟、田中的滞留时间，可充分发挥沟、田的湿地效应，减少排水量和排水中的氮磷污染物，控制面源污染[2]。

已有研究表明，地表排水是稻田氮磷进入受纳水体的重要途径[3]，农田（稻作区为格田）和沟道控制排水可减少排水量和氮磷负荷[4-7]，具有良好的节水、减排效果。单纯农田控制排水虽可拦截大部分降雨[4-5]，但稻作区内的沟、渠、路、田坎等非耕地，在雨滴击溅侵蚀和坡面水流冲刷下，仍会产生大量地表径流和氮磷流失，通过沟道系统进入受纳水体。同样，若仅控制沟道排水，农田排水过多，加上沟（渠）坡面、道路等非耕地产流，沟道拦蓄库容有限[6]，仍可能产生较多排水和氮磷流失。构建人工湿地虽被国外学者认为是减轻农业面源源污染的有效方式[8-9]，但由于南方地区土地紧张，难以推广。国内稻作区通常具有发达的排水沟道系统，如长江下游的江苏省，农沟占地可达农田的5%～11%，深度一般在1.0～1.8 m，具有较强的蓄水能力。因此，采用沟田协同控制灌排模式，降雨由农田进行初次拦截，由沟道对农田排水进行再次拦截，在减少排水量的同时，增加雨水在农田、农沟中的滞留时间，充分发挥沟、田的湿地效应以消减氮磷浓度，应比单一的农田或沟道控制排水具有更好的减排效果。目前国内农田控制排水研究较多，亦见骨干沟道控制排水用作灌溉水源的研究成果[6-7]，但将节水灌溉和田间农沟、农田控制排水相结合以减少氮磷流失的研究成果较少。本文采用大田试验，研究农田蓄水控灌模式下水稻需（耗）水规律，分析农田、农沟尺度上的排水量和氮磷负荷变化，旨在验证沟田协同控制灌排技术的可行性，并对其影响机理进行了初步分析，以期为南方稻作区节水减排理论和技术发展提供依据。

1　材料与方法

1.1试验区概况

试验于2013年6－10月在涟水县水利试验站进行。该站位于江苏省涟水县朱码镇境内，地理坐标为33°50′N、119°16′E。试区面积9 hm2，分为东西2块，分别由2条农沟和2条农渠控制，单向灌排。项目区土质为壤土，0～100 cm土层平均土壤干容重1.42 g/cm，田间持水量27.9%，饱和含水率33.04%（质量含水率）；土壤肥力中等，农技水平一般。

2条农沟各控制4.5 hm2的田块，其中耕地面积为4.0 hm2，耕地率89%，其余11%为农沟、农渠、毛渠和道路。农沟东西向长度450 m，南北间距100 m。试验实施前3个月清除农沟内杂草，并修复坡面。修复后的农沟底宽1.0 m，深度1.5 m，边坡系数1.5。生产路两侧以及农渠、农沟和毛沟的渠（沟）顶种植大豆。试验期间，农沟底有芦苇、蒲草、水花生等杂草生长，坡面以及毛渠（沟）内杂草较多。试验期内生育阶段划分和降雨量统计见表1。

表1　水稻生育期降雨量统计Table 1　Precipitation during growing stages of rice

1.2试验设计

根据当地生产情况，设置2个不同的控制排水处理，分别是T1（常规排水管理，田间采用浅水勤灌模式，农沟非控制排水）和T2（沟田协同控制灌排处理，田间采用蓄雨控排模式[10]，农沟控制排水）。在T1和T2这2块控制区内，分别布置3个小区设置重复，共6个小区。不同处理控制指标见表2。

表2　稻田与排水沟土壤水分与水深控制指标Table 2　Soil moisture and water-level control of rice field and trench

本研究虽未设置沟道控制排水的重复处理，但沟道控制面积达到4.5 hm2，且试验田块由水利试验站技术人员负责管理，品种、施肥量、农技措施统一，灌排措施严格按照设计指标执行，避免了大田试验中农户操作不规范，故试验仍然具有较好的代表性。

1.3试验过程

试验区水稻品种为当地高产品种“岗优158”。秧苗播种时间为2013年5月27日，移栽时间为6月23日，行距30 cm，株距13～14 cm。实测移栽密度为24.45万株/hm2。基肥为碳酸氢铵1 125 kg/hm2，磷肥375 kg/hm2，追肥分蘖尿素225 kg/hm2，全生长期喷施农药防病治虫4次。10月25日收割，全生长期126 d。

试验共设6个小区，每个小区规格为20 m×72 m，小区田埂高度30 cm以上，底部宽度40 cm，上部宽度30 cm。

排水农沟出口设置排水闸控制农沟水位。闸门宽度0.8 m，高度1.2 m。降雨后沟道水深保持100 cm（低于田面50 cm），超出部分排向斗沟。余水在农沟中自然消耗。斗沟深度2.0 m，底宽2.0 m。试验期间，斗沟水深在0.5～1.0 m左右，农沟排水顺利。

农渠上安装三角量水堰测定每个小区的各次灌水量；农田排水时测定各小区排水前后的水位，根据水位差计算排水量。

1.4测定指标与方法

1）降雨量与雨水利用效率。降雨量由涟水水利试验站内的自记雨量计采集。雨水利用效率为生育期内有效雨量（农田降雨量与排水量之差）占降雨量的百分数。

2）田间水位与土壤含水率。在小区内打入木桩，其上部与田面齐平，每天上午09:00，采用针型水位测针（SLZ型，南京水文自动化研究所产，精度0.1 mm）测定田间水深。无水层时，则采用取土烘干法，测定表土0～20 cm平均土壤质量含水率。

3）灌溉定额：各次灌水量之和。

4）农田排水量与排水次数。农田排水量采用水位差法。利用测针测定排水前后的水深，以3个小区的平均值作为排水量。每天发生多次排水时，按1次计算。

5）作物需水量、田间耗水量与渗漏量：在各试验小区中央位置均设铁皮有底测筒1个，同时测定小区和有底测筒的耗水量。试验小区消耗水量即为田间耗水量；有底测筒坑消耗水量为作物需水量（蒸发蒸腾量），二者之差为渗漏量。

6）农沟排水量

排水口配置了巴歇尔量水槽和排水闸。当农沟、斗沟水位差较大时采用量水槽。否则采用水位差法测量，方法如下：

T2处理农沟在排水闸、沟道中间和沟道尾部各设立1根水位尺，共3根。非降雨时排水闸关闭。降雨时沟水深达到110～120 cm时，记录各水尺读数，然后开闸排水，至水深为90 cm时停止排水。记录排水后各水尺读数，根据水位变化和沟道横断面计算农沟排水量。

T1农沟水闸和水尺设置同T2。非降雨时段根据农沟和斗沟水位差情况，每1～2 d排水1次；降雨时当农沟水位超过斗沟20～30 cm时开闸排水直至与斗沟水位相平，然后关闭。排水量计算方法同前。

7）水样提取与总氮、总磷浓度测定

田间水取样：降雨后利用真空吸管在小区田面提取水样。排水时在排水口取样。排水后开始取样，并在排水结束时再次取样，每次500 mL左右，混合后保存。

农沟水取样：在农沟的排水沟口、中部和沟尾分3个断面取样。每个断面分上中下3个深度，分别在水面、1/2水深、底部取水测定。同一深度的水样混合后测定。取样时间为雨后1、4、10、16 h各取1次，以后每隔24 h取样1次。

农沟排水时，每隔1 h在排水口水深1/2处取水，且每次取样次数不少于2次。每次取样500 mL，混匀后取用。

田间渗漏水取样：在田块中间平行农沟方向等距离布置3个地下水观测井，深度为1.5 m，井管底部密封，管壁打孔并用无纺布过滤，井口加盖防雨。取样时先用真空泵清空井内积水，1～2 h后吸取井管中渗漏水100 mL。每10 d取样1次，降雨后每24 h取样1次。各井样品等体积混合后测定。

水样的预处理采用过硫酸钾消解法。水样总磷（TP）的测定参照钼锑抗分光光度法，总氮（TN）测定采用过硫酸钾氧化紫外分光光度法[11]。

8）产量指标：各小区单打单收，各取样2 kg左右，105 ℃烘干8 h后按含水率14%时折算籽粒产量。

2　结果与分析

2.1控制排水的节水与减排效果

与浅水勤灌相比，农田蓄雨控排处理本田期需水量和耗水量较浅水浅灌处理分别减少18.8%和15.3%（P＜0.05），而渗漏量差异不大（P＞0.05）（表3）。这是因为蓄雨控排模式下，灌水下限较低，水稻受到干旱胁迫，需水量减少；干旱胁迫时期渗漏量减少，可以抵消高蓄水时引起的渗漏增加。这与之前的结果相符[12]，说明农田蓄雨控排模式未必增加渗漏而加大地下水污染风险。

表3　田间尺度不同排水模式下水稻需水量、田间耗水量与渗漏量Table 3　Water requirement, water consumption and percolation at field scale under different treatments　　　　　　 mm

与浅水勤灌相比，农田蓄雨控排处理灌溉定额减少28.0%，灌水次数减少4次，差异显著（P＜0.05）（表4），节水、省工效果明显，而产量差异不显著（P＞0.05）。这是由于蓄雨控排模式下，较低的灌水下限能降低作物耗水强度，延长灌水周期，使得该次数减少，具有较好的节水省工效果。这对于劳动力成本较高的江苏具有现实意义。

表4　田间尺度不同排水模式下灌水量、灌水次数和产量Table 4　Irrigation frequency, irrigation quota, grain yield under different treatment at field scale

2.2沟田协同控制灌排对农田和农沟排水量的影响

由于T2雨后设计蓄水深度较高（表2），95%以上降雨被拦蓄于农田（表4），排水量显著降低（P<0.05）。与T1相比，由农田排入农沟的水量较T1减少60.6%。进入农沟的排水，经再次拦截后滞蓄于沟内，被蒸发和渗漏所消耗，使得地表排水量进一步减少。和T1相比，农沟尺度上降低了55.9%（表5）。因此，沟田协同控制灌排模式，从源头上减少了区域农田排水量。

从表5可以看出，2个处理中农沟尺度上的地面排水量较农田高11.1～20.4 mm。这是因为：1）农沟控制范围内的道路、农沟以及田间毛沟（渠）等非种植面积上所产排水未经格田拦截直接进入农沟；2）降雨期间格田侧向渗漏与地下排水。尽管本试验区中耕地率高达89%，但上述2部分的排水量仍可占农沟排水量的31.3%～38.7%（未考虑格田排水在汇流过程中的截留与渗漏损失），见表5。从图1还可以发现，在水稻生育前期（分蘖期），降雨初期农沟水中的氮磷浓度较高，表明非耕地也是稻作区重要的污染物来源，控制沟道排水对减少氮磷负荷意义重大。本试验中，在沟水位低于田面50 cm的情况下，若雨前农沟水深50 cm，则农沟可拦蓄731.3 m3的排水，相当于全部控制面积上16.3 mm的净雨，或非耕地面积上147.7 mm的次净雨（未考虑格田侧向渗漏），拦蓄效果明显。试验期间，通过格田和沟道的逐次拦截，生育期内19次降雨中，T2处理的格田、农沟排水分别仅为1次和2次，其余降雨均被拦截于田、沟中，以蒸发和渗漏形式所消耗。这是该模式能减少地表径流和氮磷负荷的重要原因。

表5　农沟尺度上不同排水模式下沟田地面排水量与排水次数Table 5　Surface drainage frequency and quota under different water managements at field and ditch control scale

图1　农沟水中总氮和总磷浓度变化Fig.1　Change in concentrations of total N and P in ditch water

2.3沟田协同控制灌排对格田和农沟排水中氮磷浓度的影响

节水灌溉模式下，田面经常处于浅水层或无水层状态。而江淮地区的强降雨多发生于水稻生育前期，此时秧苗叶面积系数较小。在雨强较大时，雨滴击溅侵蚀，以及浅水层条件下雨滴打击引起的水层紊动，使得田面表土颗粒及其富集的氮磷更容易进入水中，导致降雨初期田面水中氮磷浓度较高。尤其是T2处理，在降雨初期（8 h）田面水中总氮和总磷的浓度均显著高于T1处理（表6）。

表6　雨后格田水总磷和总氮浓度Table 6　Concentration of total nitrogen and total phosphorus of basin water after rainfall

但由于T2处理雨后蓄水深度较大，击溅侵蚀和水面紊动随田面水深的增加逐渐减小，进入水中的泥沙和氮磷浓度降低。更重要的是，蓄水深度增加使T2处理格田排水时间滞后约6 h，延长了雨水在格田的滞留时间。由于泥沙沉淀、土壤吸附作用，加上降雨的稀释作用，发生排水时，T2处理水中氮磷浓度显著低于T1（P＜0.05）。

降雨初期较短时间内（降雨开始后8 h），2个处理的格田水中总磷和总氮的浓度即达到峰值，且浓度较高（表6），但下降均较快。达到浓度峰值6 h后，T1和T2处理的总氮浓度分别下降24%～35%，16 h后，分别下降35%～43%；总磷的变化趋势与之相同，分别为27%～36%（6 h）和44%～54%（16 h）。这表明稻田具有良好的氮磷去除效果。这是因为：1）泥沙沉淀降低了水中颗粒态氮磷浓度。分蘖期地表覆盖度较小，强降雨产生的击溅侵蚀和水层紊动使大量颗粒态氮磷进入水中。随着水深增加，紊动减轻，泥沙沉淀，颗粒态氮磷降低[13]；2）水量增加，对原来的总氮和总磷有一定的稀释作用。因此，通过蓄水控灌技术，尽可能拦蓄初期降雨，蓄水于田，并增加雨水在格田的滞留时间，能有效减少由农田进入农沟的排水量和排水中氮磷浓度，减轻农沟蓄水压力，为沟道控制排水创造条件。

由于农田的拦蓄作用，降雨初期沟道径流主要来自道路、沟渠边坡等非耕地面积。在击溅侵蚀和坡面冲刷作用下，农沟水中总氮、总磷浓度虽低于同时刻农田水（见图1），但仍然保持较高水平。这与部分沟渠边坡被农民开垦耕作有关。表明在目前管理模式下，来自格田外的排水也是试验区氮磷流失的来源之一。随着农田排水进入沟道，沟内水总磷和总氮的浓度逐渐增加，但仍低于格田排水。由于泥沙沉淀、土壤吸附等作用，雨后农沟水中的总氮和总磷浓度随时间逐渐降低。从图1可以看出，降雨后最初40 h，T2沟道水中总氮浓度下降速率较快，其后迅速下降，而T2处理的总磷浓度在雨后88 h仍下降较快。

一般认为，滞蓄于格田和农沟中的涝水，由于水深增加，会增加沟田入渗量，进而增加氮磷污染物的渗漏损失。但测试结果发现，典型暴雨后（7月22日开始）稻田分蘖期渗漏水中总氮和总磷的浓度较为稳定，且远低于格田和沟道排水（见图2）。因此采用沟田协同控制灌排模式，由于农沟渗漏水量增加而导致的氮磷负荷有限。控制地表排水仍然是减少氮磷负荷的有效手段。

图2　土壤水中总氮与总磷浓度变化Fig.2　Change in total N and P in soil water

2.4沟田协同控制灌排对不同尺度氮磷负荷的影响

沟田协同控制灌排模式下，降雨经过格田和沟道的2次拦截，排水量减少。同时由于滞留时间的增加，有利于沟、田湿地效应的发挥，使得农田和农沟排水中总氮和总磷浓度降低。上述因素导致氮磷流失量均低于对照，如表7所示。农田尺度上，T2处理的总氮和总磷流失量显著低于T1，降幅分别为58.6%和58.8%；农沟尺度上分别降低59.7%和66.7%（表7）。尽管农沟尺度上径流量高于农田，但总氮和总磷流失量仍降低。表明沟道湿地系统（本试验中包括农沟和毛沟2级）对地表排水中的氮、磷具有较好的去除效果。

表7　不同排水模式下的总氮和总磷流失量Table 7　Total N and P losses of surface runoff under different treatments

2.5不同处理的水量平衡分析

农沟尺度的地面水量平衡分析如表8所示。T1和T2处理均出现盈余，主要包括1）泡田期农田土壤含水率较低而收获时较高产生的农田储水量变化；2）沟（渠）道入渗、蒸发耗水。T2处理盈余较T1多22.1 mm，与其沟道蓄水时间长，渗漏和蒸发消耗较多有关。结合土壤水中总氮和总磷浓度资料（图2），表明因沟道蓄水深度增加和滞留时间延长而导致的氮磷淋洗损失有限。?

表8　农沟尺度上不同排水模式下的水量平衡表Table 8　Water balance of different treatment at ditch scale

3　讨　论

沟田协同控制灌排模式较单一的农沟或农田控制排水具有更好的节水减排效果。单纯农田控制排水，在雨量较大的情况下，农田与沟、渠等非耕地排水所产生的污染物会仍会通过农沟进入受纳水体。同样，若农田排水不加控制，由于农沟蓄水能力有限，单纯控制农沟排水仍会产生较多的排水量和氮磷流失。沟田协同控制灌排模式将农田控制排水与沟道控制排水相结合，降雨经过农田和农沟的2次拦截，可使农田和农沟排水量减少60.6%和55.9%。稻田和农沟的湿地效应也有效降低了排水中氮磷浓度，最终使得农田尺度上总氮和总磷流失量降低。

对于不同的水文年型，由于降雨量的差异，农田和农沟拦蓄水量会有所不同，但其减少排水量和降低排水中氮磷浓度的结论符合逻辑。即使在降雨量较低，农田不排水的的年份，农沟仍然可以拦截沟渠、道路的径流，起到减排的效果。而较低的灌水下限也能降低需水量和灌溉定额[10,12]。故本研究虽只有1 a数据，该模式的节水、减排效果是可以预见的。但农沟高水位运行时间过长，可能引起产量降低。目前有关水稻产量对沟道蓄水深度和滞留时间的响应研究不多，有必要深入。

该技术模式仅需在原来田埂高度（20 cm左右）基础上加高10 cm，并在农沟末端设置小型控制排水设施，硬件投入少，技术要求较简单。与国内外推荐的湿地减污模式相比，该模式充分利用现有农田和农沟，无需额外增加湿地面积和建设费用，适于在耕地紧张的中国南方稻作区推广使用。

4　结　论

1）沟田协同控制灌排模式具有良好的节水、减排和省工效果，具有较好应用前景。与非控制排水相比，在不减产的前提下，该模式农田尺度上水稻需水量和耗水量水量减少18.8%和15.3%，灌溉定额和排水量分别减少28.0%和60.6%，氮、磷负荷分别减少58.6%和58.8%，灌溉次数减少4次，处理间差异显著。农沟尺度上，排水量减少55.9%，氮、磷负荷分别降低59.7%和66.7%。

2）降雨初期农田和农沟水中氮磷的浓度较高，且衰减速度较快。暴雨开始后8 h，农田水中总磷和总氮的浓度达到峰值，其后开始下降。峰值6 h后，总氮浓度可下降24%～35%；16 h后，降幅达35%～43%。总磷的变化趋势与之相同，可达27%～36%（6 h）和44%～54% （16 h）。因此，控制稻田和农沟初期排水能有效降低农田氮磷流失量。

3）沟渠、道路等非耕地排水可达农沟排水量的31.3%～38.7%，是稻作区排水和氮磷负荷的重要来源。拦截该部分排水是沟田协同控制灌排模式减排的重要手段。

致谢：本文得到了“江苏省优势学科建设工程项目”及“海岸带资源开发与安全学科创新引智基地（B12032）”资助，谨表感谢。

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Reduction of nitrogen, phosphorous and runoff by coordination controlled drainage with basin and ditch in paddy field

Zhu Chengli1, Guo Xiangping1※, Liu Minhao2, Tang Shuhai3
(1. Key Laboratory of High-Effective Irrigation and Drainage and Agricultural Water and Soil Environment in Southern China, Ministry of Education, Hohai University, Nanjing 210098,China;2. Development Center for Science and Technology of Rural Water Resources of Jiangsu Province, Nanjing 210029, China;3.Lianshui Water Conservancy Research Institute, Lianshui 223200, China)

Abstract:Heavy rains occur frequently in South China during rice growth stages. The large amount of discharge from paddy field combined with high fertilization has caused serious environmental problems. The present controlled drainage methods pay much attention to holding more water in basins and reducing pollutant from basins, however, how to control runoff from field ditches and non-cultivated areas are often ignored. Coordinated Controlled Drainage (CCD) was proposed in the paper to solve the problem above by making most use of the wetland effects of both paddy field and field ditches that were widely distributed in the farmland in South China. The CCD technique tries to store rainwater in basins as much as possible by using rain-catching and controlled irrigation (RCCI) technique that maintains lower irrigation limit and higher water depth after rain depending on the waterlogging-tolerant and drought-tolerant ability of rice so as to reduce runoff from basins. Furthermore, it also impouned runoff from basins and non-cultivation lands such as roads, ditches and canals by a construction at the outlet of the field ditch. Field experiments were conducted in 2013 to verify the feasibility of the model. Controlled and uncontrolled drainages treatments were designed in rice field. Each controlled field of 4.5 hm2. Three replicates were designed. During the experiment, the drainage from field and trench were collected for determination of total nitrogen and phosphorus (TN and TP). Rice yield was measured. The results showed that at field scale, CCD could reduce evaportanspiration and water consumption by 18.8% and 15.3%, compared with frequent and shallow irrigation technique (FSI) respectively. Irrigation quote, drainage quote and irrigation frequency declined 28%, 60.6% and 4 times while TN and TP loss reduced 58.6% and 58.8%. At field control scale, surface drainage volume, the TN and TP burden from controlled ditch decreased by 55.9%, 59.7% and 66.7%, respectively under CCD without reduction of grain yield compared with uncontrolled ditch combined with FSI. The investigation also found that TP and TN concentrations were high both in basin water and ditch water at early stage after rainfall and decreased rapidly with time, indicting that holding water in basins and ditches at that time could remove TN and TN more efficiently. Runoff from non-cultivated area accounted for 31.3%-38.7% of the total runoff from ditches, indicating it was an important source of pollutant. The results above suggested CCD was an effective method to reduce water application, cost of labor, and pollutant burden in paddy field in South China.

Keywords:drainage; nitrogen; phosphate; paddy field; coordinated controlled drainage

通信作者：※郭相平，山东成武人，教授，博士后，主要从事节水灌排理论研究。南京河海大学，210098。Email：xpguo@hhu.edu.cn

作者简介：朱成立，江苏宝应人，副教授，博士，主要从事水土资源高效利用研究。南京河海大学，210098。Email：clz@hhu.edu.cn

基金项目：国家自然科学基金项目（51079042）；江苏省水利科技项目

收稿日期：2015-10-08

修订日期：2015-12-10

中图分类号：S276.7

文献标志码：A

文章编号：1002-6819(2016)-03-0086-06

doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.03.013