謝陽(yáng)村，徐 敏*，高世凱，沈連起

（1.生態(tài)環(huán)境部 環(huán)境規(guī)劃院，北京 100000；2.華北水利水電大學(xué) 水利學(xué)院， 鄭州 450046；3.壽光市水利局，山東 壽光 262700）

0 引 言

【研究意義】氮素是農(nóng)作物生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵因素，在傳統(tǒng)灌排模式下, 由于灌溉和降雨造成的排水較多，大量氮素直接進(jìn)入水體，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)面源污染[1-4]。已有研究表明，單一水稻控制灌溉與控制排水技術(shù)可高效利用養(yǎng)分和水分，減輕環(huán)境負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)節(jié)水高產(chǎn)、減排、控污的目標(biāo)[5-6]。但將水稻控制灌溉與控制排水技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，形成水稻全生育期的控制灌排技術(shù)[4,7]，進(jìn)行節(jié)水減排控污效果的研究卻較少。此外，農(nóng)業(yè)面源污染區(qū)域發(fā)生具有隨意性、污染排放不確定性以及空間異質(zhì)性等特點(diǎn)，對(duì)其影響過(guò)程、影響因素以及產(chǎn)生的機(jī)理研究造成難度[8-9]?！狙芯窟M(jìn)展】輔助于完善農(nóng)田排水管理以及氮素流失的農(nóng)田排水模型已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注[10-12]，但對(duì)于稻田的排水和氮素運(yùn)移模型較為少見(jiàn)。DRAINMOD 模型是美國(guó)農(nóng)業(yè)部推薦的農(nóng)田排水模型，模型不斷發(fā)展更新，并逐漸得到推廣應(yīng)用[13-15]。部分學(xué)者利用DRAINMOD模型嘗試應(yīng)用于稻田，認(rèn)為該模型能夠較好地模擬灌區(qū)稻田徑流排水過(guò)程和地下水位動(dòng)態(tài)變化[16-18]，也有學(xué)者利用DRAINMOD 模型對(duì)暴雨排水過(guò)程氮素變化進(jìn)行探究[19-20]。高學(xué)睿等[21]將DRAINMOD 模型應(yīng)用到氣候相對(duì)濕潤(rùn)的湖北漳河灌區(qū)，對(duì)灌區(qū)稻田的排水和氮素流失規(guī)律進(jìn)行模擬，發(fā)現(xiàn)模型可有效地模擬預(yù)測(cè)南方典型灌區(qū)稻田排水特性及氮素運(yùn)移特性，相對(duì)誤差范圍為2.8%～16.0%。Hashemi 等[22]發(fā)現(xiàn)DRAINMOD 模型可以較好地模擬不同排水深度和間距組合下稻田硝態(tài)氮損失和排水流量，相對(duì)誤差范圍為1.0%～35.0%?！厩腥朦c(diǎn)】綜上，對(duì)于DRAINMOD模型在稻田的應(yīng)用研究多基于傳統(tǒng)灌排模式，但對(duì)于不同灌排模式下稻田的應(yīng)用研究較少?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】采用Morris 方法對(duì)DRAINMOD 模型的水氮運(yùn)移參數(shù)進(jìn)行靈敏度分析，利用DRAINMOD 模擬不同灌排模式稻田水氮?jiǎng)討B(tài)變化規(guī)律，探討DRAINMOD模型在水稻不同灌排模式下的適用性，以期為我國(guó)南方稻作區(qū)灌排實(shí)踐提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況及農(nóng)藝措施

試驗(yàn)研究于2017年和2018年6―10月在漣水縣水利科學(xué)研究站的試驗(yàn)大田完成，試驗(yàn)區(qū)位于江蘇省淮安市漣水縣朱碼鎮(zhèn)王二莊村境內(nèi)，地理坐標(biāo)東經(jīng)119°16′，北緯33°50′，屬于亞熱帶濕潤(rùn)性氣候區(qū)，多年平均氣溫14.4 ℃，年降水979.1 mm，降水量時(shí)程分布不均，汛期降水量占全年降水量比重較大，年均蒸發(fā)1 385.4 mm，年均日照時(shí)間2 280 h，年均無(wú)霜期240 d。試驗(yàn)區(qū)0～100 cm 土層土壤為壤土，土壤體積質(zhì)量為1.42 g/cm3，pH 值為6.82，田間持水率為27.9%（質(zhì)量），有機(jī)質(zhì)量為2.19%，全氮量、全磷量分別為0.98、1.12 g/kg，速效氮量為21.5 mg/kg。采用格田小區(qū)試驗(yàn)，格田規(guī)格為90 m×27 m，格田田埂高30 cm以上，底部寬40 cm，上部寬30 cm，除農(nóng)溝一側(cè)的田埂外，格田周邊嵌入50 cm 的薄膜并覆蓋至田梗，避免了各小區(qū)間水位影響。試驗(yàn)區(qū)布置見(jiàn)圖1。

圖1 試驗(yàn)區(qū)布置 Fig.1 The layout of the test area

供試水稻品種為兩優(yōu)9918，該品種株型松緊適中，群體整齊，莖稈堅(jiān)韌，葉色淡綠，葉片內(nèi)卷挺直，熟期落色好，抗病蟲害性能較好，耐高溫能力強(qiáng)。該品種有效穗數(shù)241.5 萬(wàn)穗/hm2，穗總粒數(shù)175.7粒，結(jié)實(shí)率85.5%，千粒質(zhì)量27.5 g，株高可達(dá)122.7 cm 左右，全生育期平均為130.8 d，多年平均產(chǎn)量為597.1 kg。水稻農(nóng)藝措施見(jiàn)表1，復(fù)合肥N、P、K 質(zhì)量比為15∶15∶15，尿素含氮量為46.4%。

表1 2017―2018年水稻農(nóng)藝措施 Table 1 Agronomic measures of rice in 2017―2018

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

考慮到南方地區(qū)水稻生長(zhǎng)期與汛期同季，控制灌排模式可以在保持較低灌水下限的同時(shí)，提高雨后蓄水上限，擴(kuò)大稻田的儲(chǔ)水庫(kù)容，達(dá)到充分利用天然降水，減少灌排水頻率、灌排定額和氮磷排放量，并依據(jù)前人連續(xù)幾年的試驗(yàn)結(jié)果[7,23,24]及江蘇省水稻節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范，各處理水位調(diào)控方案見(jiàn)表2。

表2 各處理農(nóng)田水位調(diào)控方案 Table 2 Water control program of each treatment

選取水稻分蘗期、拔節(jié)孕穗期、抽穗開花期和乳熟期4 個(gè)生育階段進(jìn)行控水試驗(yàn)，共3 個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)3 個(gè)重復(fù)。傳統(tǒng)灌排（CK）農(nóng)田水位達(dá)到灌水下限值-20 cm 立即灌水至6 cm，雨后水層深度超過(guò)6 cm 即排水?？刂乒嗯欧譃檩p旱控排（LCID）和重旱控排（HCID），LCID 達(dá)到灌水下限值-20 cm 立即灌水至6 cm，分蘗期雨后水層深度超過(guò)10 cm 即排水，其他生育期雨后水層深度超過(guò)20 cm 即排水；HCID 達(dá)到灌水下限值-50 cm 立即灌水至6 cm，雨后排水方式與LCID 相同。

1.3 試驗(yàn)觀測(cè)指標(biāo)及方法

1）氣象資料。由田間試驗(yàn)小區(qū)附近的自動(dòng)氣象站收集，主要包括降雨時(shí)間、降雨歷時(shí)及降雨量和大氣溫度、大氣壓強(qiáng)、大氣相對(duì)濕度、風(fēng)速、水面蒸發(fā)量、有效輻射量等。

2）農(nóng)田水位。每天09:00 對(duì)農(nóng)田水位進(jìn)行觀測(cè)。當(dāng)農(nóng)田地面有水層時(shí)，通過(guò)豎尺在固定觀測(cè)點(diǎn)測(cè)量農(nóng)田地面水層深度。無(wú)水層時(shí)，通過(guò)在試驗(yàn)田塊中間等距離安裝的3 個(gè)地下水位觀測(cè)井記錄各小區(qū)農(nóng)田水位的埋深。

3）灌水量。通過(guò)在農(nóng)渠上安裝的三角量水堰測(cè)定各格田灌溉水量。

4）排水量。采用水位差法，記錄排水前后格田水層深度，根據(jù)二者差值計(jì)算排泄水量，其中當(dāng)降雨引起的徑流時(shí)應(yīng)加上排水時(shí)段內(nèi)的降雨量，日內(nèi)發(fā)生多次排水按1 次計(jì)算。

5）水樣提取及分析。在格田小區(qū)選擇4 個(gè)取樣點(diǎn)，地表水用塑料注射器不擾動(dòng)土層分別在水面、1/2水深、底部取水，混合裝入采樣瓶，一般5～7 d 取1 次水樣，但施肥后以及暴雨后1 周內(nèi)隔日取樣；滲漏水通過(guò)地下水觀測(cè)井，深度為1.5 m，井管底部密封，管壁打孔并用無(wú)紡布過(guò)濾，井口加蓋防雨。取樣時(shí)先用真空泵清空井內(nèi)積水，1～2 h 后吸取井管中滲漏水，取樣頻率同地表水。排水時(shí)在排水出口取水，每30 min 取1 次，當(dāng)產(chǎn)流均勻時(shí)可適當(dāng)延長(zhǎng)步長(zhǎng)。所有水樣采樣后貼好標(biāo)簽，并進(jìn)行冷藏（3 ℃）處理，在24 h 內(nèi)進(jìn)行水質(zhì)分析。水樣中銨態(tài)氮、硝態(tài)氮分別采用絮凝沉淀納氏試劑光度法、紫外分光光度法，所用儀器主要為UV2800 島津紫外分光光度儀。

2 模型原理及主要參數(shù)

2.1 模型原理

DRAINMOD 模型以簡(jiǎn)單的土壤剖面范圍內(nèi)水平衡原理為基礎(chǔ)來(lái)描述農(nóng)田水文變化過(guò)程，可以準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)出農(nóng)田水位、地表徑流和地下排水量以及作物產(chǎn)量等。在時(shí)間增量Δt內(nèi)，土壤水量平衡方程可表示為：

式中：ΔV為土體水量的變化量（cm）；D為側(cè)向排水量（cm）；ET為蒸發(fā)蒸騰量（cm）；DS為深層滲漏量（cm）。

在單元Δt時(shí)段內(nèi)，地表水量平衡方程為：

式中：ΔS為地表蓄水量的變化量（cm）；P為降雨量（含灌水量）（cm）；F為入滲量（cm）；RO為地表徑流量（cm）。

DRAINMOD 模型可以用于模擬濕潤(rùn)地區(qū)淺水位條件下農(nóng)田非飽和區(qū)（一維，垂向）及飽和區(qū)（二維，垂向和側(cè)向）的土壤水和氮素轉(zhuǎn)化運(yùn)移，模型采用多相一維對(duì)流彌散方程表達(dá)式來(lái)模擬計(jì)算農(nóng)田中的氮素運(yùn)移，并用一階有限差分法求解。多相一維對(duì)流彌散方程式為：

式中：θa為土壤液相體積分?jǐn)?shù)；θg為土壤氣相體積分?jǐn)?shù)；ρb為土壤固相干體積質(zhì)量（M/L3）；Ca為某種形式氮素液相濃度（M/L3）；Cg為某種氮素形式氣相濃度（M/L3）；Cs為某種形式氮素固相濃度（M/M）；Da為水動(dòng)力擴(kuò)散系數(shù)（L2/T）；dg為分子擴(kuò)散系數(shù)；Va液相體積通量；S為源匯項(xiàng)；t為時(shí)間（T）；z為空間坐標(biāo)（L）。

表3 土壤參數(shù)和排水參數(shù) Table 3 Main input parameters of soil and drainage

表4 氮素參數(shù) Table 4 Nitrogen parameters

2.2 模型參數(shù)

土壤參數(shù)通過(guò)入滲試驗(yàn)、野外鉆孔法、環(huán)刀法等方法測(cè)定。由于原系統(tǒng)針對(duì)的是暗管排水，在應(yīng)用于明溝排水時(shí)需要進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)調(diào)整，排水深度和排水間距試驗(yàn)測(cè)定；排水管有效半徑和地面到不透水層深度通過(guò)模型率定；由于土壤質(zhì)地和試驗(yàn)條件相似，排水系數(shù)和Kirkham積水深度參考文獻(xiàn)[25]確定。氮素相關(guān)參數(shù)通過(guò)模型率定和參考文獻(xiàn)[26-27]確定。作物參數(shù)有效根系深度根據(jù)2017年和2018年實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)以及相關(guān)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)定。模型初始參數(shù)見(jiàn)表3—表5。采用2017年試驗(yàn)觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行參數(shù)率定、2018年數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行驗(yàn)證。

表5 作物參數(shù) Table 5 Growth parameters

3 模型參數(shù)敏感性分析

3.1 模型參數(shù)選擇及分布

敏感性分析分為局部敏感性及全局敏感性，其中全局敏感性考慮了參數(shù)之間的相互影響，更加適用于DRAINMOD 模型。將參數(shù)設(shè)定為均勻分布，其參數(shù)分布范圍參考文獻(xiàn)[25]，具體見(jiàn)表6。

表6 模型參數(shù)服從的分布 Table 6 Obedient probability distribution of model parameters

水分運(yùn)移模擬中水位變化選擇通過(guò)衡量模擬值與觀測(cè)值的擬合程度進(jìn)而評(píng)估參數(shù)敏感性，即Nash Sutcliffe 效率（Nash）、相對(duì)誤差總量RE以及相關(guān)系數(shù)CC，計(jì)算式為：

式中：Qi為農(nóng)田水位實(shí)測(cè)值（cm）；Mi為農(nóng)田水位模擬量（cm）；n為模擬次數(shù)；為農(nóng)田水位實(shí)測(cè)平均值（cm）；為農(nóng)田水位模擬平均值（cm）。

其他參數(shù)采用定性分析的Morris 法[28]進(jìn)行敏感性分析，該方法通過(guò)參數(shù)變化效應(yīng)的平均值μ和標(biāo)準(zhǔn)差σ來(lái)判斷參數(shù)的敏感性，其中μ值反映參數(shù)敏感性大小，μ值越大，代表參數(shù)對(duì)模型輸出結(jié)果的影響越大；σ值反映參數(shù)間交互作用的大小或者表示參數(shù)為非線性影響，σ值越大，代表參數(shù)交互作用越大。

3.2 水分運(yùn)移模擬敏感性分析

對(duì)于選取的水分運(yùn)移參數(shù)，依據(jù)Morris 方法共進(jìn)行20 次抽樣，得到100 組模型參數(shù)的抽樣樣本，運(yùn)行模型得出各個(gè)參數(shù)的靈敏度，結(jié)果如圖2 所示。

由目標(biāo)函數(shù)均值μ可以得出，I.L對(duì)模型農(nóng)田水位輸出結(jié)果影響最小，De影響最大，三層側(cè)向飽和導(dǎo)水率在不同目標(biāo)函數(shù)上有所區(qū)別，但Ksat2影響最大，尤其在Nash和CC上響應(yīng)較明顯；對(duì)于地表排水量和地下滲漏量，Ksat2與De的影響最大，I.L影響最小。

圖2 水文參數(shù)均值與標(biāo)準(zhǔn)差散點(diǎn) Fig.2 Mean value and standard value of hydrological parameters

由目標(biāo)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差σ可以得出，整體呈現(xiàn)出“山谷”型，De受其他參數(shù)的影響（或非線性作用）最為明顯，而Ksat2基本不受其他參數(shù)的影響；對(duì)于地表排水量和地下滲漏量，I.L處于較高水平，De和Ksat2受其他因素影響較小。

3.3 氮素運(yùn)移模擬敏感性分析

對(duì)于選取的氮素運(yùn)移參數(shù)，依據(jù)Morris方法共進(jìn)行20次抽樣，采樣220組數(shù)據(jù)得到220組模型參數(shù)的抽樣樣本，運(yùn)行模型得出各個(gè)參數(shù)的靈敏度，如圖3所示。

由目標(biāo)函數(shù)均值μ可以得出，對(duì)于地表銨態(tài)氮徑流損失，λ對(duì)輸出結(jié)果的影響最明顯，因?yàn)閿U(kuò)散是銨態(tài)氮運(yùn)移的主要機(jī)理，當(dāng)銨態(tài)氮垂向運(yùn)移距離較短時(shí)會(huì)導(dǎo)致較多的銨態(tài)氮通過(guò)徑流方式排出，其次為Toptdec，因?yàn)楫?dāng)土壤溫度與分解溫度相近時(shí)，有利于有機(jī)質(zhì)分解為銨態(tài)氮；對(duì)于地表硝態(tài)氮徑流損失，反硝化反應(yīng)起主導(dǎo)作用，反硝化參數(shù)Vmaxden、Kmden、Toptden對(duì)輸出結(jié)果影響最大，有機(jī)質(zhì)分解參數(shù)Toptdec、Kdeca、Kdecs影響最??；對(duì)于地下銨態(tài)氮滲漏損失，輸出結(jié)果基本只受到有機(jī)質(zhì)分解和硝化反應(yīng)參數(shù)影響，依次為Kmnit、Toptdec、Vmaxnit、Kdeca、Topt-nit、Kdecs；對(duì)于地下硝態(tài)氮滲漏損失，輸出結(jié)果基本只受到硝化反應(yīng)及反硝化反應(yīng)參數(shù)影響，依次為Vmaxden＞Kmnit＞Vmaxnit＞Kmden＞Toptden＞Toptnit。

由目標(biāo)函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差σ可以得出，整體呈“山峰”型趨勢(shì)，地表銨態(tài)氮徑流損失參數(shù)Toptdec、Toptnit、Kdeca、λ相互影響較大；地表硝態(tài)氮徑流損失參數(shù)中僅Kmden略受其他參數(shù)影響；地下銨態(tài)氮滲漏損失Toptnit和Kdeca相互影響較大；地下硝態(tài)氮滲漏損失Kmnit受其他參數(shù)影響大。

圖3 氮素參數(shù)均值與標(biāo)準(zhǔn)差散點(diǎn) Fig.3 Mean and standard values of nitrogen

圖4 農(nóng)田水位變化模擬值和實(shí)測(cè)值對(duì)比 Fig.4 Simulated and measured values of farmland water level

表7 農(nóng)田水位擬合性能 Table 7 Fitting performance of farmland water level

4 模擬結(jié)果與分析

4.1 不同灌排模式下稻田水分動(dòng)態(tài)

各處理農(nóng)田水位變化模擬值和實(shí)測(cè)值對(duì)比如圖4所示。從圖4 可以看出，實(shí)測(cè)的農(nóng)田水位與模型模擬結(jié)果之間吻合較好，模擬結(jié)果能較好地反映田間農(nóng)田水位的變化情況。其中，正水位模擬程度較好，但負(fù)水位（即水位低于土壤表面）則模擬結(jié)果存在較大差別，但屬于可接受范圍。由表7 可以得出，農(nóng)田水位擬合性能參數(shù)Nash在0.81～0.97 之間，均大于0.8，模擬效果較好；Re絕對(duì)值在0.01～0.53 之間，且主要為地下水位模擬誤差；CC在0.86～0.98 之間，模擬值與實(shí)測(cè)值變化趨勢(shì)較為一致。

不同灌排模式灌排水量模擬值和實(shí)測(cè)值見(jiàn)表7。各處理灌水量和排水量模擬值與實(shí)際值差別小于10%，模擬效果較好。與CK 相比，2017年LCID 和HCID 灌水量分別減少16.1%、37.1%，排水量分別減少68.6%、72.6%；2018年LCID 和HCID 灌水量分別減少9.7%、26.2%，排水量分別減少33.0%、41.9%。說(shuō)明控制灌排模式通過(guò)合理調(diào)蓄雨水資源，減少稻田排水次數(shù)和排水量，對(duì)于節(jié)約灌溉用水有重要意義。而HCID 與LCID 相比，灌水量更少，說(shuō)明節(jié)水省工效果更加顯著。

4.2 不同灌排模式下稻田氮素動(dòng)態(tài)

各處理氮素徑流損失累計(jì)量如圖5 所示。從整體趨勢(shì)看，各處理模擬值與實(shí)測(cè)值在前期徑流損失量較大，在移栽后幾天發(fā)生較大變化是由于生育前期連續(xù)遇雨，而返青期和分蘗初期需要保持淺水層，因此地表排水量較大，且此時(shí)基肥的施入引起地表水中氮素濃度較高。其中，CK 徑流損失量最大，主要是由于前期排水量較多，而控制灌排攔蓄雨水，減少了氮素的排放。與實(shí)測(cè)值相比，銨態(tài)氮徑流損失模擬較好，雖然在2018年存在些許差異，主要是由于排水影響，而非氮素濃度導(dǎo)致，硝態(tài)氮徑流損失模擬存在較大差別。

圖5 氮素徑流損失累計(jì)量 Fig.5 Cumulative nitrogen runoff loss

氮素徑流損失累計(jì)總量模擬值與實(shí)測(cè)值對(duì)比見(jiàn)表8。各處理氮素徑流損失累計(jì)總量模擬值與實(shí)際值差別小于20%，模擬效果較好。從銨態(tài)氮徑流損失累計(jì)總量看，銨態(tài)氮模擬值與實(shí)際值相差不大，且與地表排水量模擬值變化情況保持一致；硝態(tài)氮徑流損失累計(jì)總量在2017年各處理均有一定程度的升高，而2018年CK 模式下有所降低，這主要是模型對(duì)排水中硝態(tài)氮質(zhì)量濃度模擬存在偏差所致。與CK 相比，2017年LCID 和HCID 銨態(tài)氮徑流損失累計(jì)總量分別減少41.2%、45.0%，硝態(tài)氮徑流損失累計(jì)總量分別減少49.6%、53.1%；2018年LCID 和HCID 銨態(tài)氮徑流損失累計(jì)總量分別減少43.6%、47.4%，硝態(tài)氮徑流損失累計(jì)總量分別減少29.8%、32.8%。說(shuō)明控制灌排模式約束了地表水高質(zhì)量濃度氮素時(shí)期的稻田排水，實(shí)現(xiàn)了減排控污的目標(biāo)。

表8 不同處理氮素徑流損失累計(jì)總量 Table 8 Fitting performance of nitrogen runoff loss

5 討 論

模型參數(shù)的合理選取對(duì)于模擬結(jié)果的精確性起到關(guān)鍵作用，而大多數(shù)參數(shù)是依靠試驗(yàn)數(shù)據(jù)率定間接取得的，采用靈敏度分析來(lái)評(píng)價(jià)各個(gè)參數(shù)的不確定性對(duì)模擬結(jié)果的影響，確定出比較敏感的參數(shù)，有針對(duì)性地對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和調(diào)節(jié)，從而選取合理的模型參數(shù)[29]。通過(guò)DRAINMOD 模型進(jìn)行模擬時(shí)，20～40 cm 土層側(cè)向飽和導(dǎo)水率Ksat2的變化對(duì)稻田水分運(yùn)移結(jié)果影響較大，但與其他參數(shù)相互作用不明顯，進(jìn)行模擬輸入時(shí)，可配合其他參數(shù)在適當(dāng)范圍內(nèi)進(jìn)行微調(diào)，來(lái)保證模擬精度。不透水層深度I.L和排水管有效管徑De極易受其他參數(shù)影響，故其初始輸入值的精度直接影響模型的模擬效果。銨態(tài)氮模擬的準(zhǔn)確性取決于彌散系數(shù)、硝化反應(yīng)參數(shù)、有機(jī)質(zhì)適宜分解溫度，硝態(tài)氮模擬的準(zhǔn)確性取決于反硝化參數(shù)和硝化參數(shù)[19,21]，應(yīng)該加強(qiáng)試驗(yàn)手段保證現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的精度。

DRAINMOD 模型進(jìn)行模擬計(jì)算時(shí)，當(dāng)農(nóng)田水位為負(fù)值時(shí)，模擬值與實(shí)測(cè)值之間存在較大偏差，這可能是因?yàn)榈叵滤惠^淺時(shí)，土壤水力學(xué)特性對(duì)地下水位的預(yù)測(cè)比較敏感[14]，因此模擬效果存在偏差，但并未顯著影響到灌水及灌水后地表水層深度。與采用 HYDRUS-1D 模型模擬稻田中水分運(yùn)移的研究相比較[24]，DRAINMOD 模型表現(xiàn)良好。銨態(tài)氮模擬值與實(shí)際值相差不大，且與地表排水量模擬值變化情況保持一致，說(shuō)明銨態(tài)氮徑流負(fù)荷損失模擬偏差主要是由排水量所引起的。而DRAINMOD 模型低估了生育前期排水中硝態(tài)氮濃度，高估了中后期硝態(tài)氮濃度，使得曲線呈現(xiàn)差別，還需進(jìn)一步研究。

本研究對(duì)不同灌排模式下灌排水量和氮素徑流負(fù)荷進(jìn)行模擬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)控制灌排模式將水稻控制灌溉技術(shù)與控制排水相結(jié)合，較傳統(tǒng)灌排模式，可高效利用養(yǎng)分和水分，充分發(fā)揮稻田的濕地效應(yīng)，減少灌排水量和稻田氮磷污染物負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)節(jié)水減排的目標(biāo)，與前人研究結(jié)果[28]一致。同時(shí)，已有研究發(fā)現(xiàn)控制灌排通過(guò)調(diào)控稻田水分狀況，可以實(shí)現(xiàn)水稻高產(chǎn)，與傳統(tǒng)灌排相比，減產(chǎn)少于10%，且差異不顯著[7,30-31]。但是，對(duì)水稻田來(lái)說(shuō)，由于田間環(huán)境有很大差異，稻作區(qū)的溝、田水體具有相互影響、協(xié)同控制的特點(diǎn)，DRAINMOD 模型對(duì)于不同灌排模式的適用性需要進(jìn)一步在不同田間尺度、不同水文年型和不同地理分區(qū)中進(jìn)行檢驗(yàn)與推廣。

6 結(jié) 論

1）20～40 cm 土層側(cè)向飽和導(dǎo)水率Ksat2對(duì)稻田水分運(yùn)移模擬結(jié)果影響最為明顯，同時(shí)各個(gè)參數(shù)間存在非線性作用，以不透水層深度I.L和排水管有效管徑De受其他參數(shù)影響最為明顯；彌散系數(shù)λ、硝化反應(yīng)參數(shù)（Kmnit、Vmaxnit、Toptnit）、有機(jī)質(zhì)適宜分解溫度Toptdec對(duì)稻田銨態(tài)氮運(yùn)移模擬結(jié)果影響較大；反硝化參數(shù)（Vmaxden、Kmden、Toptden）和硝化參數(shù)（Kmnit、Vmaxnit、Toptnit）對(duì)稻田硝態(tài)氮運(yùn)移模擬結(jié)果影響較大。

2）DRAINMOD 模型能夠較好模擬不同灌排模式的稻田水位，擬合度在正水位時(shí)較高，但在負(fù)水位時(shí)較低；DRAINMOD 模型能夠較好地模擬不同灌排模式氮素運(yùn)移，其中銨態(tài)氮的擬合度較好?？刂乒嗯拍Ｊ酵ㄟ^(guò)合理調(diào)蓄雨水資源，約束地表水高濃度氮素時(shí)期的稻田排水，可以實(shí)現(xiàn)節(jié)水減排的目的。