应用SWAT模型探究平原流域氮磷流失规律及控制方法

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R2＞0.65，ENS＞0.60，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。

目录

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论文说明

致谢

摘要

图表索引

Index of tables and figures

缩略词清单

1．绪论

1．1 研究背景

1．2 SWAT模型应用研究现状分析

1．2．1 国内外研究现状分析

1．2．2 SWAT模型径流模拟研究进展

1．2．3 SWAT模型径流参数敏感性分析

1．3 研究目的及意义

1．3．1 研究内容

1．3．2 技术路线

1．4 研究条件

2．SWAT模型在平原水稻种植流域的应用

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 研究区域概况

2．2．2 自然条件

2．2．3 污染情况

2．3 基础数据库构建

2．3．1 数据收集及来源

2．3．2 数据初步处理及数据库构建

2．4 SWAT模型构建与运行

2．4．1 子流域划分

2．4．2 HRU划分

2．4．3 数据库信息编辑

2．5 SWAT模型率定与验证

2．5．1 敏感性分析、率定以及验证方法

2．5．2 SWAT模型的率定与验证

2．6 流域氮磷流失强度分布

2．7 本章小结

3．免耕对水稻种植流域氮磷输出的影响

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 研究区域

3．2．2 SWAT模型的耕作方式的改变

3．3 结果

3．3．1 免耕模式对流域径流与总氮、总磷输出的影响

3．3．2 免耕模式对于流域中水稻产量的影响

3．4 讨论

3．4．1 免耕模式对于径流流量的影响

3．4．2 免耕模式对于氮、磷输出的影响

3．4．3 免耕模式对于水稻产量的影响

3．4．4 嘉兴平原流域和东苕溪上游流域的免耕效果的差别

3．5 本章小结

4．稻田比例对流域氮磷输出负荷的影响

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．3 结果

4．3．1 流域总氮、总磷输出负荷

4．3．2 稻田比例对氮磷输出负荷的影响

4．4 讨论

4．4．1 稻田比例对稻田氮磷输出负荷的影响

4．4．2 稻田湿地的现实意义

4．5 本章小结

5．结论与展望

5．1 研究结论

5．2 论文创新点

5．3 研究展望

参考文献

作者简历、科研成果及奖励

附录