（环境工程专业论文）基于annagnps模型的桃江流域农业非点源污染研究.pdf

摘要 摘要 随着工业废水及城市生活污水等点源污染的有效控制，农业非点源污染逐 渐成为水环境的首要污染源和第一大污染源。在我国水污染控制中呈现出点源 可调整的空间越来越小，而非点源可调整的空间相对增大的趋势。因此，对农 业非点源发生机理和控制措施的研究越来越受到人们的关注。作为鄱阳湖第一 大支流赣江的源头之一，桃江流域人1 2 1 的8 1 2 为农村人口，农业非点源污染是 水体污染的最主要因素。鉴于此，以桃江流域为例，开展农业非点源污染发生 机理和流失特征的研究，具有很强的理论价值、现实意义和示范效果。 本文结合野外调查、实验室分析、查询历史资料和已有文献成果等多种手 段，建立了桃江流域基础信息数据库。运用定性分析和定量计算相结合的方法， 开展了桃江流域农业非点源污染的研究。主要包括以下方面： 1 首先运用氮收支平衡方法在桃江流域及典型研究区两个尺度分别建立氮 平衡变化模型，定量分析区域氮输入、输出量以及氮净增量，为后续建立并应 用a n n a g n p s 模型定量模拟农业非点源氮的发生机理和流失特征提供了参数 和重要的边界条件，并为氮的拦截提供了科学依据。结果显示：2 0 0 6 2 0 0 8 年桃 江流域及研究区年均氮输入总量为3 2 9 9 2t a 与6 9 5 7t a ，其中化肥施用输入氮占 氮总输入量比例分别为4 4 9 4 与4 4 0 5 ，是最主要的输入源；作物收获氮占氮 总输出量比例分别为4 9 8 9 与5 0 7 8 ，是最主要的输出源；氮的输入增量远高 于氮的输出增量，氮净增量分别为1 4 9 4 5t a 与3 1 6 7t a ，2 0 0 6 - 2 0 0 7 年和 2 0 0 7 - 2 0 0 8 年氮净增量年增长率分别为桃江流域( 9 7 8 、4 2 8 ) ，研究区( 8 2 7 、 2 8 3 ) ，呈显著上升趋势；对氮净增量及其去向研究结果显示，桃江流域及研 究区氮净增量的分担率分别为水体( 6 4 1 8 与6 2 1 2 ) 、土壤( 3 0 8 6 与 3 2 9 6 ) 、生物( 4 9 6 与4 9 3 ) ，可见，区域里剩余氮主要以两种方式存在：一 是通过地表、地下水径流进入河道，排出流域，进入到水体，污染水体；二是 残留在土壤中，造成土壤的污染。农业非点源氮是流域氮的主要来源，对其进 行研究己刻不容缓。 2 在3 s 技术的支持下，建立研究区农业非点源污染a n n a g n p s 模型，并 对模型的适用性进行了检验。模型校验过程及结果显示：1 ) 对不同时间尺度而 言，年、月、日水平的模拟精度依次递减，模型对年和月水平的模拟精度较高， 1 摘要 对日水平的模拟精度较低。可能是由于，实际暴雨的发生是相对短暂的过程， 一般持续时间不足1 天( 2 4 小时) ，而由于气象数据以及实验条件的限制，只能 进行日事件的模拟，这在某种程度上削弱了降雨的强度，并延长了降雨的时间， 因此对模型的精度造成影响；2 ) a n n a g n p s 模型对地表径流、泥沙侵蚀及总氮 输出的模拟精度从高到低依次为：地表径流 泥沙 总氮输出。造成此现象的原 因主要是泥沙和总氮的迁移是以径流为载体，误差依次累加并有被放大的可能 性；3 ) 通过与国内外同行的研究比较，得出影响模型精度的条件主要有流域尺 度、地形地貌及流域气候特征；4 ) 年水平和月水平的校验精度满足模型模拟的 精度要求，日水平的总氮校验相对误差在5 0 以内。因此，本文建立的 a n n a g n p s 模型适用于非点源污染的长期模拟及预测，但并不适宜非点源污染 的风险评价和风险管理。 3 以2 0 0 1 2 0 0 8 年的降雨为驱动，将已建立的模型运用于研究区农业非点 源污染负荷的定量预测、污染时空特性分析及最佳管理措施( b e s tm a n a g e m e n t p r a c t i c e s ，b m p s ) 的评价。结果显示：1 ) 研究区2 0 0 1 - 2 0 0 8 年年均径流深为 5 7 9 7 4 m m ，泥沙流失1 5 2 6 6 1 0 3 t a ，非点源氮负荷2 7 8 1 7 3 t a ；汛期( 4 8 月) 月径流、泥沙流失和非点源氮负荷占全年的百分比分别为6 4 3 0 、8 5 6 4 、 8 6 3 4 ，反映了水土流失及非点源氮输出主要由高强度降雨引起；2 ) 年水平降 雨、径流、泥沙及总氮负荷的年际变化曲线，走势有较高的相似性，且各相关 系数( 降雨径流、降雨泥沙、降雨总氮、径流泥沙、径流总氮) 介于 o 7 8 2 5 - 4 ) 8 4 2 1 之间，揭示了降雨、径流、泥沙、总氮四者之间的密切联系；3 ) 汛期的月降雨、径流、泥沙及总氮负荷变化曲线，同样具有相似的走势，各相 关系数介于0 6 0 2 2 0 9 8 5 5 之间，揭示了四者之间的密切联系的同时，也反映了 汛期较年水平相比，相关系数波动幅度更大；降雨径流的r 2 高达0 9 8 5 5 ，说明 汛期降雨径流具有很好的线性关系，径流总氮的r 2 为0 6 0 2 2 ，在5 组之中最 低，反映了高强度降雨下，径流中氮含量差别很大，非点源氮的输出具有高度 的不确定性。这可能与不同月份农作物的施肥等管理方式有很大关系，不同月 份的施肥量不同、农作物生长阶段不同及对氮的拦截能力也不同，同等降雨条 件下引起的非点源氮污染差别较大；4 ) 在不同水文年，径流差别不大，而泥沙 和非点源氮的输出差别很大，2 0 0 1 - 2 0 0 8 年，丰水年径流量、泥沙和非点源氮分 别是枯水年的1 4 倍、3 5 倍和1 8 倍，说明泥沙侵蚀较径流和非点源更加敏感， 间接说明高强度降雨是造成泥沙侵蚀的主要因素；5 ) 对研究区非点源氮关键源 塑茎 一一 区进行识别，并将五级作为非点源氮污染关键源区；6 ) 平衡施肥对非点源污染 氮的削减效果最佳；植被缓冲区的设置对径流、泥沙侵蚀以及氮素流失均有较 为明显的效果。 关键词：桃江流域，农业非点源污染，氮收支平衡，a n n a g n p $ 模型， 关键源区，最佳管理措施 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t hp o i n ts o u r c ep o l l u t i o ni n c l u d i n gi n d u s t r i a lw a s t ew a t e ra n dc i t ys e w a g eh a s b e e ne f f e c t i v e l yc o n t r o l l e d ，a g r i c u l t u r a ln o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nh a sb e c o m et h e p r i m a r ys o u r c eo fp o l l u t i o na n dt h ef i r s tm a j o rp o l l u t i o ns o u r c eo fw a t e re n v i r o n m e n t i no u rc o u n 咄w a t e rp o l l u t i o nc o n t r o lp r e s e n t st h a tt h ep o i n ts o u r c ea d j u s t a b l es p a c e i sb e c o m i n gs m a l l e r , h o w e v e r , n o n p o i n ts o u r c ea d j u s t a b l es p a c eh a sa l li n c r e a s i n g t r e n d t h e r e f o r e ，m o r ea n dm o r er e s e a r c h e r sf o c u so no c c u r r e n c em e c h a n i s ma n d c o n t r o lm e a s u r e so fa g r i c u l t u r en o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n a so n eo ft h eh e a d w a t e r s o fg a nr i v e rw h i c hi st h eb i g g e s tt r i b u t a r yo fp o y a n gl a k eb a s i n ，t a or i v e rb a s i n s r u r a lp o p u l a t i o na c c o u n t sf o ra b o u t81 2 s oa g r i c u l t u r a ln o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n i st h em o s ti m p o r t a n ts o u r c et ow a t e rp o l l u t i o n s t h e r e f o r e ，i th a sh i g h l yt h e o r e t i c a l a n dp r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e ，a l s ot h ed e m o n s t r a t i o ne f f e c tt os t u d yo nt h eo c c u r r e n c e m e c h a n i s ma n dl o s sc h a r a c t e r i s t i c so fa g r i c u l t u r a ln o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o ni nt a o r i v e rb a s i n i nt h i sp a p e r , m e a n so ff i e l di n v e s t i g a t i o n ，l a b o r a t o r ya n a l y s i sa n dq u e r y i n g h i s t o r i c a ld a t aa n de x i s t i n gl i t e r a t u r eo u t c o m e sw e r ea p p l i e di nb u i l d i n gb a s i c d a t a b a s ei nt a or i v e rb a s i n m e t h o do fq u a l i t a t i v ea n a l y s i sa n dq u a n t i t a t i v e c a l c u l a t i o nc o m b i n e dt o g e t h e rt o c a r r yo u t t h es t u d yo ft h et a or i v e rb a s i n a g r i c u l t u r a ln o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n t h er e s e a r c hs t e p sa r ea sf o l l o w s ： 1 n i t r o g e nb a l a n c ec h a n g em o d e lw a se s t a b l i s h e da tt w os c a l e si nt a or i v e r b a s i na n ds t u d ya r e ab ym e a n so fn i t r o g e nb a l a n c ei n c o m ea n de x p e n d i t u r e ，a n dw a s u s e df o rq u a n t i t a t i v ea n a l y s i so ft h er e g i o n a ln i 缸o g e ni n p u t ，o u t p u t ，a n dn e ti n c r e a s e i tp r o v i d e dn o to n l yi m p o r t a n tp a r a m e t e r sa n db o u n d a r yc o n d i t i o n sf o rt h ef o l l o w e d u pe s t a b l i s h m e n ta n da p p l i c a t i o no ft h ea n n a g n p sm o d e l t oq u a n t i t a t i v es i m u l a t i o n o fo c c u r r e dm e c h a n i s ma n dl o s sc h a r a c t e r i s t i c sa 鲥c u l t u r a ln o n p o i n ts o u r c e n i t r o g e n ，b u ta l s oas c i e n t i f i c b a s i sf o rt h ei n t e r c e p t i o no fn i t r o g e n t h er e s u l t s s h o w e dt h a ta v e r a g ea n n u a ln i t r o g e ni n p u ti nt a or i v e rb a s i na n ds t u d ya r e aw a s 3 2 9 9 2t aa n d6 9 5 7t af r o m2 0 0 6t o2 0 0 8 ，a m o n gw h i c h ，c h e m i c a lf e r t i l i z e ri n p u t n i t r o g e na c c o u n t e df o r4 4 9 4 a n d4 4 0 5 ，r e s p e c t i v e l y , w a st h em a i ns o u r c eo f i v a b s t r a c t n i t r o g e ni n p u t ；c r o pn i t r o g e nf i x a t i o na c c o u n t e df o r4 9 8 9 a n d5 0 7 8 o f t h et o t a l n i t r o g e no u t p u t ，w a st h e m a i ns o u r c eo fo u t p u t ，r e s p e c t i v e l y ；n i t r o g e ni n p u t i n c r e m e n tw a sm u c hh i g h e rt h a nn i t r o g e no u t p u ti n c r e m e n t ，n e tn i t r o g e ni n c r e a s ew a s 1 4 6 1 2t aa n d31 6 7t a 嘶ma n n u a lg r o w t hi nt a or i v e rc a t c h m e n t ( 9 7 8 a n d4 2 8 ) a n di ns t u d ya r e a ( 8 2 7 、2 8 3 ) ，s h o w i n gas i g n i f i c a n t l yu p w a r dt r e n d t h es t u d i e s o fn e tn i t r o g e na n di t sw h e r e a b o u t ss h o w e dt h a tt h es h a r er a t i oo fn e tn i t r o g e n i n c r e m e n ti nt a or i v e rc a t c h m e n ta n ds t u d ya r e aw e r ew a t e rb o d y ( 6 4 18 a n d 6 2 1 2 ) ，s o i l ( 3 0 8 6 a n d3 2 9 6 ) a n dl i v i n gc r e a t u r e ( o r g a n i s m ) ( 4 9 6 a n d 4 9 3 ) ，r e s p e c t i v e l y s o i ts h o w sc l e a rt 1 1 矾t h e r ew e r et w oe x i s t e n c et y p e so f r e s i d u a ln i t r o g e n ：f i r s t ，i tf l o w e di n t ot h er i v e rt h r o u g hs u r f a c ea n dg r o u n d w a t e r r u n o f fa n dp o l l u t e dt h ew a t e rb o d y ；s e c o n d ，i tw a sl e f ti nt h es o i l ，c a u s i n gs o i l p o l l u t i o n a g r i c u l t u r a ln o n - p o i n ts o u r c en i t r o g e ni s t h em a i nw a t e r s h e dn i t r o g e n s o u r c e s ，s os t u d i e so nt h et o p i ca r eb e c o m i n gs i g n i f i c a n ta n du r g e n t 2 b a s e do n3 st e c h n o l o g y , a m l a g n p sm o d e lw a se s t a b l i s h e dt os i m u l a t e a g r i c u l t u r a ln o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o ni ns t u d ya r e aa n di t sa p p l i c a b i l i t yw a s c a l i b r a t e da n dv a l i d a t e d t h ec a l i b r a t i o na n dv a l i d a t i o np r o c e s s e sa n dr e s u l t ss h o w e d ： 1 ) o nd i f f e r e n tt i m es c a l e so fy e a r , m o n t ha n dd a y , t h es i m u l a t i o na c c u r a c yo ft h e m o d e lw a sd e c r e a s i n gs e q u e n t i a l w i t ht i m es c a l e so fy e a ro rm o n t h ，m o d e ls h o w e d h i g h e rs i m u l a t i o na c c u r a c yt h a nt h a to fd a y m a y b e ，i td u e st ot h a t ，t h ea c t u a l o c c u r r e n c eo fh e a v yr a i ni sar e l a t i v e l ys h o r t t e r mp r o c e s s ，u s u a l l yl a s t i n gl e s st h a n o n ed a y ( 2 4h o u r s ) b u tw h e nd a i l ys i m u l a t i o nh a st ob ec a r r i e do u t ，b e c a u s eo f l i m i t a t i o n so fm e t e o r o l o g i c a ld a t aa n de x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n s ，i tc o u l dl e a dt o w e a k e nr a i n f a l li n t e n s i t y , p r o l o n gr a i n f a l lt i m ea n di m p a c ta c c u r a c yo ft h em o d e l ；2 ) a n n a g n p sm o d e ls i m u l a t i o na c c u r a c yo r d e ro fs u r f a c er u n o f f , s e d i m e n te r o s i o na n d t o t a ln i t r o g e no u t p u tf r o mh i g ht ol o ww e r ea sf o l l o w s ：s u r f a c er u n o f f s e d i m e n t e r o s i o n t o t a ln i t r o g e no u t p u t t h er e a s o nf o rt h i sp h e n o m e n o nm i g h tb et h e m i g r a t i o no fs e d i m e n ta n dt o t a ln i t r o g e ni nr u n o f ff o rt h ec a r r i e r , t h ee r r o ri nt u r n a c c u m u l a t ea n db ee n l a r g e d ；3 ) c o m p a r e d 谢t hd o m e s t i ca n df o r e i g nc o u n t e r p a r t s ，i t c a nb ed r a w nt h a tm a i nf a c t o r sw h i c ha f f e c t e dt h ea c c u r a c yo ft h em o d e lw e r e b a s i n - s c a l e ，c l i m a t i cc h a r a c t e r i s t i c sa n dt o p o g r a p h yo ft h ew a t e r s h e d ；4 ) c a l i b r a t i o n a n dv a l i d a t i o no fy e a ra n dm o n t hs c a l e sm e e tw i mm o d e la c c u r a c yr e q u i r e m e n t s v a b s t r a c t t h er e l a t i v ee r r o ro fd a ys c a l ew a sl e s st h a n5 0 t h e r e f o r e ，t h ea n n a g n p sm o d e l ， w h i c he s t a b l i s h e di nt h i sp a p e rw a ss u i t a b l ef o rt h es i m u l a t i o na n dp r e d i c t i o no f l o n g - t e r mn o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o n ，b u tw a s n ts u i t a b l ef o rr i s ka s s e s s m e n ta n dr i s k m a n a g e m e n to fn o n - p o i n t s o u r c e s 3 b a s e do nr a i n f a l lf r o m2 0 01t o2 0 0 8 ，t h ea n n a g n p sm o d e la b o v ew a s a p p l i e di nq u a n t i t a t i v ep r e d i c t i o n ，s p a t i o - t e m p o r a la n a l y s i s a n de v a l u a t i o no fb e s t m a n a g e m e n tp r a c t i c e s t h er e s u l t ss h o w e dt h a t ：1 ) f r o m2 0 0 1t o2 0 0 8 ，t h ea v e r a g e a n n u a lr u n o f fd e p t hw a s5 7 9 7 4i 1 i 1 ，s e d i m e n tl o s sw a s1 5 2 6 6 1 0 3 f f aa n d n o n - p o i n ts o u r c en i t r o g e n w a s2 7 8 1 7 3 f f a ；m o n t h l yr u n o f f ，s e d i m e n t l o s sa n d n o n - p o i n ts o u r c en i t r o g e ni nf l o o ds e a s o n ( a p r i lt oa u g u s t ) a c c o u n t e df o r6 4 3 0 ， 8 5 6 4 a n d8 6 3 4 o ft h ew h o l ey e a r , r e s p e c t i v e l y , r e f l e c t i n g 也瓯r u n o f f , s e d i m e n t l o s sa n dn o n p o ns o u r c en i t r o g e no u t p u tm a i n l yc a u s e db yh i g hi n t e n s i t yr a i n f a l l ；2 ) t h eh i g hs i m i l a r i t yo fi n t e ra n n u a lv a r i a b i l i t yc u r v eo fr a i n f a l l ，r u n o f f , s e d i m e n ta n d t o t a ln i t r o g e na n dt h ec o r r e l a t i o nc o e 伍c i e n t ( r a i n f a l l r u n o f f , r a i n f a l l s e d i m e n t ， r a i n f a l l n i t r o g e n ，r u n o f f - s e d i m e n ta n dr u n o f f - n i t r o g e n ) w e r eb e t w e e n0 7 8 2 5 a n d 0 8 4 21 ，s h o w e dac l o s er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ef o u rp a r a m e t e r s ；3 ) v a r i a b i l i t yc u r v e o fr a i n f a l l ，r u n o f f , s e d i m e n ta n dt o t a ln i t r o g e ni nf l o o ds e a s o na l s oh a ds i m i l a r l yt r e n d ， t h ec o , e l a t i o nc o e f f i c i e n tw e r eb e t w e e n0 6 0 2 2a n d0 9 8 5 5 ，s h o w i n gac l o s e r e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ef o u ra n dr e f l e c t i n gt h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n th a db i g g e r f l u c t u a t i o ni nf l o o ds e a s o nt h a nt h a to ft h ew h o l ey e a r t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n to f r a i n f a l l r u n o f fw a s0 9 8 5 5 s h o w e dt h a tf l o o ds e a s o nr a i n f a l lr u n o f fh a dav e r yg o o d l i n e a rr e l a t i o n s h i p ，w h i l et h er 2o fr u n o f f - n i t r o g e nw a s0 6 0 2 2 ，r e f l e c t i n gn o n - p o i n t s o u r c en i t r o g e no u t p u tw e r eh i g h l yu n c e r t a i ni nf l o o ds e a s o n t h e r e f o r ei ts h o w st h a t ， i na l ly e a rr o u n d , t h ec r o pg r o w t hs t a g e ，f e r t i l i z a t i o n ，m a n a g e m e n tm o d ea n dt h e n i t r o g e ni n t e r c e p ta b i l i t yc o u l db ed i f f e r e n t , s ot h en o n - p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nl e v e l s o fn i t r o g e nc a na l s ob ed i f f e r e n tc o r r e s p o n d i n g l y , e v e nu n d e rt h es a m er a i n f a l l s i t u a t i o n ；4 1i nd i f f e r e n th y d r o l o g i c a ly e a r s ，r u n o f fd i f f e r e n c ew a ss m a l l ，b u tt h e s e d i m e n ta n dn o n - p o i n ts o u r c en i t r o g e no u t p u td i f f e r e n c ew e r eb i g g e r f r o m2 0 01t o 2 0 0 8 ，r u n o f f , s e d i m e n ta n dn o n p o i n ts o u r c en i t r o g e ni nw e ty e a rw e r e1 4t i m e s ，3 5 t i m e sa n d1 8t i m e sa st h a to fd r yy e a r , r e s p e c t i v e l y i tc a l lb es e e nt h a tt h es e d i m e n t e r o s i o nw a sm o r es e n s i t i v et or a i n f a l lt h a nr u n o f fa n dn i t r o g e n ，a tt h es a m et i m e a b s t r a c t s h o w e di n d i r e c t l yt h a t ，h i g hi n t e n s i t yr a i n f a l lw a st h em a i nf a c t o ro fs e d i m e n te r o s i o n ； 5 ) b yi d e n t i f i c a t i o no fc r i t i c a l s o u r c ea r e a so fn i t r o g e ni ns t u d ya r e a , n i t r o g e n n o n p o i n ts o u r c ep o l l u t i o nc r i t i c a l a r e a sw a sc o n f i r m e da sl e v e l5 ( t h eh i g h e s t l e v e l ) ：6 1b a l a n c e df e r t i l i z a t i o nw a sm o s t e f f i c i e n tt oc u td o w nt h en o n p o i n ts o u r c e 1 1 i 虹o g e np o l l u t i o n , v e g e t a t i o nb u f f e rh a do b v i o u se f f e c to nr u n o f f , s e d i m e n t e r o s i o n a n dn i t r o g e nl o s s k e yw o r d s ：t a or i v e r b a s i n ，a g r i c u l t u r a ln o n p o i n t s o u r c ep o l l u t i o n ，n i t r o g e n b a l a n c e ，a n n a g n p sm o d e l ，k e ys o u r c ea r e a , b e s tm a n a g e m e n tp r a c t i c e v l i 第一章绪论 第一章绪论 1 1 选题依据及意义 自2 0 世纪7 0 年代以来，随着点源污染逐渐得以控制，非点源污染对生态 环境，尤其是对水环境的影响凸显并引起人们的高度关注，非点源污染己成为 水环境的首要污染源和第一大污染源 。资料显示，全球受非点源污染影响的陆 地面积达到3 0 0 0 - - - 5 0 。美国环保局在对本国的河流和湖泊调查后发现，农业非 点源污染是导致河流和湖泊污染的第一大污染源【2 1 ，有约6 0 的水体污染由农业 非点源污染引起【3 1 ，即使点源污染得到全面控制，河流、湖泊和海域的水质达标 率也分别仅为6 5 、4 2 和7 8 嘣4 1 。欧洲国家也有类似的结论，奥地利北部地区 水环境的氮污染主要由非点源引起；丹麦2 7 0 条河流由非点源贡献的氮、磷负 荷分别为总负荷的9 4 和5 2 【5 】；在荷兰，由农业非点源贡献的总氮、总磷分别 为总负荷的6 0 和4 0 5 0 l 6 】；德国也因过量施肥导致一条河流中磷的浓度超 过0 2 m g l 。我国非点源造成的水体污染也非常严重，河流、湖泊、水库、海湾 等水体的富营养化现象日益突出，在三峡库区大宁河、天津于桥水库、北京密 云水库、安徽巢湖、云南洱海及滇池、太湖和上海淀山湖等水域，非点源污染 所占比重均已超过点源污染。例如，云南洱海的年总氮负荷约9 8 9 1 v a ，总磷负 荷为1 0 8 1 t a ，其中非点源氮和磷污染所占比例( 9 7 1 和9 2 5 ) 远远大于点源 ( 3 和7 5 ) 7 1 ；密云水库污染年总负荷量中，非点源氮和磷所占比例分别为 6 6 和8 6 t 8 】；巢湖非点源污染负荷也占很大的比重，其中非点源氮和磷分别占 总负荷的7 4 和6 8 t 9 】；太湖和滇池富营养化严重，其中非点源氮和磷占污染总 负荷量的比例分别为6 4 、3 3 4 和5 2 7 、7 7 。 当前，我国水环境污染物的构成正处于快速转变的时期。随着城市污水处 理率的逐步提高、工业点源污染的削减和清洁生产的实施，点源污染逐渐得以 控制，非点源引起的水体污染所占比重越来越大，影响日益突出。在水污染控 制中呈现出点源可调整的空间越来越小，而非点源可调整的空间相对增大的趋 势。江西省是我国的农业大省，农业非点源污染是非点源污染的最主要来源， 因此，本文选取桃江小流域进行农业区非点源污染研究，具有很强的现实意义。 从理论角度来说，由于农业非点源污染以广域的、分散的、微量的形式进 第一章绪论 入地表及地下水体，非点源污染规律以及控制措施的研究，单纯依赖监测、调 查、测试的手段，是十分昂贵和不切实际的。农业非点源控制技术的效果实施， 也很难通过大量的实验或检测来证明。基于此，本文采取目前最为前沿的研究 方法农业非点源模型模拟方法，利用美国农业部研发的a n n a g n p s ( a n n u a l i z e da g r i c u l t u r a ln o n p o i n ts o u r c e ) 连续模拟模型来模拟桃江流域的农 业非点源污染。该方法集成了空间统计分析、时空连续性分析、遥感技术( r e m o t e s e n s i n g ，r s ) 、地理信息系统( g e o g r a p h i c a li n f o r m a t i o ns y s t e m ，g i s ) 、气象学、 水文学、水动力学、土壤学及植物学等知识和相关模块，并通过a r c v i e w g i s a n n a g n p s 界面和用户友好对话，它能较为客观的模拟和预测农业非点源 污染的发生机理和流失规律，通过建立农业管理措施与流域水文、水质的响应 关系，进行最佳管理措施( b e s tm a n a g e m e n tp r a c t i c e ，b m p s ) 方案的风险评估 及其效益分析，因此对于农业非点源污染机理的研究具有很好的示范作用。 我国基于物理机制的农业非点源模型仍旧处于推广阶段，当前在江西红壤 地区的农业非点源大型模型的适用性评价和模型模拟研究还处于起步阶段。鉴 于此，本文以本文以国家自然科学基金( 5 1 1 6 9 0 1 9 、2 1 2 7 6 1 2 1 ) 、江西省自然科 学基金项目( 2 0 0 9 g z h 0 0 7 5 、2 0 1 2 2 b a b 2 0 3 0 21 ) 、江西省主要学科学术带头人 培养对象资助( 赣科发计字 2 0 0 6 1 1 5 5 号) 为依托，选择鄱阳湖流域桃江小流域 农业区为研究对象，在氮平衡模型基础上，利用农业非点源污染模型a n n a g n p s 对桃江小流域进行非点源定量模拟，综合分析流域的农业非点源氮的来源、时 空分布及变化规律，为江西省境内湖泊、河流的农业非点源污染控制决策及农 业生态系统的科学利用和管理提供依据，对实现农业与环境的可持续发展具有 重要的理论价值及现实意义。 1 2 农业非点源污染国内外研究综述 非点源污染是相对于点源而言的。n o v o t n y 和o l e m 1 1j 提出，非点源污染是 指溶解的和固体的污染物从非特定的地点，在降雨( 或融雪) 冲刷作用下，通 过径流过程汇入受纳水体( 包括河流、湖泊、水库和海湾等) 并引起水体的富 营养化或其它形式的污染；1 9 9 7 年，按照美国联邦水污染控制法( 1 9 7 2 ) 所作的解 释，凡是向环境排放污染物是个不连续的分散过程，而又不能用一般常规处理 方法获得改善的排放源，即为非点源污染，包括农业化肥及农药的使用、大气 2 第一章绪论 沉降、野生动物排泄物、林场和牧场等；美国清洁水法修正案( 1 9 9 7 ) 对非点 源污染的定义为：污染物以广域的、分散的、微量的形式进入地表及地下水体。 在工农业生产与人们的生活中，土壤泥沙颗粒、氮磷等营养物质、农药等 有害物质、秸秆农膜等固体废弃物、畜禽养殖粪便污水、水产养殖饵料药物、 农村生活污水垃圾、各种大气颗粒物等，通过地表径流、土壤侵蚀、农田排水、 地下径流、地下淋溶、大气沉降等形式进入水、土壤或大气环境均能造成非点 源污染。与点源污染相比，非点源污染具有分散性、隐蔽性、随机性、潜伏性、 累积性和模糊性的特点，具体体现见表1 1 ，因而对其的防治十分困难。依据污 染发生区域和过程的不同，一般将非点源分为城市非点源污染和农业非点源污 染两大类，目前农业非点源污染是国内外研究和探讨的热点【6 1 2 - 1 9 1 。在我国，农 业非点源污染得到越来越强烈的关注【1 6 ，1 9 。2 1 】。一方面，我国农业耕作管理水平 相对落后，化肥农药的使用不科学，导致农业非点源污染十分严重；另一方面， 从污染物总量控制的角度来看，点源的控制使得其削减的空间很小，而农业非 点源却蕴藏着巨大的削减空间。因此，在水污染物总量控制的今天，农业