基于景观单元养分盈亏平衡的小流域农业面源污染模拟

以南水北调中线工程水源地- - 丹江口库区的小流域为研究对象，应用遥感、野外监测和实地调查等多种数据，结合地理信息系统技术、过程模拟等多种手段，通过小尺度上的野外景观单元制图和采样分析，以景观单元为基础，研究土壤、植物以及水体中氮磷的时空分布特征及其动态变化过程，并结合人类活动对氮磷输入与输出的影响，评价各类景观单元中养分（氮磷）的动态变化与收支平衡，揭示其与流域面源间的耦合机制。结合流域下垫面特征和降雨径流过程，通过物质动态平衡和数学模拟，定量模拟流域面源污染的负荷及其时空变化特征。在此基础上，从流域尺度上模拟流域面源污染形成过程，从景观尺度上辨别流域面源污染的关键源区，为科学合理地控制面源污染和保护南水北调中线水源区的水质提供科学依据。

丹江口水库作为南水北调中线工程水源地，其水质好坏决定工程的成败。流域面源污染作为重要污染源对水库水质影响很大。面源污染归根结底是氮、磷等营养物质在时空过程上的“盈亏”失衡造成的，降低面源污染形成的危害最可靠的方法是识别关键污染源区并控制其养分物质的来源。本研究以丹江口库区典型流域----五龙池流域为研究对象，以景观单元为基础，结合遥感、实地调查和野外监测数据，运用地理信息系统技术、回归模型、面源污染模型和养分盈亏平衡模型等对流域和景观单元尺度内氮、磷营养物质时空分布和动态变化进行研究。研究结果表明，土地利用类型和结构影响氮、磷输出。居民地和旱地是水体面源污染氮、磷的主要污染来源，但在枯、丰水期对水体的贡献不同。在枯水期，旱地是氮输出的主要来源；在丰水期，居民地是氮、磷输出的主要来源。降雨是面源污染运移的重要驱动力，氮、磷营养物质在不同降雨强度下变化规律不同。降雨量增大，氮、磷输出负荷升高，但其浓度变化却呈现滞后性。对于流域一年两熟耕作方式，上半年油菜种植单元氮、磷盈余总量最大，单位面积盈余量最高。下半年花生、红薯等出现氮、磷盈余，但玉米亏损量为最大，单位面积亏损量最高。不同年份间，作物比例和空间分布不同，其氮、磷盈亏量不同。