我国是世界上最大的水稻生产国,稻田灌溉需大量耗水,同时为保证稻米产量稻田化肥施用量一直较高,由此产生了严重的水田排水面源污染问题。而水环境的污染又进一步加剧了灌溉用水的紧张。本项目在黑龙江省绥化北林区秦家灌区建立试验区,在完全不改变农户原有种田模式下,从灌溉水循环利用的目的出发,采用生态工程技术手段,改造灌区天然的水塘、湿地等,形成水田-人工湿地(竖井)-水田的净化循环系统,通过4年监测试验,对水田田面水中氨氮及磷的衰减变化规律、水田降雨径流排水特点及人工湿地对水田排水的净化效果进行分析研究。在秦家试验区,通过对2007年至2010年4年12次施肥得到的田面水中氨氮及总磷变化的观测数据进行分析,得到氨氮及总磷在施肥后一周迅速衰减、而后趋平稳的的规律。利用随机微分方程理论,以一级动力学模型为基础,建立速率参数k为随机变量的随机动力学模型,以各次试验得到的实测数据分析参数k作为随机变量k的样本值,模拟和预测田面水中氮磷浓度变化的均值及方差过程,从而以概率的方式探讨了田面水中氨氮和总磷的变化规律。总结试验区水稻生育期降雨规律,研究水田降雨径流排水的产生及排水中氨氮及总磷的变化规律。各次水田排水过程水量可控、浓度比较均匀,径流排水中氮磷含量主要与降水和施肥时间间隔有密切关系,间隔时间越短,浓度越高,越需要进行人工湿地净化,以实现灌溉再利用。研究三种人工湿地(垂直流人工湿地、潜流人工湿地、表面流人工湿地)不同特点,对比其对氮磷的净化效果及建设难易,结合试验区实际情况选用适宜类型人工湿地用于水田排水净化试验。在秦家试验区对2008年至2010年发生的水田降雨径流排水进行净化处理。采用天然排水沟渠、人工湿地两种不同净化方式,监测其中氨氮和总磷浓度变化过程。对取得数据进行相关统计参数(数学期望函数、方差函数和变差系数函数、自协方差函数、相关系数)计算,及线性趋势预测与滑动回归预测。统计结果与回归方程预测都表明,人工湿地比排水沟渠在对氨氮和磷的去除效果上都具有明显优势。继续将人工湿地净化后水排入竖井,使其进一步净化并蓄存,完成水田-人工湿地(竖井)-水田生态净化模式的试验,实现水田排水净化循环再利用。