我国是一个农业大国,有着悠久的农耕历史。随着社会经济发展,农业也面临着水资源短缺、生态环境恶化的问题。水塘作为一种典型的农业水利工程在我国南方地区农业生产中有着举足轻重的作用,具有良好利用的中国特色与历史传统,然而,在近代农业发展中,受“重工轻农”、“建设用地挤占耕地”、“与水争地”、“农田方整化改造”等潮流影响,大量水塘被填埋、许多水塘年久淤浅而废弃,其滞洪抗旱、拦污去垢、生态岛屿、改善农田小气候等水利与生态功能逐渐被人们所遗忘。开展南方水塘生态系统研究,具有十分重要的意义。本文针对南方农田单水塘的特性,探讨了农田水塘生态系统优化构建的方法,并对构建后水塘生态系统在涵养水源、增加农田墒情、降低径流速度、削减洪峰流量、减少氮磷向邻近水体输出等方面进行了理论与试验研究,具体研究结果如下:(1)探究了农田水塘生态系统中的“源”与“汇”(即农田与水塘)的特性,为农田水塘生态系统的构建提供了理论依据。在试验区水田与旱田内,分别对降雨径流进行了两次实时观测实验,研究表明水田和旱田由降雨径流输出的氮磷浓度随时间均表现为先上升再曲线下降的规律,降雨前2/3时期内氮磷流失量占整个雨期的80%以上。这一研究成果为利用水塘容量来蓄积农田前中期高富含氮磷浓度的径流提供了理论基础。此外,试验分析了水塘不同深度物理指标的变化规律,为水塘深度的优化奠定基础。对水塘进行了一年的试验观测,分析了水体温度与溶解氧随水体深度变化的规律,并结合南方地区降雨特性和水生生物耐温性等因素,确定水塘最佳日常水深宜取1.5～2.0m。(2)提出了南方农田单水塘生态系统的构建方法。根据南方地区的农业及水文特性,并结合上述两项试验的研究成果,提出了适合南方农田水塘生态系统的具体规划设计方法,其中包括系统的总体布置、水塘的优化、田间沟道以及水陆交错带的构建。(3)建立了农田水塘水量动态模拟模型,模拟系统中水塘水量逐日变化的过程,推求水塘在不同水平年条件下的蓄排水过程,为后期分析农田水塘生态系统在减少区域排水、削减氮磷输出方面的影响提供了有效方法。(4)实例研究给出了水塘生态系统构建的具体应用及其构建后对生态环境的影响。通过研究区的实例分析,确定了南方农田水塘生态系统中要滞蓄日雨60mm的降雨径流条件下水塘的占地比2～3%为宜;并根据2013～2015年扬州地区降雨资料模拟计算,研究区农田水塘生态系统构建后农田向水体排水量的削减率达到46.25%、100%、22.48%;农田向水体排放TN的削减率为83.99%、100%、46.3%;农田向水体排放TP的削减率为68.27%、100%、34.09%;发生十年一遇和二十年一遇设计24h暴雨,对地区洪水的削峰率达到21.89%和 17.42%。