李文超,翟麗梅,劉宏斌*,雷秋良,張 亮,劉 申,任天志,胡萬(wàn)里,付 斌

(1.農(nóng)業(yè)部面源污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所,北京 100081；3.中國(guó)科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所,湖北 武漢 430077；4.農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所,天津 3001913；5.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所,云南 昆明 650205)

流域磷素面源污染產(chǎn)生與輸移空間分異特征

李文超1,2,翟麗梅1,2,劉宏斌1,2*,雷秋良1,2,張 亮3,劉 申1,2,任天志4,胡萬(wàn)里5,付 斌5

(1.農(nóng)業(yè)部面源污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所,北京 100081；3.中國(guó)科學(xué)院測(cè)量與地球物理研究所,湖北 武漢 430077；4.農(nóng)業(yè)部環(huán)境保護(hù)科研監(jiān)測(cè)所,天津 3001913；5.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所,云南 昆明 650205)

由于面源污染物從坡面產(chǎn)生后至向流域出口輸出過(guò)程會(huì)發(fā)生一系列變化,如在河道遷移過(guò)程發(fā)生的沉降衰減,基于污染物產(chǎn)生與輸出空間分布識(shí)別關(guān)鍵區(qū)會(huì)存在一定的差異.因此,本研究選取面源污染較為嚴(yán)重的高原湖泊洱海典型小流域,以子流域?yàn)榭臻g分析單元,采用經(jīng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證后的定量模擬工具-SWAT模型和數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法,分析流域面源磷產(chǎn)生與輸出的空間分布及差異,評(píng)估河道遷移過(guò)程對(duì)兩者空間分布差異的影響.結(jié)果表明:流域面源流失磷產(chǎn)生強(qiáng)度存在明顯的空間分異特征,不同子流域流失磷的產(chǎn)生強(qiáng)度在1.52～1.82kg/hm2之間變化,高強(qiáng)度區(qū)主要集中在有坡耕地分布的水文敏感區(qū)和植被覆蓋度差的土壤侵蝕敏感區(qū);不同子流域流失的磷經(jīng)河道遷移后發(fā)生了-25.6%～21.6%的變化,導(dǎo)致流失磷的輸出與產(chǎn)生空間分布出現(xiàn)差異,較高產(chǎn)生強(qiáng)度區(qū),磷流失高輸出強(qiáng)度區(qū)縮小為土壤侵蝕敏感區(qū);不同子流域流失磷經(jīng)河道遷移后發(fā)生的不同變化受流失磷產(chǎn)生強(qiáng)度與徑流遷移時(shí)間的綜合影響.

流域；面源磷；河道遷移過(guò)程；空間分布；SWAT模型

洱海作為云南省第二大高原淡水湖泊,是大理市主要飲用水源地,被列入《水質(zhì)較好湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)總體規(guī)劃(2013～2020)》.隨著流域人口增加和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,洱海水質(zhì)日益下降,現(xiàn)已成為我國(guó)初期富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的典型代表.已有研究表明農(nóng)業(yè)面源污染是云南洱海富營(yíng)養(yǎng)化程度加重的主要原因之一,近年來(lái)以面源形式流失的磷成為流域地表水體中磷的主要來(lái)源之一[1-3],鑒于此,選取典型小流域研究流域面源磷流失的空間分布特征及其經(jīng)河道遷移后的變化,對(duì)開(kāi)展高原湖泊流域農(nóng)業(yè)面源污染關(guān)鍵區(qū)識(shí)別及防控具有重要意義.

已有研究發(fā)現(xiàn)流域中面源磷流失具有一定的空間分布異質(zhì)性,這使得流域內(nèi)有些區(qū)域流失了高于其面積比例的磷量,例如,Gburek等[4]得出流域20%區(qū)域貢獻(xiàn)了80%的磷流失量,Shen等[5]發(fā)現(xiàn)農(nóng)用地比例高的子流域磷流失強(qiáng)度較高.這些流域強(qiáng)度高的區(qū)域被稱為關(guān)鍵源區(qū)(CSAs)[6-9]或優(yōu)先源區(qū)(PSAs)[5],針對(duì)關(guān)鍵源區(qū)開(kāi)展磷流失防治被認(rèn)為是高效、低成本[10-12]的策略.磷流失空間分布特征研究是識(shí)別關(guān)鍵源區(qū)的基礎(chǔ),定性-磷指數(shù)法、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头?輸出系數(shù)、通用土壤流失方程、面源污染機(jī)理模型等方法得到廣泛應(yīng)用[13-18].SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型是一種具有代表性的分布式物理模型,可以定量評(píng)估流域面源磷流失的空間分布特征,現(xiàn)已被眾多學(xué)者應(yīng)用在流域磷流失關(guān)鍵區(qū)識(shí)別上.通過(guò)SWAT模型模擬,分析流域面源氮磷的流失空間特征,劉博等[19]識(shí)別出了北京沙河水庫(kù)流域的關(guān)鍵區(qū),張皓天等[20]識(shí)別出河道附近有農(nóng)田集中的區(qū)域?yàn)殛P(guān)鍵源區(qū),胡文慧等[21]識(shí)別出了汾河灌區(qū)農(nóng)業(yè)面源氮、磷流失的空間分布異質(zhì)性特征,Huang等[22]識(shí)別出了磷流失關(guān)鍵區(qū),并指出降雨空間分布是主要影響因素.以上研究多集中在磷產(chǎn)生(入河道)或輸出(從河道輸出)空間分布特征識(shí)別上,對(duì)兩者空間分布的比較及河道遷移過(guò)程對(duì)其的影響評(píng)估研究較少[23].

研究表明,磷從源位流失(產(chǎn)生)后向目標(biāo)水體遷移過(guò)程中,將產(chǎn)生沉淀、吸附或被生物吸收等作用,改變了磷的流失負(fù)荷[24-25],造成輸出負(fù)荷與產(chǎn)生量的差異.以上作用的強(qiáng)度主要與遷移時(shí)間有關(guān)[26],而遷移時(shí)間又與流速和遷移距離有關(guān)[24,27-28].磷流失源在流域中的位置不同,導(dǎo)致影響磷遷移速率的地形、地表覆蓋度、降雨等因子以及遷移路徑均不同,進(jìn)而影響磷在遷移過(guò)程中受到的作用強(qiáng)度,因此,與磷流失產(chǎn)生量空間分布特征相比,實(shí)際輸出量的空間分布特征將發(fā)生變化[3,30].因此,依據(jù)流域磷流失的產(chǎn)生空間分布識(shí)別關(guān)鍵區(qū),開(kāi)展流域磷素面源污染防控將產(chǎn)生一定的偏差.鑒于此,本文以洱海流域水源補(bǔ)給區(qū)域的典型農(nóng)業(yè)小流域-鳳羽河流域?yàn)檠芯繀^(qū),運(yùn)用SWAT模型,以子流域?yàn)榭臻g分析單元,分析比較流域磷產(chǎn)生與輸出的空間分布特征及差異,并評(píng)估河道遷移過(guò)程對(duì)其影響,為洱海流域面源污染防控提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

圖1 研究區(qū)位置Fig.1 Study arealocation

鳳羽河流域地處東經(jīng)99°52′～99°55′,北緯25°05′～26°56′,位于云南省洱源縣洱海西北部,流域匯水面積219km2(圖1).地形為山地丘陵,地勢(shì)從西南向東北逐漸傾斜,海拔最高3621m,最低2072m,平均2634m.氣候?qū)儆趤啛釒Ц咴撅L(fēng)氣候,干濕季分明;多年平均降雨量745mm左右,5～10月為汛期,占全年降雨量85%左右.

流域土地利用以林(29.6%)、草地(45.9%)為主,占流域總面積的75.5%;農(nóng)田(水田11.9%、旱地8.9%、果園2.2%)次之,占流域總面積23.0%(圖2).流域海拔2600m以上坡度較陡,主要為林草地,海拔2600m以下主要以坡耕旱地為主,2200m以下為河谷平原區(qū),以種植水田為主.土壤類型主要有麻黑湯土、麻灰湯土、麻黃紅土、棕紅土、黃紅壤、淹育型水稻土、黑灰土、浮泥田、厚棕紅土、紅色石灰土、暗沙泥田等.種植業(yè)與養(yǎng)殖業(yè)是流域內(nèi)的主要產(chǎn)業(yè),其中種植業(yè)以水稻、蠶豆和油菜等種植為主,輪作模式為水旱輪作和旱地種植模式,表層土壤(0～20cm)全磷含量為0.28～1.81g/kg,平均為0.86g/kg.養(yǎng)殖業(yè)主要為居養(yǎng)結(jié)合的分散養(yǎng)殖,養(yǎng)殖類型主要為奶牛、生豬與肉羊,養(yǎng)殖糞便主要作為有機(jī)肥還田.

1.2 SWAT模型構(gòu)建

1.2.1 模型數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建 SWAT模型輸入數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù),其中空間數(shù)據(jù)主要包括數(shù)字高程模型圖(DEM)、水系圖、土壤類型圖與土地利用圖等(表1);屬性數(shù)據(jù)主要包括土壤屬性、氣象數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)管理措施及用于校準(zhǔn)驗(yàn)證模型的水文、水質(zhì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)等.

SWAT模型所需土壤屬性分為物理屬性和化學(xué)屬性,其中物理屬性數(shù)據(jù)包括土壤容重、含水量、導(dǎo)水率、機(jī)械組成等;化學(xué)屬性數(shù)據(jù)包括無(wú)機(jī)磷含量、有機(jī)磷含量等;數(shù)據(jù)通過(guò)挖土壤剖面(每個(gè)土壤類型一個(gè)剖面)及土壤測(cè)試獲得,測(cè)試方法采用肖春艷等[31]中的方法.

表1 數(shù)據(jù)類型、作用及來(lái)源Table 1 Data type, function and data source

SWAT模型所需氣象數(shù)據(jù)包括降雨、氣溫、風(fēng)速、相對(duì)濕度、太陽(yáng)輻射等.本研究所用氣象數(shù)據(jù)通過(guò)以下方式獲取:(1) 1980～2012年洱源氣象站(圖1)每日數(shù)據(jù);(2) 2012年6月后數(shù)據(jù)由流域內(nèi)自建氣象站(圖1)獲取;(3) 根據(jù)1980～2012年洱源氣象站數(shù)據(jù)構(gòu)建天氣發(fā)生器.

SWAT模型所需農(nóng)業(yè)管理措施數(shù)據(jù)包括作物、種植、耕作、灌溉、施肥等,通過(guò)入戶問(wèn)卷調(diào)查獲取.調(diào)查得知,流域主要種植模式為水-旱與旱-旱輪作,相關(guān)作物主要為水稻、玉米和烤煙等大春作物(5月～10月)與油菜、蠶豆、大麥和小麥等小春作物(10月～4月).化肥磷施用量為大春季46kg/hm2,小春季60kg/hm2,主要作為基肥施用.農(nóng)事活動(dòng)安排見(jiàn)表2.

表2 鳳羽河流域農(nóng)事活動(dòng)安排時(shí)間Table 2 Schedules of farming activities of Fengyu basin

1.2.2 SWAT模型參數(shù)率定、驗(yàn)證 根據(jù)SWAT模型運(yùn)行要求,收集整理相關(guān)數(shù)據(jù),構(gòu)建了流域SWAT模型數(shù)據(jù)庫(kù),并模擬了2009-1～2013-12流域徑流、泥沙、磷等的輸出.模擬運(yùn)行成功后,運(yùn)用SWAT-CUP軟件,并選用SUFI-2算法,對(duì)流域出口的徑流、泥沙與總磷負(fù)荷等模擬結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)、驗(yàn)證.校準(zhǔn)驗(yàn)證結(jié)果采用納什系數(shù)Ens和決定系數(shù)R2等統(tǒng)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià):

式中:R2為決定系數(shù);Ens為納什系數(shù);Si為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù);為實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)總平均值;Mi為模擬數(shù)據(jù);為模擬數(shù)據(jù)總平均值.

將SWAT模擬結(jié)果與流域出口2012-6～2013-5實(shí)測(cè)徑流、泥沙與總磷負(fù)荷等進(jìn)行校準(zhǔn).校準(zhǔn)結(jié)果顯示,徑流、泥沙及總磷模擬值與實(shí)測(cè)值的決定系數(shù)R2分別為0.95、0.65和0.98,納什系數(shù)Ens分別達(dá)到0.89、0.53和0.60,符合模型校準(zhǔn)要求.應(yīng)用校準(zhǔn)后的模型選取不同時(shí)段重新進(jìn)行模擬(不改變模型參數(shù)值),將2011-1～2012-5作為徑流、泥沙驗(yàn)證期,2010-10～2012-5作為總磷驗(yàn)證期.統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,徑流、泥沙及總磷模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的決定系數(shù)R2分別為0.88、0.83和0.90,納什系數(shù)Ens分別達(dá)到0.68、0.76、0.89.

1.2.3 SWAT模型模擬及關(guān)鍵參數(shù)計(jì)算 應(yīng)用驗(yàn)證后的SWAT模型對(duì)2010～2013-12流域內(nèi)子流域徑流、泥沙、磷等的產(chǎn)生、輸出量進(jìn)行模擬.經(jīng)統(tǒng)計(jì)計(jì)算得到各指標(biāo)的多年平均值,并以單位面積的量來(lái)表征.本文所述產(chǎn)生量(SUBemission)指從坡面流失后進(jìn)入子流域河道的量,對(duì)應(yīng)模型輸出文件中SUB的結(jié)果;子流域產(chǎn)生量指經(jīng)河道遷移后的變化對(duì)應(yīng)模型輸出文件中RCHin與RCHout的差值.輸出量(SUBexport)指經(jīng)河道遷移后從該子流域出口輸出的量.輸出的計(jì)算根據(jù)如下公式:

磷流失產(chǎn)生量經(jīng)河道遷移過(guò)程后的變化程度由衰減系數(shù)(R)來(lái)表征,計(jì)算公式:

2 結(jié)果與討論

2.1 流失磷的產(chǎn)生強(qiáng)度空間分布特征

流域內(nèi)總磷高產(chǎn)生強(qiáng)度區(qū)主要分布于中部的31子流域與東北部的4、15子流域(圖3),單位面積總磷產(chǎn)生量為1.52～1.82kg/hm2;次高產(chǎn)生強(qiáng)度區(qū)為東北部的3、5、7、8、9、17子流域與東部23、26子流域,強(qiáng)度為1.14～1.52kg/hm2;其他區(qū)域產(chǎn)生強(qiáng)度較低.徑流產(chǎn)生次高及高強(qiáng)度區(qū)集中分布于流域中部27、28、31、33、34等子流域和北部11子流域.泥沙高產(chǎn)生強(qiáng)度區(qū)為流域東北部的4子流域,次高強(qiáng)度區(qū)為子流域9、15,其他區(qū)域強(qiáng)度較低.由于流域中部河網(wǎng)密集,徑流潛力大,因此產(chǎn)生徑流深較高,為流域的水文敏感區(qū).流域東北部坡度較大,土地利用方式多以荒草地為主,部分被開(kāi)墾為坡耕地(圖2),土壤侵蝕嚴(yán)重,因此,泥沙產(chǎn)生強(qiáng)度較大(3.6～6.0t/hm2),為流域的土壤侵蝕敏感區(qū).

總磷高產(chǎn)生強(qiáng)度區(qū)4、15、31子流域分別與泥沙高強(qiáng)度區(qū)、次高強(qiáng)度區(qū)及徑流次高產(chǎn)生區(qū)重合(圖3、4),說(shuō)明土壤侵蝕敏感區(qū)及水文敏感區(qū)是磷流失的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū).此外,總磷高產(chǎn)生強(qiáng)度子流域多有旱地分布,且以坡耕地為主,肥料投入較大,土壤磷含量較高[32].因此,流域內(nèi)總磷高產(chǎn)生強(qiáng)度區(qū)是高肥料投入、高土壤磷存量及水文、侵蝕因子綜合作用的結(jié)果.

圖3 總磷產(chǎn)生空間分布Fig.3 Spatial map of emission of total phosphorus

2.2 流失磷的輸出強(qiáng)度空間分布特征及變化

總磷高輸出強(qiáng)度區(qū)主要分布于流域東北部的4、15子流域,輸出強(qiáng)度為1.52～1.62kg/hm2;次高輸出強(qiáng)度區(qū)為東北部的8、9、17子流域、東部23、26子流域和中部31子流域,強(qiáng)度為1.14～1.52kg/hm2;其他區(qū)域輸出強(qiáng)度較低(圖5).徑流輸出次高及高強(qiáng)度區(qū)集中分布于流域中部27、28、31、33、34等子流域,零星分布于北部11子流域.泥沙高輸出強(qiáng)度區(qū)為流域東北部的4子流域,次高強(qiáng)度區(qū)為子流域15,其他區(qū)域強(qiáng)度較低(圖6).總磷高輸出強(qiáng)度區(qū)4、15子流域分別與泥沙高強(qiáng)度區(qū)和次高強(qiáng)度區(qū)重合(圖5、6),說(shuō)明土壤侵蝕是導(dǎo)致磷輸出的主要原因.

圖4 徑流與泥沙產(chǎn)生空間分布Fig.4 Spatial map of generation of runoff and sediment

圖5 總磷輸出空間分布Fig.5 Spatial map of export of total phosphorus

流域內(nèi)總磷輸出空間分布與總磷產(chǎn)生空間分布相比發(fā)生了明顯變化(圖3、5),高輸出強(qiáng)度區(qū)較高產(chǎn)生強(qiáng)度區(qū)縮小為東北部土壤侵蝕敏感區(qū)的4、15子流域單元,高產(chǎn)生強(qiáng)度區(qū)的31子流域輸出強(qiáng)度降為次高.

2.3 流失磷經(jīng)河道遷移后的變化及對(duì)磷輸出的影響

流域中大部分子流域磷的河道衰減系數(shù)為正值(圖7、8),表明河道遷移過(guò)程對(duì)磷輸出主要起削減作用(負(fù)作用),但河道衰減系數(shù)在不同子流域出現(xiàn)了0.0%(子流域21)～21.6%(子流域35)的變化,這與不同子流域的河道遷移過(guò)程存在作用強(qiáng)度差異有關(guān).一般沉積作用使得河道水中磷沉積在底泥中,導(dǎo)致河道輸出磷減少,因此對(duì)流域磷的輸出具有抑制作用.

與大部分子流域流失磷的河道衰減系數(shù)為正值相反,子流域7、8、16、18、24、33出現(xiàn)了負(fù)值(-0.1% ～ -25.6%)(圖7、9),表明,以上子流域的河道遷移過(guò)程并未降低磷的輸出,反而使子流域流失產(chǎn)生的磷經(jīng)河道遷移后負(fù)荷量增加.因此, 部分河道遷移過(guò)程對(duì)流域磷的輸出具有促進(jìn)作用.

圖6 徑流與泥沙輸出空間分布Fig.6 Spatial map of export of runoff and sediment

部分子流域流失產(chǎn)生的磷經(jīng)河道遷移后負(fù)荷量的增加可能與河道底泥磷釋放過(guò)程占主導(dǎo)作用有關(guān),部分河道在一定條件下,如流速較快的河段內(nèi),磷從底泥中釋放出來(lái)的過(guò)程是主導(dǎo)過(guò)程,使得沉積在底泥中的磷重新釋放到河道水中[24],導(dǎo)致河道輸出磷增加.

圖7 流域河道衰減系數(shù)Fig.7 Retention coefficients of reaches

圖8 流域河道衰減系數(shù)(正值)Fig.8 Retention coefficients of reaches

不同子流域流失產(chǎn)生的磷在河道遷移過(guò)程中發(fā)生的不同變化,導(dǎo)致了流域磷流失輸出的空間分布特征與產(chǎn)生空間分布的差異(圖3、5).

2.4 對(duì)磷流失具有削減作用的河道遷移過(guò)程

研究表明,遷移過(guò)程對(duì)磷轉(zhuǎn)化的作用強(qiáng)度主要與遷移時(shí)間、遷移距離、流速等有關(guān),相同距離下,流速?zèng)Q定了遷移時(shí)間,也導(dǎo)致對(duì)磷的作用產(chǎn)生差異[24,26-29],而流速的差異與河道的彎曲度、坡度、粗糙度等有關(guān)[33].因此,遷移時(shí)間越長(zhǎng),作用強(qiáng)度越大,磷被衰減得越完全[22].因此,總磷產(chǎn)生高強(qiáng)度子流域4、15、31衰減系數(shù)(0.6%、2.8%、18.2%)的差異主要由于子流域4、15所處的東北部土壤侵蝕敏感區(qū)河流稀疏、坡度較大,磷遷移時(shí)間較短,因此衰減系數(shù)較小,而處于中部水文敏感區(qū)的31子流域,河網(wǎng)密集、河流較長(zhǎng)且地勢(shì)平緩,磷在河道中的遷移時(shí)間較長(zhǎng),因此衰減系數(shù)較大.并且31子流域徑流輸出與產(chǎn)生強(qiáng)度相比無(wú)明顯變化(圖3、5),因此磷在子流域31河道遷移過(guò)程發(fā)生的衰減主要由濃度降低造成.

此外,入河前磷的濃度及入河量對(duì)河道衰減過(guò)程也具有一定的影響[24].一般情況下,隨著污染物入河量的增加,河流中污染物的衰減總量增加,而衰減率呈先增大后降低的趨勢(shì)[33]; Marti等發(fā)現(xiàn)入河磷的量超過(guò)河流的衰減能力時(shí),衰減效率降低[34-35].因此,不同子流域河道形態(tài)的差異及入河磷量的不同是造成衰減系數(shù)存在差異的主要原因.子流域35河道較長(zhǎng)且入河前磷量較低(產(chǎn)生強(qiáng)度低),因此,其衰減系數(shù)最高.

2.5 對(duì)磷流失具有促進(jìn)作用的河道遷移過(guò)程

研究表明,被底泥吸附的磷會(huì)在一定條件下解吸出來(lái),發(fā)生沉積的磷在水體波動(dòng)下也可能發(fā)生再懸浮,重新進(jìn)入水體[24,36],并且當(dāng)水流紊動(dòng)強(qiáng)度提高、含沙量增加造成底泥吸附的磷釋放到上覆水的量增多[36].彭進(jìn)平等[37]通過(guò)研究不同流速下水體中磷濃度差異發(fā)現(xiàn),流速越大,上覆水溶解磷濃度越高.Vilmin等[38]發(fā)現(xiàn)底泥釋放的生物可利用磷75%發(fā)生在高流速期,且固液相間顆粒無(wú)機(jī)磷的交換量是低流速期的4倍.因此,本研究中7、8、16、18、24、33等子流域河道衰減系數(shù)出現(xiàn)的負(fù)值(圖9),可能由于遷移過(guò)程給河道底泥磷創(chuàng)造了再釋放的環(huán)境,促進(jìn)了其輸出,但具體原因還有待于進(jìn)一步研究.

圖9 流域河道衰減系數(shù)(負(fù)值)Fig.9 Retention coefficients of reaches

3 結(jié)論

3.1 本研究采用經(jīng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證后的定量模擬工具-SWAT模型和數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法,以面源污染較為嚴(yán)重的高原湖泊洱海典型小流域?yàn)榘咐?通過(guò)分析流域面源流失磷產(chǎn)生與輸出空間分布特征得出:流域面源流失磷空間分布與耕地、水文敏感區(qū)及土壤侵蝕敏感區(qū)關(guān)系密切,鳳羽河流域產(chǎn)生高強(qiáng)度區(qū)主要集中在有坡耕地分布的水文敏感區(qū)和植被覆蓋度差的土壤侵蝕敏感區(qū).

3.2 面源磷流失的輸出與產(chǎn)生空間分布特征發(fā)生明顯變異,不同空間單元流失的磷經(jīng)河道遷移后發(fā)生的不同變化是主要原因之一,鳳羽河流域內(nèi)不同子流域流失的磷經(jīng)河道遷移后發(fā)生了-25.6%～21.6%的變化,導(dǎo)致高輸出強(qiáng)度區(qū)縮小為北部土壤侵蝕敏感區(qū).

3.3 不同子流域流失磷經(jīng)河道遷移后的變化強(qiáng)度受磷流失產(chǎn)生強(qiáng)度與徑流遷移時(shí)間的綜合作用.

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致謝：本實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)采樣及測(cè)試工作由大理學(xué)院李德品等協(xié)助完成,在此表示感謝.

Contrasting spatial distribution of the emission and export of phosphorus loss froma typical watershed in Yunnan Plateau Lakes Area.

LI Wen-chao1,2, ZHAI Li-mei1,2, LIU Hong-bin1,2*, LEI Qiu-liang1,2, ZHANG Liang3, LIU Shen1,2,REN Tian-zhi4, HU Wan-li5, FU Bin5
(1.Key Laboratory of Nonpoint Pollution Control, Ministry of Agriculture, Beijing 100081, China；2.Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China；3.Institute of Geodesy and Geophysics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430077, China；4.Institute of Agro-Environmental Protection, Ministry of Agriculture, Tianjin 300191, China；5.Institute of Agricultural Environment and Resources, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kunming 650205, China). China Environmental Science, 2017,37(2)：711～719

Understanding the spatial distribution of phosphorus (P) loss is of value to identify the critical source areas (CSAs) for diffuse pollution control, but little is known about difference between the emission amount thatemitted to the reach and export amount that exported out fromreach. Taking Fengyu River watershed, a typical sub-basin of Erhai Lake basin in Yunnan plateau lake area, as the case study area, this work studied on the spatial distribution of the emission and export of P loss using SWAT, furthermore, evaluated the role of P delivery through the reaches in the spatial distribution of P loss. High emission intensity of total Ploss was mostly located in the hydrological sensitive areas or soil erosion sensitive areas with slope arable lands. The highest emission intensity of total Ploss was 1.52～1.82kg/hm2. Moreover, the delivery process of emitted P toreaches decreased the distribution area of the highest export intensity of total P. The highest export intensity of total Ploss reduced to bethe soil erosion sensitive area. The retention coefficients of reaches in different sub-watersheds ranged from-25.6% to 21.6% because of the variation of transporting processes between sub-watersheds, which changed the spatial features of P loss.

watershed；diffusephosphorus loss；transporting process；spatial distribution；SWAT

X143

A

1000-6923(2017)02-0711-09

李文超(1987-),男,河北石家莊人,博士研究生,主要從事流域氮磷循環(huán)與水文耦合過(guò)程研究.發(fā)表論文3篇.

2016-05-08

公益性行業(yè)(農(nóng)業(yè))科研專項(xiàng)(201303089),國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)委科研項(xiàng)目《農(nóng)村生態(tài)環(huán)境重要標(biāo)準(zhǔn)前期研究》

* 責(zé)任作者, 研究員, liuhongbin@caas.cn