中国东部水稻种植区田间排水与农药浓度动态观测揭示现场减控污染的关键作用

针对水稻种植区农药流失导致的水环境污染问题，研究人员通过2018-2020年长江下游平原田间监测，揭示了氯吡硫磷(CPF)在低流量高浓度事件中的迁移规律，建立事件驱动模型证明沟渠系统可降低农药浓度2-3个数量级，提出控制排水能通过稀释-降解双重效应实现现场减控，为农业面源污染治理提供了新思路。

　　

随着气候变化加剧虫害频发，中国东部水稻种植区农药使用量持续增加，但农药通过田间排水系统向周边水体的迁移机制尚不明确。特别在"灌水闷杀"的植保措施下，人为增加的水力梯度可能加剧农药流失风险。现有研究多关注流域尺度农药负荷，却忽视了田间沟渠(FD)这一关键过渡带——这里既可能因喷洒漂移形成浓度尖峰，又承担着连接农田与下游水体的"水文纽带"功能。

扬州大学灌溉与排水研究所团队在2018-2020年水稻生长季，对长江下游平原6.41公顷试验田开展系统监测。通过V型堰流量测量和422份水样分析，重点追踪常用农药氯吡硫磷(CPF)的时空分布特征。研究创新性地构建"FD-MD(主沟)-PD(池塘)"事件驱动模型，量化不同水文条件下农药的迁移衰减规律，并评估控制排水措施的减污潜力。

关键技术包括：(1)基于压力传感器的田间排水流量连续监测；(2)喷洒事件后24小时内高频采样(10次/天)捕捉浓度动态；(3)Kirkham方程计算最大地下排水量；(4)建立包含稀释、降解双过程的控制排水效益评估模型。样本来源于当地植保机构推荐的CPF施用田块，覆盖干旱(2018-2019)和丰水(2020)两种典型水文年。

【3.1 田间排水沟中的流量与农药动态】
监测发现两种截然不同的污染模式：2018年干旱条件下，FD中CPF峰值浓度达330 μg/L，是稻田水体的6.6倍，证实存在直接农药沉积；而2020年暴雨期间，持续高流量使浓度始终低于2.5 μg/L。值得注意的是，三年监测中农药流失量仅占施用量的0.16-0.22%，归因于流量与浓度峰值的不同步现象。

【3.2 "FD-MD-PD"系统的农药迁移】
模型校准显示，2018年低流量事件中，CPF浓度经主沟(MD)衰减99.7%，至池塘(PD)再降99.4%，最终浓度仅0.003 μg/L；而2020年高流量事件中，MD和PD的衰减率分别为84%和46.3%。这表明短暂的高浓度脉冲可被沟渠系统有效缓冲，但持续径流会导致更稳定的下游污染。

【3.3 控制排水的现场减控效果】
模拟将沟渠水深从10 cm提升至40 cm后，稀释作用可降低75%浓度。结合降解效应(半衰期30天)，无径流(N-RO)条件下总去除率达75.7%，显著高于常规排水的0.34%。但在强径流(H-RO)事件中，控制排水主要影响地下排水组分，对总流量削减有限。

这项研究首次揭示了田间沟渠在水稻种植区农药迁移中的"双刃剑"作用：既是污染热点，又是天然屏障。通过量化水文-浓度耦合关系，证实控制排水对处理低流量高浓度事件最具效益。研究强调保护农业景观中的水质缓冲区(如沟渠、池塘)的重要性，为制定"基于水文过程的精准防控"策略提供科学依据。论文提出的事件驱动模型，可推广至其他湿润农业区的面源污染风险评估。值得注意的是，三年数据虽捕捉到关键过程，但更长序列监测将有助于评估极端气候下的污染风险。该成果发表于《Agricultural Water Management》，对实现农业绿色发展具有重要指导价值。