徐云強(qiáng)，蘇保林*，王紅旗，喬 飛，雷 坤，何璟嫕，李麗芬

（1.北京師范大學(xué)水科學(xué)研究院 城市水循環(huán)與海綿城市技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100875；2.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京100012）

我國(guó)非點(diǎn)源污染引發(fā)嚴(yán)重的環(huán)境問題，且隨著我國(guó)點(diǎn)源污染的治理進(jìn)程的逐步進(jìn)行，非點(diǎn)源污染引起的水環(huán)境問題日益凸顯[1-3]。近年來(lái)，越來(lái)越多的觀點(diǎn)認(rèn)為，非點(diǎn)源污染尤其是農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染，是我國(guó)水質(zhì)管理中的關(guān)鍵[4-6]。從流域?qū)用鎭?lái)看，在太湖、巢湖和滇池等流域，至少50%的水體污染負(fù)荷由非點(diǎn)源貢獻(xiàn)[7]。2007年太湖藍(lán)藻污染事件讓太湖的生態(tài)環(huán)境問題成為世界關(guān)注的問題[8]，對(duì)太湖水質(zhì)進(jìn)行治理的2007至2016十年間，太湖平均營(yíng)養(yǎng)指數(shù)為60.8～62.3，太湖水質(zhì)始終以中度富營(yíng)養(yǎng)水平為主[9]，未得到根本改善，做好太湖治污、防污工作仍舊任重道遠(yuǎn)。太湖地區(qū)作為我國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地之一，主要采用稻麥輪作雙季種植模式，進(jìn)行集約化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，主要特點(diǎn)是高投入、高產(chǎn)出[10]。太湖流域農(nóng)田肥料年用量平均為氮肥 570～600 kg·hm-2，磷肥 79.5～99 kg·hm-2，化肥平均利用率僅為30%～35%[11-12]。過(guò)量的化肥施用增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)投入，容易使得土壤中氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)大量流失，造成地表水污染、水體富營(yíng)養(yǎng)化、地下水污染和非點(diǎn)源污染等一系列環(huán)境問題[13-16]，并會(huì)增加農(nóng)田土壤溫室氣體排放[17]。水稻是太湖流域的主要種植作物，水稻生長(zhǎng)期間通常保持田面蓄水，水稻田由降雨產(chǎn)流或者人工管理措施排水造成的農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染不容忽視。

試驗(yàn)點(diǎn)水稻田水量平衡的研究方法主要有徑流池法、同步觀測(cè)法和基于降雨-水位同步觀測(cè)的水稻田原位觀測(cè)方法。徑流池法和同步觀測(cè)法在稻田水量平衡分析和非點(diǎn)源污染負(fù)荷計(jì)算中已有大量應(yīng)用[18-19]，但徑流池法適用于具有單一出水口的稻田，且需要建造徑流池，同步觀測(cè)法要求水稻田的出水口固定且唯一，多用于試驗(yàn)站的觀測(cè)，對(duì)于野外具有多出水口的實(shí)際水稻田，兩個(gè)方法均有很大的局限性[20]?；诮涤?水位同步觀測(cè)的水稻田原位觀測(cè)方法[20-22]，在不改變野外水稻田原有出流特征和農(nóng)業(yè)管理措施的條件下，現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)計(jì)算水稻田徑流污染流失情況。同時(shí)，基于降雨、水位可對(duì)水稻田的灌溉、產(chǎn)流進(jìn)行識(shí)別。因此，本研究在試驗(yàn)點(diǎn)水稻田采集降雨、水位、水質(zhì)同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用基于降雨-水位原位觀測(cè)方法（方法一）和基于降雨-水位的灌溉、產(chǎn)流識(shí)別方法（方法二）對(duì)水稻田分別進(jìn)行水量平衡分析和徑流污染負(fù)荷計(jì)算，得到兩種計(jì)算方法的水稻田灌溉水量、徑流水量及徑流污染輸出系數(shù)，對(duì)兩種方法計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析并相互驗(yàn)證，以得到計(jì)算水稻田水量平衡和徑流污染負(fù)荷的準(zhǔn)確方法，為準(zhǔn)確、方便計(jì)算出水口不固定實(shí)際水稻田的徑流污染負(fù)荷提供依據(jù)和數(shù)據(jù)支持，并以期科學(xué)指導(dǎo)水稻田水肥管理。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

宜興地處江蘇省南端、長(zhǎng)江下游南岸，太湖流域湖西區(qū)水網(wǎng)平原，屬于北亞熱帶南部季風(fēng)氣候，多年平均降雨量為1197 mm，多年平均氣溫為15.6℃。殷村港長(zhǎng)20.3 km，河道斷面平均寬45 m，屬于洮、滆、太水系，西起滆湖，在竺山匯入太湖，是為了泄洪而開挖的人工運(yùn)河，年平均徑流總量達(dá)11億m3，是太湖西岸主要入湖河流之一[23-25]。2003—2007年，江蘇省15條太湖入湖河流中，殷村港污染物排放量最大，其NH+4-N、TN和TP的入湖量分別占江蘇環(huán)湖入湖污染物量的20.1%、17.8%和19.7%[26]。

試驗(yàn)點(diǎn)水稻田為江蘇省宜興市的野外水稻田，位于殷村港入太湖下游的周鐵鎮(zhèn)，地理位置見圖1。水稻田采用直播水稻方式，灌溉模式為間歇灌溉，屬于干濕交替節(jié)水灌溉模式，水稻田一次灌水后，田面水水層變淺至低水位甚至到無(wú)水狀態(tài)后，再進(jìn)行下一次灌溉，在保證水稻生長(zhǎng)的同時(shí)，周期循環(huán)灌溉，灌溉周期為5～7 d左右。試驗(yàn)點(diǎn)水稻田水位變化過(guò)程線及水稻生長(zhǎng)時(shí)期劃分見圖2。

試驗(yàn)田基本管理措施為，在6月上旬播種，10月末收割，水稻生長(zhǎng)期近150 d。現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)間為2017/06/26至2017/10/14，計(jì)111 d，其中06/26至07/02為幼苗期，07/03至07/31為分蘗期，08/01至09/13為拔節(jié)孕穗期（其中09/06—09/13為抽穗揚(yáng)花期），09/14至10/14為成熟期。水稻田底肥施用復(fù)合肥（16%、16%、16%）30 kg，分蘗初期施用尿素追肥12.5 kg，拔節(jié)孕穗期初期施用穗肥復(fù)合肥（16%、0%、12%）30 kg。

1.2 數(shù)據(jù)收集

水稻生長(zhǎng)期間采集水稻田水位信息和降雨信息。試驗(yàn)點(diǎn)水稻田塊較平整，在試驗(yàn)田進(jìn)水口一側(cè)靠近田埂處安裝L99-WL水位記錄儀，儀器探頭距離底部淤泥約20 mm處，定期檢測(cè)以防止探頭被阻塞而影響記錄，水位計(jì)高度在整個(gè)水稻生長(zhǎng)監(jiān)測(cè)期內(nèi)位置不變，設(shè)定儀器記錄間隔為30 min。在試驗(yàn)田附近按要求安裝L99-YL雨量記錄儀1臺(tái)，采集降雨過(guò)程數(shù)據(jù)，設(shè)定儀器記錄間隔為10 min。

水稻監(jiān)測(cè)期內(nèi)，在試驗(yàn)點(diǎn)水稻田距離水位記錄儀1 m左右定點(diǎn)采集水樣，每周定期采樣2次，水樣采集后運(yùn)送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)。檢測(cè)指標(biāo)包括：TN-N、、TP、和CODMn。TN測(cè)定采用堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定采用水楊酸分光光度法，測(cè)定采用酚二磺酸分光光度法，TP測(cè)定采用鉬酸銨分光光度法采用抗壞血酸還原-磷鉬藍(lán)比色法，CODMn測(cè)定采用酸性高錳酸鉀法。

圖1 試驗(yàn)點(diǎn)水稻田地理位置Figure 1 Geographic position of the study paddy field

圖2 水稻田生長(zhǎng)期劃分、水位變化過(guò)程線和降雨分布Figure 2 Growing period division，water depth and precipitation hydrograph of the paddy field

1.3 水稻田水量平衡分析

1.3.1 基于降雨-水位原位觀測(cè)方法

判斷水稻田發(fā)生徑流污染的前提是水稻田田面水發(fā)生出流，流出的田面水即會(huì)造成徑流污染。水稻水量平衡的主要影響因素包括：降雨量、蒸散發(fā)滲漏損失、灌溉水量和徑流水量。水稻田水量變化通過(guò)水位變化體現(xiàn)，我們可以建立水稻田水量平衡公式，如

式（1）[27]：

式中：ΔH為水稻田水位變化量，mm；P為日降雨量，mm；Rin為水稻田人工灌溉水量，mm；（E+F）為蒸散發(fā)和滲漏損失量，mm；Rout為水稻田出流水量，mm。

根據(jù)水量平衡公式（1），通過(guò)降雨量、田面水水位、蒸散發(fā)和滲漏損失量計(jì)算前后兩日水位變化量，由此判斷徑流量，如式（2）[20，22]：

式中，Pi為第i日降雨量，mm；（Ei+Fi）為第i日蒸散發(fā)和滲漏損失量，mm；Hi為第i日水稻田水位，mm；Hi+1為第i+1日水稻田水位，mm；ΔRi為水稻田第i日的農(nóng)田進(jìn)水量和出水量之差，mm；Rout，i為水稻田第i日的農(nóng)田出水量，mm；Rin，i為水稻田第i日的農(nóng)田進(jìn)水量，mm。

∑Rout，i為水稻田生長(zhǎng)季的徑流總量，mm；∑Rin，i為水稻田生長(zhǎng)季總灌溉水量，mm。

1.3.2 基于降雨-水位的灌溉、產(chǎn)流識(shí)別方法

水稻田水量變化包括入流水量和消耗水量，水稻田入流水量包括自然降雨和人工灌溉，水稻田消耗水量包括蒸散發(fā)滲漏損失量和徑流水量，徑流水量包括人工排水產(chǎn)流量、降雨產(chǎn)流量和回歸流產(chǎn)流量。

（1）水稻田入流水量

水稻田進(jìn)水量主要包括人工灌溉和降雨，降雨量可通過(guò)雨量計(jì)測(cè)量得到，∑Pi為水稻田生長(zhǎng)季的總降雨量。人工灌溉水稻田時(shí)，水位過(guò)程線會(huì)出現(xiàn)明顯的上升拐點(diǎn)，灌溉結(jié)束時(shí)達(dá)到此次最高灌溉水位，之后水位逐步下降，典型的水稻田人工灌溉水位變化過(guò)程線見圖3，人工灌溉前后水位差即為人工灌溉水量，見公式（3）：

式中，Hp為人工灌溉結(jié)束時(shí)刻最高水位，mm；Hq為人工灌溉開始時(shí)刻前水位，mm；Il為此次人工灌溉水量mm。

∑Il為水稻田生長(zhǎng)季的總?cè)斯す喔人?，mm。

（2）水稻田徑流水量

水稻田產(chǎn)流主要包括人工排水、降雨產(chǎn)流和灌溉回歸流。水稻不同生長(zhǎng)時(shí)期對(duì)水位有不同要求，如果水稻田內(nèi)水位過(guò)深，需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜斯づ潘?。人工排水時(shí)，水位過(guò)程線出現(xiàn)較明顯的下降拐點(diǎn)，水位快速降低，見圖4，人工排水前后水位差即為排水量，見公式（4）：

式中：Hm為人工排水開始時(shí)刻水位，mm；Hn為人工排水結(jié)束時(shí)刻水位，mm；Dj此次人工排水量，mm。

∑Dj為水稻田生長(zhǎng)季的總?cè)斯づ潘浚琺m。

最低田埂高度是決定水稻田是否產(chǎn)流的重要指標(biāo)，可通過(guò)水稻田水位和最低田埂的差值計(jì)算水稻田產(chǎn)流量。降雨時(shí)，水位過(guò)程線呈上升趨勢(shì)，如果降雨量過(guò)大，則水稻田內(nèi)水位超過(guò)最低田埂高度發(fā)生溢流現(xiàn)象，造成徑流污染，典型降雨時(shí)水位變化過(guò)程線如圖5。當(dāng)水稻田水位達(dá)到最低田埂高度產(chǎn)流后，如果降雨持續(xù)，則水稻田水位基本維持在最低田埂高度的深度，由此可判斷水稻田最低田埂高度（Ht），見圖5。水稻田水位升高達(dá)到最低田埂高度時(shí)刻起，至水稻田水位降低到最低田埂高度時(shí)刻止，此段時(shí)間內(nèi)的降雨為降雨產(chǎn)流，見公式（5）：

圖3 人工灌溉時(shí)水位變化Figure 3 Water depth hydrograph with an artificial irrigation

圖4 人工排水時(shí)水位變化過(guò)程線Figure 4 Water depth hydrograph with an artificial drainage

式中：ΔRk為場(chǎng)次降雨的降雨產(chǎn)流量，mm；Pk為場(chǎng)次降雨中水稻田水位升高達(dá)到最低田埂高度時(shí)刻降雨量，mm；Pk+1為場(chǎng)次降雨中水稻田水位升高至最低田埂高度后下一時(shí)刻降雨量，mm；Pz為場(chǎng)次降雨中水稻田水位降低至最低田埂高度時(shí)刻降雨量，mm。

∑ΔRk為水稻田生長(zhǎng)季降雨產(chǎn)流場(chǎng)次的總降雨產(chǎn)流量。

人工灌溉時(shí)，水稻田水位快速升高，水位在開始灌溉時(shí)刻出現(xiàn)較明顯的上升灌溉拐點(diǎn)，逐漸至最高灌溉水位，之后水位逐漸下降，見圖3。過(guò)量灌溉也可造成水稻田回歸流產(chǎn)流，即如果灌溉水量過(guò)大使田面水水位超過(guò)最低田埂高度，發(fā)生溢流現(xiàn)象。灌溉過(guò)程中，水稻田水位升高達(dá)到最低田埂高度時(shí)刻起，至此次灌溉水稻田達(dá)到的最高水位時(shí)刻止，此段時(shí)間內(nèi)的灌溉水量為灌溉回歸流產(chǎn)流，見公式（6）：

式中：ΔRw為場(chǎng)次灌溉時(shí)的回歸流產(chǎn)流量，mm；Hx為人工灌溉水稻田水位升高達(dá)到最低田埂高度時(shí)刻時(shí)水位，mm；Hy為此次灌溉水稻田達(dá)到的最高水位,mm；Ht為最低田埂高度，mm。

∑ΔRw為水稻田生長(zhǎng)季灌溉場(chǎng)次的總灌溉回歸流產(chǎn)流量。

1.4 蒸散發(fā)滲漏損失分析

水稻生長(zhǎng)季內(nèi)記錄的水位變化過(guò)程線能很好地反映試驗(yàn)水稻田的水量變化過(guò)程。根據(jù)水稻田水量平衡的主要影響因素，在沒有降雨和人工管理措施（人工灌溉和人工排水）干預(yù)的情況下，水稻田水位變化僅由蒸散發(fā)和滲漏損失造成，水位呈平穩(wěn)下降趨勢(shì)，得到簡(jiǎn)化的水量平衡公式（7）：

因此，可以選定這樣的水位過(guò)程線擬合求解得到1 d或連續(xù)幾天內(nèi)的蒸散發(fā)滲漏損失量。在有降雨或者人工管理措施干預(yù)的時(shí)間段，無(wú)法通過(guò)水位變化過(guò)程線擬合求解蒸散發(fā)和滲漏損失值。但水稻同一生長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)，水稻生長(zhǎng)狀況近似，且相同天氣情況下，蒸散發(fā)和滲漏損失值接近，因此，可以通過(guò)前后幾日的蒸散發(fā)和滲漏損失量擬合求解得到。進(jìn)而可求得水稻生長(zhǎng)期總蒸散發(fā)滲漏損失量[總（E+F）]。

1.5 水稻田非點(diǎn)源污染負(fù)荷計(jì)算

試驗(yàn)點(diǎn)水稻田野外試驗(yàn)中，很難實(shí)時(shí)檢測(cè)每一場(chǎng)次徑流時(shí)的污染物濃度，因此通過(guò)定期采集水樣測(cè)定水稻田污染物濃度的方法，得到水稻生長(zhǎng)季的污染物濃度變化過(guò)程線，結(jié)合計(jì)算的水稻田產(chǎn)流情況，如果產(chǎn)流當(dāng)日進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)，則采用當(dāng)日污染物濃度，如果產(chǎn)流當(dāng)日未采集水樣，則利用距離產(chǎn)流日最近的前后兩次檢測(cè)水質(zhì)中間差值計(jì)算當(dāng)日污染物濃度，徑流量與污染物濃度相乘計(jì)算得到污染物次徑流的污染負(fù)荷，進(jìn)而求和得到水稻田生長(zhǎng)季非點(diǎn)源污染的負(fù)荷量。場(chǎng)次產(chǎn)流污染負(fù)荷計(jì)算見公式（8）：

式中：Li為場(chǎng)次產(chǎn)流時(shí)的污染負(fù)荷，mg·m-2；ΔRi為場(chǎng)次產(chǎn)流出水量，mm；Ci為場(chǎng)次產(chǎn)流污染物濃度，mg·L-1。

∑Li為水稻田生長(zhǎng)季某種污染物質(zhì)的總污染負(fù)荷量，mg·m-2。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻田蒸散發(fā)與滲漏損失

圖5 降雨產(chǎn)流時(shí)水位變化過(guò)程線Figure 5 Water depth hydrograph with a rainfall runoff

周鐵鎮(zhèn)水稻田現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)111 d，選取水位穩(wěn)定下降時(shí)間段擬合求解得到38 d的蒸散發(fā)和滲漏損失值，其中，幼苗期5 d，分蘗期12 d，拔節(jié)孕穗期18 d，成熟期3 d。根據(jù)水稻同一生長(zhǎng)時(shí)期、相同天氣情況前后幾日的蒸散發(fā)和滲漏損失值，插值計(jì)算得到水稻生長(zhǎng)季總（E+F）為1087.2 mm，其中有水期總（E+F）為1 045.5 mm，水稻田水位、蒸散發(fā)和滲漏損失量見圖6。

2.2 水量平衡分析和徑流計(jì)算

水稻田6月上旬播種至幼苗期之間為播種期，期間進(jìn)行稻田泥漿化及稻田播種后灌溉，以保持田間濕潤(rùn)為主，田間不發(fā)生產(chǎn)流；10/14之后為水稻成熟期末期，不再進(jìn)行灌溉，稻田內(nèi)無(wú)水。水稻田監(jiān)測(cè)時(shí)間為2017/06/26至2017/10/14，水量平衡分析未包括以上兩個(gè)時(shí)期。

試驗(yàn)點(diǎn)水稻田分別于分蘗前期（07/06—07/08）、分蘗中期（07/15—07/22）和分蘗末期及拔節(jié)孕穗期初期（07/30—08/03）進(jìn)行了3次曬田，3次曬田時(shí)間分別為2 d、7 d和4 d，通過(guò)水稻田曬田，可達(dá)到控制水稻無(wú)效分蘗、鞏固有效分蘗、增強(qiáng)水稻根系活力向下生長(zhǎng)、抑制病蟲危害等作用，適度曬田配合適宜的穗肥施用還可以提高水稻的氮肥利用效率和產(chǎn)量[28-29]。除3次曬田期、拔節(jié)孕穗期末期及大部分水稻成熟期稻田水位較低外，水稻田水位大部分時(shí)刻均保持在20 mm以上，采用兩種方法分別進(jìn)行水稻田水量平衡分析及徑流統(tǒng)計(jì)。

2.2.1 方法一水量平衡分析

方法一計(jì)算試驗(yàn)點(diǎn)水稻田灌溉水量及日徑流量見表1和表2，根據(jù)公式（2），得到水稻田生長(zhǎng)季徑流總量（包括降雨產(chǎn)流、人工排水和回歸流）為303.2 mm，灌溉總水量為866.9 mm，生長(zhǎng)期總降雨水量為463.7 mm，因此周鐵鎮(zhèn)試驗(yàn)點(diǎn)水稻田生長(zhǎng)季入流總水量為1 330.6 mm。

2.2.2 方法二水量平衡分析

（1）水稻田入流水量

水稻田進(jìn)水量主要包括自然降雨和人工灌溉，水稻生長(zhǎng)季總降雨水量為463.7 mm。根據(jù)公式（3）得到水稻田灌溉情況見表3，水稻田生長(zhǎng)季共灌溉12次，每次灌溉時(shí)間為1.5～4 h，平均灌溉時(shí)間為3.0 h，總灌溉水量為907.6 mm。因此，水稻田入流水量為1 371.3 mm。方法二與方法一識(shí)別的灌溉次數(shù)相差1次，計(jì)算的灌溉水量相差4.5%，兩種方法計(jì)算的灌溉水量可用于灌溉水量的對(duì)比分析。

表1 方法一計(jì)算水稻田灌溉水量統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of irrigation volume of the paddy field with method one

圖6 水稻田水位、蒸散發(fā)和滲漏損失變化過(guò)程線Figure 6 Water depth and evapotranspiration&infiltration hydrograph of the paddy field

表2 方法一計(jì)算水稻田徑流量統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of runoff volume of the paddy field with method one

（2）水稻田徑流水量

水稻田產(chǎn)流主要包括人工排水、降雨產(chǎn)流和灌溉回歸流。根據(jù)公式（4）得到水稻田人工排水情況見表4，人工排水主要發(fā)生在幼苗期、分蘗期和成熟期，共計(jì)5次，人工排水總量為183.5 mm。分蘗末期及拔節(jié)孕穗期初期（07/30—08/03）4 d曬田期通過(guò)水位自然落干進(jìn)行曬田，沒有進(jìn)行人工排水。06/26—07/02為幼苗期，要求田間有一定水位且水位不能太深（不能淹沒幼苗），06/26灌溉時(shí)水位較高，06/30—07/02連續(xù)降雨使稻田水位較高，因此06/26、07/03分別進(jìn)行了適當(dāng)排水。

表3 方法二識(shí)別水稻田灌溉情況統(tǒng)計(jì)Table 3 Statistics of irrigation volume of the paddy field with method two

表4 水稻田人工排水情況統(tǒng)計(jì)Table 4 Statistics of drainage volume of the paddy field

根據(jù)圖5，得到水稻田最低田埂高度為97.5 mm。根據(jù)公式（4）得到水稻田降雨產(chǎn)流情況見表5，有2場(chǎng)次降雨發(fā)生降雨產(chǎn)流，主要為08/16暴雨發(fā)生降雨產(chǎn)流，降雨總產(chǎn)流量為16.5 mm。

過(guò)量灌溉時(shí)，會(huì)造成水稻田溢流（回歸流），根據(jù)公式（6）得到水稻田灌溉回歸流情況見表6，12場(chǎng)次灌溉中有5場(chǎng)次灌溉發(fā)生回歸流產(chǎn)流，回歸流總產(chǎn)流水量為44.0 mm?；貧w流產(chǎn)流主要發(fā)生在拔節(jié)孕穗期后期（08/24、08/30）和成熟期（09/14），此3次灌溉水量較大，與水稻生長(zhǎng)后期灌溉頻率降低、灌溉水量增大有關(guān)，產(chǎn)生了大部分的回歸流。

表5 水稻田降雨產(chǎn)流情況統(tǒng)計(jì)Table 5 Statistics of precipitation volume of the paddy field

方法二計(jì)算得到水稻田生長(zhǎng)季徑流總量為244.0 mm。

2.2.3 兩種計(jì)算方法水量平衡對(duì)比分析

水稻田入流總量減去徑流總量為出入流差值，根據(jù)水量平衡原理，應(yīng)該等于生長(zhǎng)季有水期總（E+F）值。兩種計(jì)算方法得到的水量平衡關(guān)系比較見表7，方法一計(jì)算的灌溉水量為866.9 mm，入流總量為1 330.6 mm，徑流總量為303.2 mm，出入流差值為1 027.2 mm，與有水期總（E+F）值1 045.5 mm的水量虧損值為18.1 mm，占入流總量的1.4%，占總（E+F）的1.7%；方法二的灌溉水量為907.6 mm，入流總量為1 371.3 mm，徑流總量為244.0 mm，出入流差值為1 127.3 mm，與有水期總（E+F）值1 045.5 mm的水量虧損值為81.8 mm，占入流總量的6.0%，占總（E+F）的7.8%。方法一的水量平衡關(guān)系準(zhǔn)確，誤差在2%以內(nèi)，方法二水量平衡關(guān)系存在一定誤差，誤差在6%～8%之間。兩種方法計(jì)算的灌溉水量接近，差值占比為-4.5%，主要差值項(xiàng)為計(jì)算的徑流總量，差值為59.2 mm。兩種方法相比，方法一計(jì)算的水量虧損值更接近于0，因此方法一在水稻田水量平衡分析中具有更好的適用性和準(zhǔn)確性。

表6 水稻田灌溉回歸流情況統(tǒng)計(jì)Table 6 Statistics of irrigation return flow of the paddy field

2.3 污染輸出負(fù)荷計(jì)算

試驗(yàn)點(diǎn)水稻田不同形態(tài)N、P及CODMn濃度變化見圖7，污染物濃度均為在7/10之前較高、7/10之后濃度降低的趨勢(shì)，這與水稻種植使用基肥、幼苗期及分蘗初期施用追肥有關(guān)，水稻在生長(zhǎng)期前期，養(yǎng)分吸收能力有限，較多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)會(huì)溶解在稻田田面水中。拔節(jié)孕穗期初期施用穗肥，但污染物濃度未明顯升高，一方面與穗肥施用量較少有關(guān)，另一方面在于水稻此時(shí)吸收養(yǎng)分能力增大，會(huì)從田面水中吸收較多的養(yǎng)分。

表7 兩種方法的水量平衡分析對(duì)比Table 7 Comparison analysis of water balance between method one and method two

圖7 水稻田田面水不同形態(tài)N、P及CODMn濃度Figure 7 N，P and CODMnconcentration in surface water of the paddy field

結(jié)合水稻田水質(zhì)濃度變化線，分別應(yīng)用水量平衡計(jì)算方法一和方法二得到的徑流水量計(jì)算水稻田生長(zhǎng)季的污染輸出系數(shù)。采用方法一計(jì)算得到TN、的輸出系數(shù)分別為 9.11、2.22、1.35、0.45、0.27 kg·hm-2和 19.83 kg·hm-2；方法二得到的各指標(biāo)輸出系數(shù)總體較方法一偏大，TNP和CODMn的輸出系數(shù)分別為12.04、2.26、1.03、0.36、0.19 kg·hm-2和22.81 kg·hm-2，兩種方法計(jì)算得到水稻田污染輸出系數(shù)對(duì)比見圖8，各污染物輸出系數(shù)中，PO3-4-P的輸出系數(shù)相差最大，達(dá)到39.6%，其次NO-3-N輸出系數(shù)相差30.6%，之后依次為TP、TN和CODMn，輸出系數(shù)均在10%～20%以內(nèi)，NH+4-N輸出系數(shù)相差最小為1.7%。總體比較兩種計(jì)算方法得到的污染物輸出系數(shù)相差范圍，在可接受的范圍內(nèi)。

圖8 兩種計(jì)算方法水稻田污染輸出系數(shù)Figure 8 Comparison of pollution export coefficient of the paddy field between method one and method two

3 討論

3.1 水稻田水量平衡分析

應(yīng)用方法二的關(guān)鍵點(diǎn)之一在于最低田埂高度的確定，在水稻種植過(guò)程中，會(huì)根據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)管理的需要調(diào)整水位，水稻田最低田埂高度是動(dòng)態(tài)變化的，徑流出口可能會(huì)有多個(gè)。試驗(yàn)點(diǎn)水稻田最低田埂高度根據(jù)降雨產(chǎn)流判斷判定，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量值為100 mm，與08/16降雨產(chǎn)流確定值97.5 mm接近，但徑流沖刷等原因會(huì)降低最低田埂高度，使得判斷的最低田埂高度值在08/16附近較為準(zhǔn)確，相隔較遠(yuǎn)日期的水稻生長(zhǎng)中后期則可能存在較大誤差。方法二按統(tǒng)一最低田埂高度值計(jì)算，則會(huì)造成降雨產(chǎn)流和灌溉回歸流偏小，從而使得計(jì)算的出流總量偏小。

對(duì)兩種方法計(jì)算的徑流進(jìn)行對(duì)比分析，方法一、方法二分別計(jì)算有14、12次徑流，其中9次徑流時(shí)間能夠相吻合。方法一計(jì)算的徑流發(fā)生時(shí)間有時(shí)超過(guò)1 d，現(xiàn)實(shí)中是存在的。方法二計(jì)算的回歸流在方法一中為次天產(chǎn)流，與方法一采用日均水位計(jì)算產(chǎn)流量有關(guān)。06/30方法二計(jì)算降雨產(chǎn)流1.9 mm，方法一未產(chǎn)流，可能與最低田埂高度變化有關(guān)。判斷產(chǎn)流次數(shù)的差異主要在于方法一的第四次、第五次、第七次和第十四次產(chǎn)流，4次徑流量均相對(duì)不大，日產(chǎn)流量均較小，而方法二均未產(chǎn)流，方法二對(duì)徑流量較小場(chǎng)次產(chǎn)流判斷可能存在較大誤差。結(jié)合水量平衡分析結(jié)果，認(rèn)為方法一在水稻田水量平衡分析具有更高的適應(yīng)性和準(zhǔn)確性。

兩種方法計(jì)算的灌溉水量相近，均較準(zhǔn)確，因此，方法二可用于灌溉水量計(jì)算的對(duì)比分析。方法一計(jì)算了稻田徑流總量和徑流次數(shù)，后續(xù)研究中，可結(jié)合降雨及人工管理措施情況，對(duì)每次產(chǎn)流進(jìn)行人工排水、降雨產(chǎn)流、回歸流的識(shí)別判斷及進(jìn)一步分析。最低田埂高度是影響水稻田產(chǎn)流的直接因素，因此，在水稻不同生產(chǎn)時(shí)期結(jié)合水稻田產(chǎn)流時(shí)水位及人工灌排水措施，進(jìn)行水稻田最低田埂高度判斷是后續(xù)研究的重點(diǎn)。

3.2 水稻田污染輸出系數(shù)分析

對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)水稻田的TN、TP輸出系數(shù)與太湖流域水稻田徑流污染情況及第一次全國(guó)污染源普查農(nóng)田的輸出系數(shù)進(jìn)行比較，見表8，兩種計(jì)算方法得到的TN、TP輸出系數(shù)均在合理范圍內(nèi)，結(jié)合水量平衡分析結(jié)論，降雨-水位原位觀測(cè)方法（方法一）應(yīng)用于水稻田水量平衡分析和非點(diǎn)源污染負(fù)荷計(jì)算可信度較高。

4 結(jié)論

（1）通過(guò)水稻田水位穩(wěn)定下降斜率計(jì)算水稻田蒸散發(fā)滲漏損失，得到水稻田生長(zhǎng)季總（E+F）值為1 087.2 mm。

（2）水稻田水量平衡分析中，方法一、方法二計(jì)算的水量虧損值分別為18.1 mm和81.8 mm，分別占入流總量的1.4%和6.0%，方法一在水稻田水量平衡分析中更準(zhǔn)確。應(yīng)用方法一得到試驗(yàn)點(diǎn)水稻田灌溉水量為866.9 mm，入流總量為1 330.6 mm，徑流總量為303.2 mm。

（3）水稻田徑流污染負(fù)荷計(jì)算中，應(yīng)用方法一計(jì)算得到試驗(yàn)水稻田TNCODMn的輸出系數(shù)分別為 9.11、2.22、1.35、0.45、0.27kg·hm-2和 19.83 kg·hm-2，計(jì)算的污染物輸出系數(shù)在合理的范圍內(nèi)。

表8 太湖流域水稻田污染輸出系數(shù)對(duì)比（kg·hm-2）Table 8 Comparison analysis of pollution export coefficient of the paddy field in Taihu Lake basin（kg·hm-2）

（4）方法二徑流水量計(jì)算誤差與最低田埂高度判斷及徑流量較小場(chǎng)次產(chǎn)流識(shí)別難度有關(guān)。兩種方法計(jì)算的灌溉水量相近，方法二可用于灌溉水量的對(duì)比分析。應(yīng)用基于降雨-水位原位觀測(cè)方法（方法一）進(jìn)行水稻田水量平衡分析和徑流污染負(fù)荷核算具有較好的準(zhǔn)確性和適應(yīng)性。