基于AnnAGNPS模型的中田河流域土地利用變化對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽輸出影響模擬研究.pdf

1、土地利用及其變化對(duì)非點(diǎn)源污染的影響研究是當(dāng)前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，水體中的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽是造成非點(diǎn)源污染的重要影響因素。太湖地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，土地利用年際變化較大，近幾年水環(huán)境問題突出，研究太湖流域地區(qū)土地利用變化對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽輸出影響對(duì)整治水質(zhì)污染具有重要的意義。本研究選用太湖地區(qū)典型低山丘陵小流域——中田河流域?yàn)檠芯繀^(qū)，通過遙感影像解譯獲得了中田河流域分析了1979、1988、2001、2010、2013年的土地利用情況，并預(yù)測(cè)出2018年土地利

2、用情況，通過在中田河流域驗(yàn)證AnnAGNPS模型之后，對(duì)流域內(nèi)1975～2018年氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽輸出進(jìn)行了模擬，分析了中田河流域連續(xù)時(shí)間段內(nèi)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的輸出變化和規(guī)律，從土地利用的類型、面積比例變化、景觀格局變化、土地利用強(qiáng)度變化等角度對(duì)流域內(nèi)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽輸出的濃度、強(qiáng)度和負(fù)荷進(jìn)行了分析，探討了土地利用變化對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽輸出變化的影響。得出的主要結(jié)論如下:
　　1.中田河流域土地利用變化分析。1979年～2013年35年間流域內(nèi)土地利用主

3、要類型為林地、耕地和城鎮(zhèn)用地，三者所占面積比例均在85％以上，隨著城鎮(zhèn)化水平提高和生態(tài)環(huán)境的改善這個(gè)比例還將繼續(xù)升高并逐漸保持穩(wěn)定。土地利用類型變化最大的是草地和裸地，其次為耕地和城鎮(zhèn)用地，最后為林地和水域。在未來時(shí)段(2013～2018年)，土地利用變化主要是集中在城鎮(zhèn)用地和水域面積的增加上，裸地和草地面積將大幅度減少。同時(shí)，隨著時(shí)間變化，中田河流域景觀的空間異質(zhì)性有所加強(qiáng)，流域優(yōu)勢(shì)景觀類型從林地+耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?建設(shè)用地+耕地，景觀

4、的均勻度增加。35年間流域的土地利用強(qiáng)度總體變化不大，但是總體呈上升趨勢(shì)。中田河流域的土地利用情況在1979～1988年處于調(diào)整期，1988～2001年處于緩慢發(fā)展期，2010年生態(tài)環(huán)境開始恢復(fù)變好，2013年土地利用強(qiáng)度增大，在未來2018年土地利用強(qiáng)度的增加量主要來自于城鎮(zhèn)用地。
　　2.中田河流域AnnAGNPS模型的構(gòu)建。模型的參數(shù)敏感性分析結(jié)果表明，對(duì)模型輸出結(jié)果影響較大的參數(shù)主要是CN、LS、K以及肥料參數(shù)、作物管理參

5、數(shù)、土壤參數(shù)等。模型的營(yíng)養(yǎng)鹽輸出主要通過徑流沖刷和土壤侵蝕為載體輸出，其結(jié)果的準(zhǔn)確性與徑流和土壤侵蝕密切相關(guān)。根據(jù)參數(shù)敏感性分析結(jié)果在中田河流域進(jìn)行了模型校準(zhǔn)和驗(yàn)證結(jié)果表明，年徑流模擬在校準(zhǔn)期和驗(yàn)證期偏差基本都控制在5％以內(nèi)?？偟?TN)的模擬與實(shí)測(cè)值偏差在校準(zhǔn)期基本控制在20％以內(nèi)，效率系數(shù)Ens達(dá)到了0.97，決定系數(shù)R2達(dá)到了0.9913，在驗(yàn)證期內(nèi)，模型對(duì)TN模擬的效率系數(shù)Ens為0.88，決定系數(shù)R2為0.8906;總磷(TP

6、)的模擬偏差在驗(yàn)證期基本在30％～40％之間，效率系數(shù)Ens為0.83，R2為0.8676，驗(yàn)證期決定系數(shù)R2為0.8149。模型對(duì)徑流和氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽的模擬效果優(yōu)秀，說明AnnAGNPS模型在中田河流域的非點(diǎn)源污染模擬上具有較好的適用性，可以作為模擬工具對(duì)中田河流域的氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽輸出變化進(jìn)行研究。同時(shí)，由于中田河流域在太湖流域?yàn)榈湫偷牡蜕角鹆晷×饔?，其氣候、土壤及其他情況與太湖流域其他小流域類似，因此可以為AnnAGNPS模型在太湖流域的推

7、廣和應(yīng)用提供借鑒。
　　3.應(yīng)用AnnAGNPS模型，結(jié)合主要?dú)v史年份的土地利用情況，模擬了中田河流域1975～2018年氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽輸出情況和規(guī)律。分析表明1975～2018年44年中TN和TP輸出負(fù)荷在一年內(nèi)的變化規(guī)律隨降雨和徑流變化明顯，在5～9月份較高，其余月份（1～4月、10～12月）較低，TN輸出負(fù)荷最高值出現(xiàn)在7月份(7255.79 kg)，最低值出現(xiàn)在12月份(412.41kg)。TP輸出負(fù)荷在6月份最高(945 k

8、g)，最低值與TN相同，同樣出現(xiàn)在12月份(42.54 kg)。在年際變化中，TN和TP的輸出量也隨著徑流變化明顯，1991年TN輸出負(fù)荷最大，達(dá)到111138.34 kg，而1997年則相反，只有7263.80 kg，TP的輸出水平在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)處于一個(gè)相對(duì)降低的水平，除個(gè)別徑流較大的年份之外基本都維持在7000～8000 kg/年的水平，最高值同樣出現(xiàn)在1991年，為19363 kg，最低值為1997年，只有982kg。但是在近幾年

9、TN和TP輸出負(fù)荷量較過去明顯減少，這得益于環(huán)境整治和居民環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，在未來時(shí)段(2014～2018年)內(nèi)，TN和TP的輸出負(fù)荷量還將進(jìn)一步減少。
　　4.流域內(nèi)土地利用變化對(duì)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽輸出有較大影響，具體表現(xiàn)在:流域內(nèi)氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽輸出強(qiáng)度高的區(qū)域都集中分布在中田河河道兩側(cè)的耕地和城鎮(zhèn)用地區(qū)域，說明耕地和城鎮(zhèn)用地是氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽輸出的關(guān)鍵區(qū)域，兩者的年平均氮磷輸出強(qiáng)度在各個(gè)時(shí)間段內(nèi)都高于其他土地利用類型。各土地利用類型TN的輸出強(qiáng)度

10、由強(qiáng)到弱依次為耕地、城鎮(zhèn)用地、林地、裸地、草地和水域，TP的輸出由強(qiáng)到弱依次為城鎮(zhèn)用地、耕地、裸地、林地、草地和水域。未來時(shí)間段（2014～2018年）隨著耕地面積的減少、土地利用強(qiáng)度的增加和城鎮(zhèn)發(fā)展水平的提高等，耕地和城鎮(zhèn)用地TN的輸出強(qiáng)度將會(huì)略有增加，TP會(huì)稍微降低，而其他土地利用類型將會(huì)有不同程度的降低。土地利用變化對(duì)TN和TP的輸出濃度變化與單一土地利用類型面積變化關(guān)系不大，而是多種土地利用類型相互作用的結(jié)果;景觀格局的變化與T