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应用SWAT模型探究平原流域氮磷流失规律及控制方法

王知博  
【摘要】:水体富营养化主要表现为水体中含有过量的氮、磷元素,危害着整个水生态系统,通常是由非点源污染引起的。本论文以SWAT模型为工具,结合流域的土地利用类型和土壤类型等,研究了嘉兴平原和东苕溪上游两种典型流域的总氮、总磷负荷的时空分布情况及不同稻田比例下流域总氮总磷流失的变化,并在模型适用的基础上通过改变模型农事管理模块改变耕作方式(将传统耕作转变为免耕)分析不同耕作方式对农田总氮总磷流失的影响,为有效管理和控制流域农业非点源污染提供科学依据。主要研究结论如下:1) SWAT模型可以用于嘉兴平原流域的氮磷流失时空分布评估。模拟结果显示,SWAT模型在嘉兴平原流域验证与率定的R20.65, ENS0.60, TN、TP流失强度范围分别为6.9-17.4 kg/ha,1.2-2.9 kg/ha,氮磷流失时空分布的差异性较大。2)在其他农事操作不变的情况下,将稻田的传统耕作方式替换为免耕能减少流域氮磷流失,对于减少流域非点源污染具有一定的效果。研究数据表明,在嘉兴平原流域采用免耕,其径流、总氮、总磷的输出分别减少14.9%-41.5%,4.0%-10.9%,5.6%-9.6%;在东苕溪上游流域采用免耕,其径流、总氮、总磷的输出分别减少16.0%-37.3%,4.1%-16.9%,5.6%-10-3%。除此之外,硝态氮、气态氮的输出也有一定的差异,且变化趋势相似。研究免耕模式对水稻产量的影响,结果表明在嘉兴平原流域,5年内水稻产量均略有减产,但基本与传统耕作条件下的水稻产量持平;而在东苕溪上游流域,前4年水稻产量较传统耕作模式低,从第5年起水稻产量开始高于传统耕作模式。虽然免耕有利于减少面源氮磷等营养物质的输出,但仅改变耕作方式具有一定的限制性,将免耕与其他水肥管理方式相结合可能会产生更明显的效果。3)通过对不同稻田比例条件下小流域的氮磷输出负荷进行研究分析,发现稻田比例在30%-71%时,氮磷输出负荷具有逐渐减弱的趋势。对嘉兴流域和东苕溪上游流域的75个小流域中不同稻田比例下的流域氮磷流失负荷进行拟合分析,结果表明,当稻田比例小于30%或大于71%时,流域总氮总磷的输出负荷随着稻田比例的升高而增大,稻田比例在30%-71%时,流域总氮总磷的输出负荷随着稻田比例的增加而减小。实验结果表明,在一定稻田比例条件下,稻田具有作为污染物消纳源的潜力。


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