李思思,張 亮,劉宏斌,馮青郁,莊艷華,李文超,杜 耘,杜新忠

1 中國(guó)科學(xué)院精密測(cè)量科學(xué)與技術(shù)創(chuàng)新研究院,湖北省面源污染防治工程技術(shù)研究中心, 武漢 430071

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,農(nóng)業(yè)部面源污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100081

3 中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心, 北京 100085

4 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 保定 071001

為有效防治農(nóng)業(yè)面源污染,國(guó)家相繼制定出臺(tái)了《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》《關(guān)于打好農(nóng)業(yè)面源污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的實(shí)施意見(jiàn)》等政策和規(guī)劃文件。在面源污染防治工作取得了長(zhǎng)足進(jìn)步和明顯成效的同時(shí),還面臨著科技支撐有限和系統(tǒng)性治理不足等問(wèn)題[1]。目前,農(nóng)田源頭減量增效、坡耕地徑流攔截、生態(tài)溝塘和人工濕地、畜禽糞污處理和利用等單項(xiàng)污染防治技術(shù)已日趨成熟,而支撐區(qū)域或流域?qū)用娴南到y(tǒng)性、集成性綜合防治技術(shù)才剛剛起步。經(jīng)過(guò)一批典型小流域農(nóng)業(yè)面源污染綜合治理示范工程建設(shè)的探索實(shí)踐,2020年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部發(fā)布了針對(duì)平原水網(wǎng)區(qū)、丘陵山區(qū)和云貴高原三種地理區(qū)域特色的面源污染綜合防控技術(shù)規(guī)范[2—4]。2021年的中央一號(hào)文件提出:在長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶、黃河流域建設(shè)一批農(nóng)業(yè)面源污染綜合治理示范縣。流域或區(qū)域面源污染綜合防治的國(guó)家需求,對(duì)面源污染模型的功能提出了更高要求。

1 模型研發(fā)背景和過(guò)程

精準(zhǔn)高效的面源污染綜合防治,需科學(xué)評(píng)估污染物的入水體量、識(shí)別污染流失的關(guān)鍵源區(qū)、關(guān)鍵過(guò)程和影響因素[5]。管理者和科研人員通過(guò)污染調(diào)查、長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)、指標(biāo)評(píng)價(jià)、模型模擬等不同方法,對(duì)流域和區(qū)域進(jìn)行了面源污染評(píng)估與防控對(duì)策探討[6—9]。然而,面源污染的徑流路徑和輸移過(guò)程具有復(fù)雜性和不確定性,增加了面源污染入水體量估算及防控措施落地實(shí)施的難度。由于植被、溝塘、濕地、河流等過(guò)渡景觀的面源污染截留能力不同,不同的徑流路徑對(duì)面源污染入水體量有重要影響(圖1)。

圖1 徑流路徑對(duì)面源污染輸移過(guò)程的影響示意圖

我國(guó)第一次污染源普查,形成了較為完善的農(nóng)業(yè)面源污染源頭發(fā)生量核算方法,但源頭發(fā)生量有多少進(jìn)入了受納水體并不清楚。到第二次污染源普查,開(kāi)始使用入河系數(shù)來(lái)刻畫(huà)源頭發(fā)生量進(jìn)入受納水體的比率,并分區(qū)、分尺度建立入河系數(shù)與地表徑流因子、降雨驅(qū)動(dòng)因子、地形驅(qū)動(dòng)因子、地下蓄滲因子和植物截留因子“五大因子”的關(guān)系[10]。國(guó)際上多采用模型模擬來(lái)表達(dá)面源污染的輸移過(guò)程。常用面源污染模型,如SWAT (Soil and Water Assessment Tool)[11]、SWIM (Soil and Water Integrated Model)[12]、HSPF (Hydrological Simulation Program: Fortran)[13]等往往對(duì)污染物的陸面輸移過(guò)程進(jìn)行概化,即:以子流域內(nèi)的平均截留速率和平均坡面匯流時(shí)間模擬污染物在植被、土壤、地下水中的截留和轉(zhuǎn)化,計(jì)算子流域的污染輸出負(fù)荷。這種集總式模擬方法難以體現(xiàn)子流域內(nèi)部徑流路徑的差異性,對(duì)國(guó)外大農(nóng)戶種植為主、景觀一致性較高的區(qū)域影響較小,但對(duì)我國(guó)分田到戶背景下小農(nóng)戶種植為主、景觀破碎的區(qū)域影響較大。因此,精準(zhǔn)刻畫(huà)徑流路徑及污染物陸面輸移過(guò)程的空間差異性,是準(zhǔn)確評(píng)估面源污染水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ),在景觀破碎或水網(wǎng)復(fù)雜的區(qū)域尤為重要,對(duì)面源污染防控的整體工程布局和單體工程設(shè)計(jì)具有重要意義。

本文介紹一個(gè)基于徑流路徑的時(shí)空分布式面源污染模型(Spatially and Temporarily distributed Model for Non-Point Source pollution, STEM-NPS)。該模型于2017年初步研發(fā)完成[14],并在國(guó)際期刊上發(fā)表[15—17]。在隨后的模型應(yīng)用中,對(duì)模擬對(duì)象進(jìn)行了擴(kuò)展,從僅僅模擬磷素?cái)U(kuò)展到可模擬氮素和磷素。下文將從模型原理與結(jié)構(gòu)組成、應(yīng)用進(jìn)展、應(yīng)用前景與發(fā)展方向三方面對(duì)STEM-NPS模型展開(kāi)介紹。

2 模型原理與結(jié)構(gòu)組成

2.1 模型結(jié)構(gòu)框架

STEM-NPS模型是一個(gè)應(yīng)用級(jí)的時(shí)空分布式面源污染模型,用最簡(jiǎn)單的過(guò)程和最少的參數(shù)實(shí)現(xiàn)面源污染流失過(guò)程模擬[17]。模型以柵格為基本模擬單元,主要包括一個(gè)水文模塊和一個(gè)污染物輸移模塊。其中,水文模塊也是一個(gè)可單獨(dú)使用的時(shí)空分布式水文模型(Distributed Hydrological Model for Watershed Mangement, DHM-WM)[15—16],實(shí)現(xiàn)各柵格地塊的徑流模擬、徑流路徑識(shí)別及匯流時(shí)間計(jì)算；污染物輸移模塊計(jì)算各柵格地塊的面源污染源頭發(fā)生量、輸移過(guò)程截留量及最終的入水體量。此外,針對(duì)水田灌溉排水和淹水期污染物輸移的特殊性,還研發(fā)了水田模塊[14]。

2.2 水文模塊

水文是面源污染發(fā)生發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力,不同氣象地理環(huán)境下,地表徑流的產(chǎn)生機(jī)制存在差異[18]。STEM-NPS模型的水文模塊提供兩種水量平衡模式(圖2):局部水量平衡模式,適合于壤中側(cè)向流不重要,以超滲產(chǎn)流為主的地區(qū)；全局水量平衡模式,適合于壤中側(cè)向流重要,兼具超滲和蓄滿兩種產(chǎn)流模式的地區(qū)。模塊依據(jù)水量平衡計(jì)算土壤水分含量；采用長(zhǎng)期連續(xù)NRCS曲線數(shù)法[19]計(jì)算超滲產(chǎn)流；依據(jù)TOPMODEL模型理論[20]計(jì)算壤中水位的空間分布,當(dāng)水位升高到地表時(shí)計(jì)算超滲產(chǎn)流(降雨日)或壤中回流(無(wú)雨日)。

圖2 水文模塊的局部水量平衡模式和全局水量平衡模式示意圖

水文模塊提供單流向D8算法和多流向MFD算法跟蹤各柵格地塊的上下游流向關(guān)系,識(shí)別徑流路徑。在匯流時(shí)間的計(jì)算上,結(jié)合穩(wěn)定態(tài)動(dòng)力波方程和曼寧方程計(jì)算坡面匯流時(shí)間[21],結(jié)合連續(xù)性方程和曼寧方程計(jì)算河道內(nèi)匯流時(shí)間[22]。

2.3 污染物輸移模塊

污染物輸移模塊模擬面源污染物隨地表徑流從陸面到水體的儲(chǔ)存-搬運(yùn)-輸移過(guò)程(圖3)。柵格地塊的污染物地表儲(chǔ)量由污染物的土壤背景值,及土地利用方式下的投入量和產(chǎn)出量共同決定。污染物隨地表徑流的搬運(yùn)過(guò)程,和L-THIA(Long-term Hydrological Impact Assessment)[23]、STEPL(Spreadsheet Tool for the Estimation of Pollutant Load)[24]等經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ鸵粯硬捎闷骄鶟舛群蛷搅髁康某朔e模擬,在本文中稱為零級(jí)動(dòng)力學(xué)搬運(yùn)。污染物隨地表徑流的輸移過(guò)程,和SWAT[11]、SPARROW(Spatially Referenced Regressions On Watershed attributes)[25]等常用模型一樣,采用一級(jí)動(dòng)力學(xué)公式模擬。

圖3 STEM-NPS模型的污染物儲(chǔ)存-搬運(yùn)-輸移過(guò)程示意圖

STEM-NPS模型對(duì)污染物地下徑流輸移過(guò)程進(jìn)行了簡(jiǎn)化:磷素以用戶設(shè)定的磷濃度來(lái)模擬隨基流的輸出負(fù)荷；氮素的模擬方法與SWAT模型相似,地下含水層的氮素濃度是當(dāng)日淋溶水和前一天地下含水層的混合,并隨時(shí)間呈指數(shù)衰減。

3 模型功能與應(yīng)用進(jìn)展

3.1 模型應(yīng)用進(jìn)展概述

STEM-NPS模型先后在高原流域(云南省鳳羽河流域,面積217 km2)[17]和平原縣域(河南省南樂(lè)縣,面積623 km2)[26]兩個(gè)不同地理環(huán)境及尺度的區(qū)域進(jìn)行了成功應(yīng)用,模擬了河流水量水質(zhì)時(shí)間序列；計(jì)算了各柵格地塊的面源污染源頭發(fā)生量和入水體量；辨識(shí)了面源污染的關(guān)鍵時(shí)期和關(guān)鍵源區(qū)；解析了污染流失關(guān)鍵過(guò)程和驅(qū)動(dòng)因素,從而提出針對(duì)性的防控建議。下文將以鳳羽河流域?yàn)榈湫蛻?yīng)用案例,說(shuō)明模型的應(yīng)用方法和特色功能；并以南樂(lè)縣為例,說(shuō)明模型在區(qū)域面源污染監(jiān)管方面的業(yè)務(wù)化運(yùn)行方法。

此外,STEM-NPS模型正在長(zhǎng)江流域進(jìn)行應(yīng)用實(shí)驗(yàn)。針對(duì)柵格模型在大型流域應(yīng)用的運(yùn)算效率問(wèn)題,通過(guò)入河系數(shù)在柵格地塊和子流域尺度的轉(zhuǎn)換,使模型以子流域?yàn)橛?jì)算單元提升了運(yùn)算效率,仍能體現(xiàn)不同子流域徑流路徑差異性對(duì)污染物入水體量的影響。

3.2 典型應(yīng)用案例——云南省鳳羽河流域

鳳羽河流域降水量充足,地形起伏大。土壤類型多樣,山地丘陵區(qū)的土壤透水性良好,以蓄滿產(chǎn)流為主；中部平原和北部出口附近土壤透水性較差,以超滲產(chǎn)流為主。因此模型應(yīng)用時(shí),水文模塊采用全局水量平衡模式；且流域水田面積較大,啟用了水田模塊[17]。

STEM-NPS模型能精準(zhǔn)刻畫(huà)柵格地塊在陸面和河道內(nèi)的徑流路徑,表征徑流路徑的差異性對(duì)面源污染入水體量的影響(圖4)。源頭發(fā)生量相似的地塊入水體量差異大,反映了坡面徑流路徑長(zhǎng)短、路徑上的土地利用類型、植被覆蓋和土壤透水性的差異性。

圖4 云南省鳳羽河流域面源污染入水體量、關(guān)鍵源區(qū)模擬結(jié)果及STEM-NPS對(duì)徑流路徑影響的刻畫(huà)

基于面源污染入水體量的空間分布模擬結(jié)果,STEM-NPS模型能精細(xì)識(shí)別關(guān)鍵源區(qū)(圖4)和面源污染發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵過(guò)程(表1)。A級(jí)關(guān)鍵源區(qū)(面源污染入水體量大于流域平均值2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的區(qū)域)主要是村鎮(zhèn)及土壤透水性較差的果園、旱地和水田,年均地表徑流深高達(dá)586.4 mm,為面源污染流失提供了充足的搬運(yùn)力。因此,搬運(yùn)過(guò)程是污染物流失的關(guān)鍵過(guò)程,防治應(yīng)著力減少地表徑流的產(chǎn)生。而B(niǎo)級(jí)關(guān)鍵源區(qū)(面源污染入水體量大于流域平均值1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差的區(qū)域)則主要是水田,年均地表徑流量明顯小于A級(jí),但年均入河系數(shù)0.91,高于A級(jí)關(guān)鍵源區(qū)。說(shuō)明輸移過(guò)程是其污染物流失的關(guān)鍵過(guò)程,防治措施應(yīng)加強(qiáng)徑流路徑上的攔蓄和截留。

表1 STEM-NPS識(shí)別的云南省鳳羽河流域關(guān)鍵源區(qū)、關(guān)鍵過(guò)程和影響因素表

3.3 模型業(yè)務(wù)化運(yùn)行實(shí)例——河南省南樂(lè)縣

STEM-NPS模型具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),并且可打包成可執(zhí)行文件,在面源污染智能管理平臺(tái)中進(jìn)行業(yè)務(wù)化運(yùn)行。在河南省南樂(lè)縣的應(yīng)用中,STEM-NPS模型部署在“南樂(lè)縣面源污染監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)系統(tǒng)”(圖5)的模擬分析服務(wù)器上,分析物聯(lián)網(wǎng)傳回的氣象、水文、水質(zhì)等各類野外監(jiān)測(cè)站點(diǎn)的數(shù)據(jù),率定相關(guān)模型參數(shù),并對(duì)全縣域的面源污染入水體量進(jìn)行模擬(圖5中),基于模擬結(jié)果實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵源區(qū)、關(guān)鍵時(shí)期辨識(shí)(圖5右)和污染來(lái)源解析(圖5左),為分區(qū)分類制定針對(duì)性的污染防治措施及應(yīng)急管理提供決策支持[26]。

圖5 南樂(lè)縣面源污染監(jiān)測(cè)預(yù)警服務(wù)平臺(tái)中STEM-NPS模型的應(yīng)用功能示意圖

4 模型應(yīng)用前景與發(fā)展方向

4.1 模型比較:服務(wù)于面源污染精準(zhǔn)防治的功能和應(yīng)用前景

STEM-NPS模型自發(fā)表后,得到了國(guó)際同行的關(guān)注。美國(guó)普渡大學(xué)的Liu等[27]比較了該模型與SWAT、L-THIA等在一個(gè)農(nóng)業(yè)小流域的應(yīng)用效果；加拿大農(nóng)業(yè)部門(mén)和環(huán)境部門(mén)的研究者Habibiandehkordi等[28]也比較了該模型與改進(jìn)的輸出系數(shù)模型CADA-ECM、AnnAGNPS等在識(shí)別關(guān)鍵源區(qū)上的功能。本文參考上述兩文,對(duì)STEM-NPS模型與常用面源污染模型的異同點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)(表2)。CADA-ECM、L-THIA、STEPL-WEB、SPARROW是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停籗WAT、AnnAGNPS、HSPF、SWIM、APEX等屬機(jī)理過(guò)程模型；而STEM-NPS模型是介于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蜋C(jī)理過(guò)程模型之間的混合模型。其中機(jī)理過(guò)程模型功能最完備。

表2 不同模型的原理及其在面源污染精準(zhǔn)防治決策支持方面的功能比較

關(guān)鍵源區(qū)識(shí)別的精度和有效性,對(duì)指導(dǎo)污染防控工程的整體布局具有重要意義[34—35]。L-THIA和STEPL-WEB能基于土地利用進(jìn)行污染源解析,對(duì)區(qū)域景觀規(guī)劃具有指導(dǎo)意義[36]。SWAT等機(jī)理過(guò)程模型識(shí)別關(guān)鍵源區(qū)的精度取決于最小模擬單元(通常為子流域),能體現(xiàn)土壤、土地利用、農(nóng)事管理、氣象及河道內(nèi)水文水動(dòng)力過(guò)程的差異性,有效指導(dǎo)子流域之間的防控措施布置[37—39],但難以直接體現(xiàn)徑流路徑的空間差異性。CADA-ECM和STEM-NPS可辨識(shí)柵格尺度的關(guān)鍵源區(qū),便于地塊尺度的污染防控措施落地實(shí)施[40]；除反映土地利用等的影響外,還能體現(xiàn)徑流路徑的空間差異性,在景觀或水網(wǎng)復(fù)雜的區(qū)域具有重要意義。

在管理措施評(píng)價(jià)方面,SWAT、SWIM、STEPL-WEB模型能評(píng)估田間農(nóng)藝管理、過(guò)程攔截等措施的效果并為其空間優(yōu)化配置提供指導(dǎo)[41—43]。CADA-ECM和STEM-NPS模型則不具有管理措施評(píng)價(jià)模塊,但STEM-NPS模型可通過(guò)調(diào)整模型參數(shù)實(shí)現(xiàn)諸如化肥減量、植被緩沖帶設(shè)置等管理措施的評(píng)價(jià)。

4.2 STEM-NPS模型在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用前景

當(dāng)代生態(tài)學(xué)進(jìn)入了生態(tài)系統(tǒng)科學(xué)的新階段,極大促進(jìn)了生物學(xué)、地理學(xué)及環(huán)境科學(xué)研究的大融合,使生態(tài)學(xué)不斷吸收新方法和新技術(shù)[44]。STEM-NPS模型可以為當(dāng)代生態(tài)學(xué)研究的部分方向提供定量研究工具。

(1)助力景觀格局與生態(tài)過(guò)程關(guān)系的定量研究

景觀生態(tài)學(xué)研究景觀格局與生態(tài)過(guò)程的關(guān)系,陳利頂?shù)忍岢隽恕霸础薄皡R”景觀理論并探討了其在水土流失、面源污染領(lǐng)域的意義[45]。對(duì)于水土流失和面源污染流失過(guò)程而言,“源”“匯”景觀具有明確的上下游關(guān)系；“源”景觀產(chǎn)生的徑流和營(yíng)養(yǎng)物是否能被“匯”景觀截留消納,取決于兩者之間的水文連通性[46]。STEM-NPS模型基于徑流路徑計(jì)算的匯流時(shí)間,可用作“源”“匯”景觀水文連通性定量評(píng)價(jià)的指標(biāo),相較于“源”“匯”之間的距離等指標(biāo),生態(tài)過(guò)程含義更直接?；赟TEM-NPS模擬的面源污染源頭發(fā)生量和入水體量,還可進(jìn)一步探討水文連通性與面源污染流失尺度效應(yīng)的關(guān)系。

(2)助力人-地耦合系統(tǒng)模擬及綠色可持續(xù)發(fā)展研究

全球氣候變化和人(社會(huì))-地(生態(tài))系統(tǒng)相互作用,是可持續(xù)發(fā)展研究的兩大挑戰(zhàn)；注重人-地耦合系統(tǒng)模擬,評(píng)估人類活動(dòng)與自然環(huán)境的相互作用,成為探討綠色可持續(xù)發(fā)展路徑的重要方式[47—48]。和常用面源污染模型一樣,STEM-NPS模型通過(guò)改變氣象輸入數(shù)據(jù)能評(píng)估氣候變化對(duì)區(qū)域水資源水環(huán)境的影響。此外,模型對(duì)污染物地表儲(chǔ)存過(guò)程的表達(dá),涉及不同土地利用的污染物投入量和產(chǎn)出量統(tǒng)計(jì)計(jì)算,能夠反映肥料用量、作物產(chǎn)量、人口、畜禽養(yǎng)殖等社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相關(guān)指標(biāo)的影響,在助力人-地耦合系統(tǒng)模擬和綠色可持續(xù)發(fā)展模式研究方面具有良好的應(yīng)用前景。

4.3 STEM-NPS模型的發(fā)展和改進(jìn)方向

(1)污染物輸移過(guò)程模擬考慮污染截留速率的動(dòng)態(tài)變化及遺留效應(yīng)

一般而言,溝塘、植被緩沖帶、湖庫(kù)、河流等地表景觀對(duì)氮磷具有截留作用；但在一定的水力和環(huán)境條件下,前期截留的氮磷將再次隨徑流輸出到下游水體,稱為遺留效應(yīng),對(duì)模型模擬方法和污染防治手段提出了新的要求[49—50]。目前,STEM-NPS模型的截留速率在時(shí)間上是固定不變的。因此,有必要基于氮磷遷移轉(zhuǎn)化機(jī)理過(guò)程的相關(guān)研究成果,建立截留速率與溫度、植被覆蓋、水文水動(dòng)力等環(huán)境條件的關(guān)系,以反映截留速率隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化和氮磷遺留效應(yīng)。

(2)開(kāi)發(fā)管理措施評(píng)估和優(yōu)化配置功能

管理措施評(píng)估和優(yōu)化配置,對(duì)流域/區(qū)域面源污染防治策略篩選、整體工程布局和單體工程設(shè)計(jì)具有重要意義。STEM-NPS模型尚不包含管理措施評(píng)估模塊,但其對(duì)徑流輸移過(guò)程的精細(xì)刻畫(huà),使其在模擬評(píng)估植被緩沖帶、人工濕地、生態(tài)溝塘等過(guò)程攔截型污染防治措施的效果方面具有先天的優(yōu)勢(shì),因?yàn)檫@些措施的效果很大程度上取決于其上下游水文連通關(guān)系及地表徑流的水力停留時(shí)間[46, 51—52]。因此,開(kāi)發(fā)管理措施評(píng)估和優(yōu)化配置功能,將是STEM-NPS模型的重要發(fā)展方向。

(3)應(yīng)用于不同區(qū)域時(shí)應(yīng)注意地理差異性及適用性

STEM-NPS模型的水文模塊已提供了局部和全局水量平衡兩種模式,能適配以超滲產(chǎn)流為主和兼具超滲、蓄滿兩種產(chǎn)流模式的區(qū)域；但尚不能體現(xiàn)閘壩、泵站、調(diào)水等人為水量調(diào)控對(duì)水文過(guò)程的影響,因此若需在強(qiáng)人工干擾的區(qū)域應(yīng)用,還需增加人為水量調(diào)控模塊。另外,模型以柵格作為基本計(jì)算單元,運(yùn)行速率與模擬的流域/區(qū)域大小及柵格分辨率有關(guān),在大型流域(大于1000km2)應(yīng)用需降低柵格分辨率或采用柵格地塊-子流域的尺度轉(zhuǎn)換方法。綜上,作為初創(chuàng)模型,STEM-NPS應(yīng)用于不同地理區(qū)域的適用性還有待進(jìn)一步驗(yàn)證；因此研發(fā)者擬逐步公布模型源代碼,便于更多研究者使用,促進(jìn)模型改進(jìn)和發(fā)展。

5 結(jié)論

精準(zhǔn)高效的面源污染綜合防治,需科學(xué)評(píng)估污染物的入水體量,辨識(shí)關(guān)鍵源區(qū)、關(guān)鍵過(guò)程和影響因素,評(píng)估污染防治措施的效果,這對(duì)面源污染模型提出了更高要求,即:精準(zhǔn)刻畫(huà)污染源頭到受納水體之間的污染流失過(guò)程。這對(duì)我國(guó)以小農(nóng)戶種植為主、景觀特征復(fù)雜的區(qū)域尤為重要。鑒于此,本文介紹了一個(gè)自主研發(fā)的基于徑流路徑的分布式面源污染模型(STEM-NPS),闡述了其基本原理和結(jié)構(gòu),介紹了其在不同地理環(huán)境和尺度的應(yīng)用案例,探討了其與其他常用模型在關(guān)鍵源區(qū)精準(zhǔn)識(shí)別、管理措施評(píng)價(jià)等決策支持方面的功能差異。作為介于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ秃蜋C(jī)理過(guò)程模型之間的混合模型,STEM-NPS具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、適配性強(qiáng)的特點(diǎn)；可精準(zhǔn)刻畫(huà)徑流路徑的空間差異性及其對(duì)污染物輸移的影響,在景觀生態(tài)學(xué)和綠色可持續(xù)發(fā)展等生態(tài)學(xué)研究方向上具有良好的應(yīng)用前景,并且對(duì)區(qū)域面源污染綜合高效防治具有重要的應(yīng)用價(jià)值。但在參數(shù)科學(xué)性、區(qū)域適用性及管理措施評(píng)價(jià)功能方面,有待進(jìn)一步發(fā)展。

致謝：本文介紹的STEM-NPS模型,其水文模塊的開(kāi)發(fā)過(guò)程,得到了美國(guó)普渡大學(xué)的Bernard A. Engel和Margaret W. Gitau教授的指導(dǎo)和幫助；模型開(kāi)發(fā)和應(yīng)用過(guò)程中得到了美國(guó)農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究服務(wù)中心(USDA-ARS)、中國(guó)農(nóng)業(yè)部面源污染控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和河南省南樂(lè)縣地方政府提供的數(shù)據(jù)支持,對(duì)相關(guān)工作人員提供的幫助表示感謝。