平原灌區(qū)農(nóng)田養(yǎng)分非點源污染研究進(jìn)展

郝韶楠，李敘勇，杜新忠，張汪壽

1. 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京 100085；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

平原灌區(qū)農(nóng)田養(yǎng)分非點源污染研究進(jìn)展

郝韶楠1, 2，李敘勇1*，杜新忠1, 2，張汪壽1, 2

1. 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點實驗室，北京 100085；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049

摘要：平原灌區(qū)作為農(nóng)業(yè)規(guī)?；a(chǎn)的基地，在農(nóng)業(yè)乃至經(jīng)濟社會發(fā)展中起到了重要作用，但是隨著農(nóng)業(yè)的發(fā)展，平原灌區(qū)農(nóng)田非點源污染問題日益嚴(yán)重，研究平原灌區(qū)農(nóng)田非點源污染具有重要意義。文章以平原灌區(qū)污染物隨水文循環(huán)遷移過程為基礎(chǔ)對平原灌區(qū)養(yǎng)分非點源污染研究進(jìn)行綜述。（1）平原灌區(qū)農(nóng)田非點源污染的主要來源是過量的化肥施用，農(nóng)藥和農(nóng)膜，秸稈等農(nóng)作物的降解，牲畜糞便，污水灌溉，灌溉引起的鹽漬化以及大氣的干濕沉降等；產(chǎn)生及影響因素主要有土壤的理化性質(zhì)，水分的輸入方式和人為管理措施等。（2）降雨徑流及灌溉排水條件下污染物在多級渠系中的遷移規(guī)律和灌區(qū)地表水與地下水的交互耦合作用決定了平原灌區(qū)農(nóng)田非點源污染的輸送途徑與特征。（3）在監(jiān)測資料比較缺乏時，采用輸出系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷估算；在監(jiān)測資料充足情況下，采用針對灌區(qū)特殊的水文特征而改進(jìn)的經(jīng)典水文模型對平原灌區(qū)農(nóng)田非點源污染的負(fù)荷進(jìn)行估算。（4）新型肥料、配方施肥、合理的耕作措施及生態(tài)溝渠的設(shè)置有利于平原灌區(qū)農(nóng)田非點源污染的控制，TMDL （Total Maximum Daily Loads）為平原灌區(qū)農(nóng)田非點源污染控制提供可靠的依據(jù)。針對平原灌區(qū)非點源污染研究現(xiàn)狀，提出了中國開展平原灌區(qū)農(nóng)田非點源污染研究的重點，包括養(yǎng)分污染物在多級溝渠中的遷移，灌區(qū)地表與地下水水量水質(zhì)耦合模型的建立，分級控制單元與TMDL的制定以及多模型結(jié)合模擬等，可望在控制農(nóng)業(yè)非點源污染方面起到指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：平原灌區(qū)；農(nóng)田；非點源

引用格式：郝韶楠，李敘勇，杜新忠，張汪壽. 平原灌區(qū)農(nóng)田養(yǎng)分非點源污染研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2015, 24(7): 1235-1244.

HAO Shaonan, LI Xuyong, DU Xinzhong, ZHANG Wangshou. A review on Non-point Source Nutrient Pollution of Irrigation Plain Areas [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2015, 24(7): 1235-1244.

非點源污染（Non-point source pollution，NPSP）與點源（Point source pollution，PSP）污染相對應(yīng)，是指溶解態(tài)或固體污染物從非特定的地點，在降水和徑流沖刷作用下，通過降水、徑流、淋溶、壤中流以及地下水回流等過程而匯入受納水體（如河流、湖泊、水庫、海灣等），引起的水體污染。非點源污染的主要形式包括土壤侵蝕、農(nóng)田化肥、農(nóng)藥的使用、農(nóng)田污水灌溉、城鎮(zhèn)地表徑流污染、礦區(qū)和建筑工地地表徑流污染、林區(qū)地表徑流污染、大氣干沉降與濕沉降（賀纏生等，1998）。隨著點源污染逐步受到控制，非點源污染逐漸成為研究的重點，農(nóng)田非點源成為非點源污染的主要污染源（Carpenter et al.，1998；崔鍵等，2006；李強坤等，2010）。

我國的耕地不到世界的1/10，但是近年來氮肥的使用量卻占全世界的近30%。農(nóng)田的污染物質(zhì)已經(jīng)成為水環(huán)境污染的主要來源。以東北松花江為例，松花江流域是我國重要的商品糧生產(chǎn)基地，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村生活是最主要的水污染源，對松遼流域水環(huán)境污染的影響相當(dāng)大。我國農(nóng)藥化肥利用率只有30%左右，部分未利用的化肥隨著農(nóng)田退水進(jìn)入江河，最終導(dǎo)致水體污染。據(jù)中國工程院重大咨詢項目調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2003年第二松花江流域農(nóng)牧業(yè)非點源污染導(dǎo)致的COD排放量已達(dá)13萬t，占流域排放總負(fù)荷的41%，同時農(nóng)藥的使用量已經(jīng)超過0.46萬t，且呈現(xiàn)逐年上升的趨勢?！吨袊攸c流域非點源污染負(fù)荷估算研究》結(jié)果表明，松花江流域非點源污染氮、磷排放主要來自農(nóng)用化肥和畜禽養(yǎng)殖業(yè)，其中來自農(nóng)用化肥的氮、磷排放占非點源排氮量、排磷量的58%和55%。由此可見，控制灌區(qū)農(nóng)田非點源污染占有十分重要的地位。本文對平原灌區(qū)農(nóng)田養(yǎng)分非點源污染產(chǎn)生的來源、影響因素、輸送、負(fù)荷估算及控制的相關(guān)研究進(jìn)行總結(jié)，以期為保護(hù)平原灌區(qū)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1　平原灌區(qū)農(nóng)田非點源污染的來源、產(chǎn)生及其影響因素

1.1平原灌區(qū)農(nóng)田非點源污染的來源

平原灌區(qū)農(nóng)田污染物的主要來源是過量的化肥施用，農(nóng)藥和農(nóng)膜，秸稈等農(nóng)作物的降解，牲畜糞便，污水灌溉（陸建紅，2012），灌溉引起的鹽漬化以及大氣的干濕沉降等。過量施肥引起的水體富營養(yǎng)化導(dǎo)致水中動物賴以生存的溶解氧降低，進(jìn)而影響水中生物；過量氮素污染水體可以直接引起人體健康疾病，而過量磷素對健康的影響則是間接的，它先對水體進(jìn)行富營養(yǎng)化，進(jìn)而對人類健康造成威脅（Correll，1999）；農(nóng)藥的施用是有毒污染物的主要形式，有毒污染物，主要是指重金屬，殺蟲劑和有機化合物等，許多有毒的化合物由于降解系數(shù)比較小，進(jìn)而在食物鏈中形成富集效應(yīng)，對人類和環(huán)境造成影響；農(nóng)業(yè)垃圾，例如塑料制品和泡沫等，會對水體造成危害，在農(nóng)地系統(tǒng)中，用于覆蓋地表的農(nóng)膜則是造成水體污染的主要垃圾形式；大氣的干濕沉降是指大氣中的粉塵、煙塵及有毒、有害物質(zhì)等直接降落到水面或隨同降雨或降雪而落到水體表面，從而造成水環(huán)境的非點源污染。

1.2平原灌區(qū)農(nóng)田污染的產(chǎn)生及其影響因素

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，降水、地表水、土壤水和地下水的相互交替、轉(zhuǎn)化的過程是最基本的水文過程（沈彥俊等，2011），在灌區(qū)農(nóng)田中，需將灌溉因素考慮進(jìn)去。對農(nóng)田水分循環(huán)與氮磷產(chǎn)出過程造成影響的主要有土壤的理化性質(zhì)，水分的輸入方式和人為管理措施等。

1.2.1土壤性質(zhì)的影響

氮磷輸出負(fù)荷不僅受到土壤氮磷元素的含量、含水量、機械組成等影響，且施肥量超過農(nóng)田的需肥量時，化肥的過量施用是非點源污染產(chǎn)生的重要因素。灌區(qū)土壤作為基質(zhì)部分，在農(nóng)田水分循環(huán)中起到調(diào)節(jié)和分配水量的作用，其理化性質(zhì)與水文循環(huán)影響下的平原灌區(qū)農(nóng)田氮磷的輸出負(fù)荷（程艷等，2009）存在一定的相互關(guān)系。Withers et al.（2002）通過研究發(fā)現(xiàn)農(nóng)田氮流失量與土壤礦物氮濃度之間存在明顯的正相關(guān)關(guān)系。Andraski et al.（2003）研究發(fā)現(xiàn)土壤磷元素的含量對于可溶性磷鹽的輸出是一個非常有效的指示指標(biāo)，Davis et al.（2005）通過進(jìn)一步的研究發(fā)現(xiàn)不同機械組成的土壤類型具有不同的土壤磷臨界值，但是土壤氮磷值并不是衡量土壤氮磷流失潛力的唯一指標(biāo)；歐陽威等通過主成分分析方法在農(nóng)田區(qū)對土壤的速效磷、全磷、全氮、全鉀、銅、鋅、鎘的含量進(jìn)行分析，選定全磷和鋅作為表層土壤磷流失潛力的指示指標(biāo)，選定銅和鎘作為亞表層土壤氮磷流失潛力的指示指標(biāo)（Ouyang et al.，2012），土壤流失潛力還與氣候、地形和農(nóng)業(yè)活動相關(guān)（Sharpley et al.，1996）。土壤磷素輸出不僅與磷元素的含量相關(guān)，還與土壤的前期含水量，有機質(zhì)等密切相關(guān)。Torbert et al. （1999）通過對粘性土壤干（350 g·kg-1）濕（500 g·kg-1）兩種狀況的對比研究發(fā)現(xiàn)，土壤含水量高的土壤具有較高的流失潛力，王曉燕（2011）通過研究發(fā)現(xiàn)了相似的結(jié)論。Bundy et al.（2001）通過研究發(fā)現(xiàn)施肥量超過了農(nóng)田的需肥量，化肥的過量施用是產(chǎn)生非點源污染的重要源頭。

1.2.2水分輸入方式的影響

灌區(qū)的水分輸入分為自然降雨與人為灌溉，其中人為灌溉分為漫灌、噴灌等方式。降雨徑流中氮磷營養(yǎng)物質(zhì)的非點源排放被認(rèn)為是造成水體富營養(yǎng)化的主要原因（Han et al.，2010）。降雨量（Sharpley et al.，2008）、降雨強度是影響農(nóng)田污染物輸出的最主要因素之一，分為濺蝕和沖蝕兩個階段，降雨量和降雨強度決定了濺蝕的動能大小和產(chǎn)流的大小且與農(nóng)田污染物的輸出成較好的線性關(guān)系，但是灌區(qū)稻田表面水層保護(hù)田面不受雨滴打擊，減弱了降雨對土壤表層的濺蝕作用（曹志洪等，2005）。梁新強等（2005）通過在天然降雨條件下對水稻田氮磷的輸出進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，降雨徑流中總氮、總磷的流失濃度隨著降雨量和施肥量的增加而增大；可溶解氮是天然徑流中流失氮的主要形式，磷流失以顆粒態(tài)為主；降雨和施肥量是影響氮磷素輸出的主要因子。一般情況下，在單位時間內(nèi)降雨量越大，農(nóng)田的氮磷輸出就越高。由于河流灌溉和地下水灌溉的引入，不僅改變了灌區(qū)下墊面的自然狀態(tài)，也影響了區(qū)域的徑流、蒸發(fā)等水平衡要素的計算及相互間的轉(zhuǎn)化關(guān)系（王康，2012），與旱作農(nóng)田降雨徑流中的污染物流失情況有所不同（黃滿湘等，2001）。

與降雨徑流不同的是灌溉改變了下墊面的性質(zhì)從而減弱了雨滴的濺蝕作用，而不同的灌溉方式對氮磷的產(chǎn)生有不同的影響。Spalding et al.（2001）研究發(fā)現(xiàn)由漫灌改成噴灌之后，氮的淋失會大大地減少，但是產(chǎn)量的減少量并不大。曾阿妍等（2008）通過對內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)灌區(qū)引黃灌溉的2次主要大規(guī)模灌溉（夏澆、秋澆）的跟蹤監(jiān)測，研究了農(nóng)業(yè)灌區(qū)的氮磷流失情況。分析了2次灌溉期的各引水渠和排水渠中總氮（TN）、氨氮（NH4+-N）、硝氮（NO3--N）、總磷（TP）、溶解性無機磷（DIP）、溶解性有機磷（DOP）、顆粒磷（PP）的變化情況。研究表明：夏澆時，由于植物吸收、灌水量小等因素，基本不產(chǎn)生污染。而秋澆期間，由于灌水量大、土地裸露成為非點源污染產(chǎn)生的主要時期，杜軍等（2011）通過河套灌區(qū)烏拉特灌域的不同灌期農(nóng)田氮素遷移研究發(fā)現(xiàn)，秋澆期河套灌區(qū)土壤中的硝態(tài)氮最易發(fā)生淋洗，且是灌區(qū)產(chǎn)生農(nóng)業(yè)面源污染最嚴(yán)重的時期。

灌區(qū)對氮磷非點源輸出產(chǎn)生重要影響的是對下墊面覆水性質(zhì)的改變，農(nóng)田上覆水減輕了降雨的濺蝕作用，從而減少了氮磷的輸出；在灌溉水量超過農(nóng)田需水量及土地裸露的情況下，易產(chǎn)生非點源污染；噴灌可以極大的減少非點源污染的產(chǎn)生，但是對作物產(chǎn)量的影響較小。因此，在灌區(qū)采用“測土施肥”及噴灌等較為先進(jìn)的灌溉方式可以極大的較少非點源污染的產(chǎn)生。

1.2.3作物類型的影響

作物對農(nóng)田氮磷產(chǎn)生的影響主要通過不同的葉面積指數(shù)與影響降雨過程，作物生長時期不同的吸收能力以及不同的根系深度對淋溶進(jìn)行影響。馬東等通過在嶗山水庫流域建立了種植5種代表性作物玉米、大豆、花生、紅薯和黃瓜的徑流小區(qū)在大雨或暴雨產(chǎn)流中溶解態(tài)氮磷濃度進(jìn)行了定位觀測，結(jié)果顯示，施肥條件和作物類型是造成氨氮、硝氮等水溶性氮的事件平均濃度（event mean concentrations，EMCs）差異的主要原因；氮磷遷移量與次降雨量、小時最大雨強呈現(xiàn)顯著正相關(guān)（馬東等，2012），但其沒有考慮到相同葉面積指數(shù)下，植被分布對污染物輸出的影響。Liang et al.（2004）等通過人工降雨方法對西笤溪5種不同的土地利用的氮磷輸出進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在不同的植被條件下，地表徑流的氮磷輸出存在顯著的差異。張福珠等（1984）通過在水稻幼苗期和旺盛生長期等量施氮，發(fā)現(xiàn)前者壤中流氮含量大大高于后者，這是由于根系不同發(fā)育程度及其對肥料的吸收能力不同造成的。“淋失”通常以根底層為邊界定義的。Thorup-Kristensen et al.（2003）等通過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)爻^土壤的吸附能力并超過根系達(dá)到的最深深度時，營養(yǎng)元素將不再被作物吸收利用而形成淋溶。

作物通過葉面積指數(shù)對降雨強度的影響污染物的輸出；不同作物對肥料吸收能力的不同、同一作物不同生長時期對肥料吸收能力的變化及不同作物根系發(fā)育的不同進(jìn)而對灌區(qū)農(nóng)田非點源的輸出造成影響。

1.2.4農(nóng)田管理措施的影響

不同的農(nóng)田管理措施對農(nóng)田污染物的輸出有重要的影響。段永惠等（2005）通過實地調(diào)查與模擬實驗相結(jié)合的方法，研究了不同肥料品種、不同施肥強度、不同施肥時間與方式對土壤地表徑流N、P流失的影響。結(jié)果表明，農(nóng)田徑流N、P的流失量與施肥量有一定的正相關(guān)性，就施肥方式而言，深施或穴施比表施可顯著降低徑流中N、P的流失量。李強坤等（2011）在青銅峽灌區(qū)分析了不同灌水量、施肥量和施肥方案下水稻田的田間產(chǎn)污強度。結(jié)果表明，灌水量與田間產(chǎn)污強度呈指數(shù)增長關(guān)系，施肥量與田間產(chǎn)污強度呈正相關(guān)；其次，即使在施肥量相同的情況下，不同的施肥方案下，田間產(chǎn)污強度也有較大差別。Munodawafa（2007）通過研究發(fā)現(xiàn)保水保肥措施可以極大的減少地表水體的污染。辛艷等（2012）選取大豆作為種植作物，在天然降雨條件下，采用順壟、橫壟、免耕、免耕秸稈覆蓋等耕作模式進(jìn)行組合試驗，結(jié)果表明：傳統(tǒng)耕作順壟+平翻模式下，氮、磷流失濃度最高；免耕和免耕秸稈覆蓋在順壟布置下與傳統(tǒng)平翻耕作相比，總氮總磷的流失量減少；與順壟耕作組合模式相比，橫壟耕作組合有效地減小徑流中各種養(yǎng)分的流失濃度，減少總氮流失35%，減少總磷流失35.4%。Lenzi et al.（1997）通過比較不同的犁形的翻耕方式發(fā)現(xiàn)，在雨滴的濺蝕作用下，翻耕方式的土壤遷移量要顯著高于鑿耕和免耕作用。在旱地的條件下，李友軍等通過研究發(fā)現(xiàn)深松覆蓋、免耕覆蓋能提高土壤蓄水量，土壤有機質(zhì)和氮、磷、鉀含量明顯高于傳統(tǒng)耕作，特別是對上層土壤全氮及堿解氮和深層土壤的有效磷及速效鉀的影響更為明顯，并能有效地減少地表產(chǎn)流次數(shù)和徑流量，減少土壤養(yǎng)分的流失，提高水分利用效率和養(yǎng)分的生產(chǎn)效率，顯著提高小麥產(chǎn)量。

施肥方式、農(nóng)田翻耕方式可以極大的影響非點源污染的輸出，因此，采用因地制宜的農(nóng)田管理措施對非點源污染的控制有極重要的意義。

2　平原灌區(qū)農(nóng)田非點源污染的輸送途徑與特征

灌區(qū)水循環(huán)作為灌區(qū)農(nóng)業(yè)非點源污染物的傳輸介質(zhì)與載體，對灌區(qū)水循環(huán)機理的研究對灌區(qū)非點源污染的研究具有重要的意義。平原灌區(qū)非點源污染既具有非點源污染的一般特征，也有灌區(qū)輸出的一般特征。平原特征主要指地貌特征，平原特征導(dǎo)致灌區(qū)在分級分類控制單元的劃分上存在一定的難度。灌區(qū)特征主要指人為排灌和相互交錯的多級渠系。在平原灌區(qū)水循環(huán)系統(tǒng)中，灌溉使得下墊面性質(zhì)由裸地變?yōu)樗铮瑴p弱了雨滴的濺蝕作用；其次由于多年的連續(xù)灌溉，造成地下水位較低，地表水與地下水交互作用明顯，地表的污染物容易通過土壤滲漏到地下水，從而對地下水造成污染；再次通過地表水和地下水多水源灌溉的農(nóng)田退水從農(nóng)田通過多級渠系返回到河道中，對河流造成污染，其中多級渠系對污染物的削減作用是灌區(qū)非點源污染的重點研究方向之一。因此農(nóng)田在降雨徑流及灌溉排水條件下污染物在多級渠系中的遷移規(guī)律和灌區(qū)地表水與地下水的交互耦合作用，平原灌區(qū)分級分類控制單元的劃分與TMDL的制定成為平原灌區(qū)非點源污染中考慮的關(guān)鍵問題。

平原灌區(qū)農(nóng)田污染物的遷移主要依附于水循環(huán)（如圖1）過程，，研究灌區(qū)農(nóng)田的水循環(huán)特征是灌區(qū)的農(nóng)業(yè)非點源污染研究的基礎(chǔ)，灌溉活動和天然水循環(huán)過程交織在一起，并相互影響（Ramireddygari et al.，2000；秦大庸等，2003）。灌區(qū)水循環(huán)運動影響著灌區(qū)營養(yǎng)物的運動主要通過4種形式：（1）農(nóng)田地表徑流（黃滿湘等，2001），主要指農(nóng)田退水（張愛平等，2008）以及降雨產(chǎn)流過程；（2）壤中流（陳玲等，2012），主要指滲漏（包括田塊面狀垂直滲漏（羅良國等，2000；王云慧等，2010；?；莸?，2010）、溝渠線狀垂直滲漏以及田塊到溝渠的水平滲漏（黃漪平等，2001）；（3）溝渠的運移（李強坤等，2011）；（4）地下水回流等方式進(jìn)入受納水體造成污染。本文主要對農(nóng)田地表徑流、溝渠的運移以及地下水回流這3個主要過程進(jìn)行綜述。

王康（2012）以內(nèi)蒙古河套灌區(qū)為例，系統(tǒng)的總結(jié)了灌區(qū)水均衡計算理論與方法，灌區(qū)地下水資源量分析方法，灌區(qū)地下水模擬方法，并在水文循環(huán)的基礎(chǔ)上對面源污染遷移、轉(zhuǎn)化匯集機理及模擬方法，灌區(qū)水環(huán)境進(jìn)行了研究。馬軍花等（2004）對冬小麥優(yōu)化施肥與傳統(tǒng)灌溉、優(yōu)化施肥與優(yōu)化灌溉兩小區(qū)的土壤水分和氮素運移動態(tài)以及干物質(zhì)產(chǎn)量進(jìn)行模擬，并對兩小區(qū)165 cm處硝態(tài)氮的模擬計算結(jié)果進(jìn)行了對比。岳衛(wèi)峰等（2004）根據(jù)義長灌域土地利用的主要特點，建立了以土壤水為中心的非農(nóng)區(qū)/農(nóng)區(qū)水域水均衡模型，該模型可根據(jù)歷年實測的引排水量等資料，對義長灌域的非農(nóng)區(qū)、農(nóng)區(qū)、水域以及農(nóng)區(qū)與非農(nóng)區(qū)、農(nóng)區(qū)與水域之間的水分遷移轉(zhuǎn)化進(jìn)行分析，徐峰平等（2011）利用相似方法對綠洲的水均衡進(jìn)行了相關(guān)研究。郝芳華等（2008）通過HYDRUS模型模擬了河套灌區(qū)不同灌溉時期（作物生長期和秋澆期）葵花根層（0～40 cm）土壤水的動態(tài)規(guī)律，結(jié)果表明，灌區(qū)葵花土壤的水含量在生長期呈下降趨勢；在秋澆期呈上升趨勢，土壤水滲漏動態(tài)與灌溉或降雨關(guān)系密切，生育期、秋澆期土壤水滲漏量分別與相應(yīng)時期的灌水量顯著相關(guān)。張萬順等（2005）根據(jù)水量平衡原理和營養(yǎng)物質(zhì)質(zhì)量守恒定律，考慮作物生長過程中農(nóng)田水循環(huán)和氮、磷循環(huán)特征，建立農(nóng)田灌溉退水水量水質(zhì)模型，應(yīng)用該模型對引江濟漢工程東荊河灌區(qū)農(nóng)田各水期灌溉退水的氮、磷濃度進(jìn)行估算，建立了適用于研究農(nóng)田灌溉退水問題的模型。

圖1　河套地區(qū)路面水循環(huán)路徑（郝芳華等，2008）Fig. 1 The groundwater cycle path in the Inner Mongolia agriculture irrigation area

2.1農(nóng)田地表徑流

地表徑流作為農(nóng)田非點源污染物遷移的重要形式，羅春燕（2008）通過研究發(fā)現(xiàn)，河道水總磷濃度大小順序為畜禽養(yǎng)殖場>集約化農(nóng)田>大田，溝渠水總磷濃度和溝渠底泥水溶性磷濃度與河道水總磷濃度一致，河道水總氮存量、溝渠0～5 cm底泥和0～20 cm土層土壤礦質(zhì)氮存量與非汛期的差異均不大，而溝渠水總氮存量是非汛期的1.7倍。張繼宗（2006）通過研究發(fā)現(xiàn)硝態(tài)氮和銨態(tài)氮是農(nóng)田氮素流失的主要形態(tài)，在總氮中占67%，硝態(tài)氮在總氮中所占比重遠(yuǎn)大于銨態(tài)氮，大21%。農(nóng)田耕層土壤（0～30 cm）氮素含量直接影響農(nóng)田氮素流失的強度，也直接影響著農(nóng)田旁溝渠表層底泥（0～5 cm）的氮素含量，在其它影響因素相同的前提下，農(nóng)田耕層土壤（0～30 cm）全氮含量越高，農(nóng)田氮素流失的強度就越高，產(chǎn)生高水溶性總氮濃度的次數(shù)就越多，農(nóng)田耕層土壤（0～30 cm）速效氮含量越高，農(nóng)田旁溝渠表層底泥（0～5 cm）速效氮含量就越高；而在磷的輸出中以結(jié)合態(tài)為主要形態(tài)（許其功等，2007）。陳會等（2012）對前郭灌區(qū)模擬了灌區(qū)面源污染水質(zhì)水量過程，分析了灌區(qū)農(nóng)田面源污染形成機制，得出稻田地表退水主要影響水稻抽穗前的面源污染入河過程，而滲流排水則在抽穗后灌區(qū)排水水質(zhì)中起主要作用。結(jié)果表明水稻灌區(qū)中地表排水和稻田滲漏排水對面源污染過程起主要作用。

2.2溝渠運移

農(nóng)田排水溝渠作為平原灌區(qū)農(nóng)業(yè)的重要特征且其作為面源污染物尤其是營養(yǎng)性污染物匯入下游水體的通道（Needeman et al.，2007），溝渠的環(huán)境效應(yīng)與生態(tài)功能也逐漸引起了人們的重視（陸海明等，2010；陸琦等，2007；張燕等，2012）。人工溝渠的修建加強了流域縱向水文的連通性，使整個流域?qū)λ臅r間的響應(yīng)更加的迅速，同時人工溝渠對污染物的輸出負(fù)荷也一定的削弱作用（郗敏等，2005）。張喻芳等（1997）進(jìn)行了排水條件下氮肥運移、轉(zhuǎn)化規(guī)律的研究，在水流、氮素理論和數(shù)值模擬研究的基礎(chǔ)上指出了排水條件下氮肥運移、轉(zhuǎn)化規(guī)律。李強坤等（2010）通過對自由排水和控制排水進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn)，污染負(fù)荷的減少是排水量減少和污染物濃度降低共同作用的結(jié)果，其中排水量減少起主要作用，污染物濃度降低是次要因素。李強坤等（2010）提出農(nóng)業(yè)非點源污染物在排水溝渠中的遷移轉(zhuǎn)化是農(nóng)業(yè)非點源污染控制和管理的重要環(huán)節(jié)。在簡要分析農(nóng)田排水溝渠生態(tài)結(jié)構(gòu)和生態(tài)特征的基礎(chǔ)上，歸納總結(jié)了排水溝渠中水生植物、微生物和基質(zhì)底泥各組分的生態(tài)功能以及各組分同氮磷污染物間的相互作用機理。翟麗華等（2008）通過研究發(fā)現(xiàn)，溝渠系統(tǒng)中不同斷面對氮、磷的截留轉(zhuǎn)化作用相似。姜翠玲等（2005）通過對有機質(zhì)和總氮在溝渠濕地底泥中的垂直和水平分布的研究表明，40 cm以下深度的蘆葦（Phragmitescommunis）和茭草（Zizanialatifolia）濕地底泥對有機質(zhì)和總氮有顯著的持留和累積作用；茭白對氮的吸收能力高，試驗表明，利用茭白取代野生植物，既能取得很好的凈化效果，又可被農(nóng)民主動回收，解決植物的二次污染問題。席北斗等（2007）通過研究闡明pH對溝渠沉積物氮、磷截留效應(yīng)的影響有助于掌握氮、磷在農(nóng)田排水溝渠中的遷移轉(zhuǎn)化機理，從而對控制農(nóng)業(yè)面源污染具有重要的意義。

2.3平原灌區(qū)農(nóng)田淋溶及地下水回流

張思聰?shù)龋?999）應(yīng)用LEACHM模型對唐山的農(nóng)業(yè)地區(qū)灌溉施肥條件下氮素在土壤中轉(zhuǎn)化遷移進(jìn)行了分析。郝芳華（2010）利用土柱法對灌區(qū)氮磷元素的遷移進(jìn)行了模擬發(fā)現(xiàn)灌溉導(dǎo)致土壤中總磷向深層的顯著遷移和流失。Riley et al.（2001）通過研究不同的施肥量和灌溉時間對淋溶的影響發(fā)現(xiàn)，多于農(nóng)田需肥量的施肥和施肥后的灌溉，可造成氮磷的大量淋失。馮兆忠等（2005）通過對河套灌區(qū)淺層地下水氮濃度和地下水埋深的季節(jié)變化規(guī)律調(diào)查發(fā)現(xiàn)，河套灌區(qū)淺層地下水主要來源于農(nóng)田下滲的土壤水。灌區(qū)農(nóng)田土壤硝態(tài)氮淋溶損失比較嚴(yán)重，因此應(yīng)采取節(jié)水灌溉、平衡施肥、使用緩釋肥以及套種等科學(xué)的水肥管理措施加以控制。劉宏斌等（2006）對4種不同深度的地下水研究發(fā)現(xiàn)，飲用水深度最深（120～200 m），硝態(tài)氮污染相對最輕，超標(biāo)率和嚴(yán)重超標(biāo)率分別僅為13.8%和6.9%；而淺層地下水深度最淺（3～6 m），硝態(tài)氮污染最為嚴(yán)重，超標(biāo)率和嚴(yán)重超標(biāo)率分別高達(dá)80.5% 和66.2%。由此可見地下水的埋藏越淺，淋失越容易。王鐵軍等（2006）在山東半島中部通過實地調(diào)查和滲水、硝化、吸附、彌散等室內(nèi)外試驗，建立了萊西地區(qū)包氣帶水流-溶質(zhì)運移模型，通過模擬發(fā)現(xiàn)漫灌是造成萊西地區(qū)地下水硝酸鹽污染的一個主要原因。張倩等（2010）通過對現(xiàn)有污染物遷移的估算法方法的對比，提出了一種從農(nóng)田面源污染的源和匯兩方面，在調(diào)查計算施肥量、污水回灌量、徑流流失量、作物吸收量等氮負(fù)荷的基礎(chǔ)上，利用差減法估算農(nóng)田面源污染對地下水污染負(fù)荷的影響的方法；同時定性地討論了降雨量對地下水面源污染的影響。郝芳華等（2013）定量研究了區(qū)域土壤水和地下水的變化規(guī)律，揭示了灌區(qū)水平衡要素間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系，指出灌區(qū)內(nèi)的水循環(huán)過程為灌溉（降雨）-下滲-潛水蒸發(fā)，以灌溉水的垂向灌溉入滲和潛水蒸發(fā)蒸騰消耗為主。潛水蒸發(fā)量占灌區(qū)水分消耗的90%以上，灌溉水和降雨的滲漏僅能補充潛水消耗的一部分。灌區(qū)排水分地表和地下排水，地表退水量和地下排水量分配比例差別較大。灌區(qū)多年平均灌溉水與降雨入滲補給不能滿足灌區(qū)地下水的總消耗，灌區(qū)地下水埋深呈逐年下降趨勢，而地下水的回流量僅占很少的比例。但是Bouraoui et al.（2008）通過SWAT來確定控制營養(yǎng)物質(zhì)流失的主要過程和途徑，結(jié)果表明，地下水是流域中總硝態(tài)氮負(fù)荷的主要貢獻(xiàn)者。通過比較兩者的研究區(qū)域發(fā)現(xiàn)，兩者的地下水文情況不盡相同，郝芳華等（2013）的研究區(qū)域是地勢西高東低，含水層顆粒細(xì)，潛水徑流不暢，地下水無水平排泄出路的灌區(qū)，Bouraoui et al.（2008）的研究區(qū)域是在豐富的地下水條件下，據(jù)此在基于地下水回流量的污染物定量估算過程中，研究區(qū)域水文地質(zhì)條件是需要進(jìn)行考慮的重要因素。

3　平原灌區(qū)農(nóng)田氮磷輸出負(fù)荷的監(jiān)測與估算

非點源污染負(fù)荷估算主要通過兩步來完成：一，農(nóng)田氮磷輸出負(fù)荷監(jiān)測；二，負(fù)荷估算。非點源污染監(jiān)測方案是非點源污染研究和控制的基礎(chǔ)（吳喜軍等，2013），張麗等（2013）針對目前水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測頻率較低，易造成低估了流域非點源污染物輸出負(fù)荷低估的情況，利用流域次降雨過程的連續(xù)水質(zhì)水量同步監(jiān)測資料，研究分析次降雨過程與流域非點源磷素輸出負(fù)荷之間的因果關(guān)系，并建立次降雨總量與磷素輸出負(fù)荷的定量相關(guān)關(guān)系；單元特征是平原灌區(qū)非點源污染的一個重要特征（賴斯蕓等，2004），李強坤等（2011）根據(jù)目前多數(shù)灌區(qū)的灌排模式，選擇具有封閉排水域并受其他點源、非點源污染相對較少的干級排水溝控制區(qū)域作為研究單元。在對特定灌區(qū)進(jìn)行監(jiān)測時，需要依據(jù)實際情況，繪制水系簡圖，劃分溝渠等級，確定匯水邊界，進(jìn)而劃分控制單元，為下一步污染負(fù)荷的估算提供基礎(chǔ)。

農(nóng)業(yè)非點源污染負(fù)荷估算主要分為3類：描述農(nóng)業(yè)非點源污染預(yù)測的模型可大致分為3大類：經(jīng)驗性模型、確定性（機理）模型和隨機模型。按照模擬尺度的不同又可分為農(nóng)田尺度模型（CREAMS，GLEAMS，DRAINMOD-N，LEACHM，RZWQM，EPIC等）和流域尺度模型（AGNPS，SWAT，BASINS等）（王少麗等，2007）。在平原灌區(qū)中，對灌區(qū)污染負(fù)荷進(jìn)行模型估算的研究并不多。CREAMS（Chemicals，Runoff and Erosion from Agricultural Management Systems）是由美國農(nóng)業(yè)部提出的一個連續(xù)模擬模型，它采用簡單的水量平衡算法，對非點源的水文、侵蝕和非點源污染物的遷移過程進(jìn)行了綜合（Knisel，1980），王媛等（2012）通過應(yīng)用美國通用土壤流失量方程（USLE）和美國農(nóng)業(yè)非點源管理與化學(xué)徑流模型（CREAMS），結(jié)合典型流域單元試驗農(nóng)田連續(xù)監(jiān)測，估算了吉林省西部地區(qū)鹽堿地改水田新增非點源污染物TN、TP和總鹽量年輸出負(fù)荷。研究表明：吉林省西部新增水田非點源污染物輸出總負(fù)荷：氮素4029.561 t·a-1（26.337 kg·hm-2），磷素1407.982 5 t·a-1（9.242 5 kg·hm-2），總鹽分851537.871 t·a-1（5565.607 kg·hm-2）。GLEAMS（Groundwater Loading Effects of Agricultural Management Systems）為農(nóng)業(yè)管理模型CREAMS的改進(jìn)，用于評價農(nóng)業(yè)管理措施對農(nóng)藥、營養(yǎng)物質(zhì)可能的淋洗、田間管理決策對地下水質(zhì)的影響，以及田間地表徑流和土壤流失動態(tài)。DRAINMOD-N模型用于研究農(nóng)田非飽和區(qū)一維垂向土壤水氮運移，及飽和區(qū)二維垂向和側(cè)向的土壤水氮運移。李強坤等（2011）應(yīng)用DRAINMOD模型對黃河上游青銅峽灌區(qū)的2008年5─9月輸出污染負(fù)荷進(jìn)行估算，估算結(jié)果為鹽分470099 t、總磷98.17 t、總氮3593 t、硝態(tài)氮2122 t、氨態(tài)氮426 t。通過示例驗證，表明所建模型具有較好的模擬效果，可進(jìn)一步推廣應(yīng)用。LEACHM（Leaching Estimation and Chemistry Model）用于研究農(nóng)田非飽和區(qū)域水和溶質(zhì)的運動、傳輸、植物吸收和化學(xué)反應(yīng)。丁森（2010）將描述非飽和帶水分與氮素運移的LEACHM模型與地下水模擬模型MODFLOW相結(jié)合，建立了灌區(qū)水分與氮素在非飽和帶與飽和帶運移的聯(lián)合模擬模型，實現(xiàn)水分與氮素在非飽和帶和飽和帶運動的聯(lián)合模擬。RZWQM（Root Zone Water Quality Model）用于模擬農(nóng)田土壤-作物-大氣系統(tǒng)中主要的物理、化學(xué)和生物過程，可以模擬地下水位、暗管排水以及作物系統(tǒng)管理措施對土壤水、營養(yǎng)物質(zhì)和農(nóng)藥運移的影響效果。林雪松（2009）通過并用RZWQM模型對灌區(qū)單種玉米的生長和灌溉制度進(jìn)行了模擬與評價，得出節(jié)水灌溉的實施對減少河套灌區(qū)的硝態(tài)氮淋失和地下水污染具有積極的改善作用，特別是由于秋澆水量的減少，地下水位降低對農(nóng)田硝態(tài)氮淋失引起的地下水污染具有非常明顯的減輕作用。EPIC用于評價土壤侵蝕對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的影響，并且預(yù)測田間土壤水、營養(yǎng)物質(zhì)、農(nóng)藥運移和他們的組合管理決策對土壤流失、水質(zhì)和作物產(chǎn)量的影響。隨著新技術(shù)的引進(jìn)和監(jiān)測手段的進(jìn)步一步健全，將會有力的推動農(nóng)田非點源模型的發(fā)展。李軍等（2004）詳細(xì)介紹了EPIC模型中描述農(nóng)田降水、徑流、滲透、蒸散、吸收和脅迫等水分運移和利用過程的主要數(shù)學(xué)方程，可供農(nóng)田水分動態(tài)管理與定量評價研究借鑒。

流域尺度經(jīng)驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)構(gòu)明確，非點源負(fù)荷的計算多依賴于小流域?qū)嶒瀰?shù)和經(jīng)驗參數(shù)；與模型相比，參數(shù)較少，適用于農(nóng)業(yè)非點源研究初期以及資料缺乏地區(qū)，具有較強的實用性與準(zhǔn)確性，研究尺度和數(shù)據(jù)方面的限制較少（黃國如等，2011），被廣泛的應(yīng)用于非點源污染負(fù)荷的估算，但是經(jīng)驗?zāi)Ｐ蜎]有考慮到污染物運移的路徑與機理，因此他們的進(jìn)一步應(yīng)用受到了較大的限制。楊淑靜等（2009）應(yīng)用增加灌溉因子的Johnes輸出系數(shù)法對灌區(qū)的農(nóng)業(yè)氮、磷流失進(jìn)行估算。經(jīng)計算，改進(jìn)模型計算得到的2006年寧夏灌區(qū)TN負(fù)荷為19395.33 t，TP為958.30 t。與傳統(tǒng)模型計算結(jié)果相比，改進(jìn)模型TN負(fù)荷的相對誤差減小了5%，TP減小了13%。李強坤等（2007）采用負(fù)荷貢獻(xiàn)率的方法對青銅峽灌區(qū)的非點源污染負(fù)荷進(jìn)行估算，并對估算結(jié)果與平均濃度法進(jìn)行比較；其用類似方法對對灌區(qū)年氮素流失總氮、硝氮和銨氮流失3種形態(tài)進(jìn)行了估算（李強坤等，2008）。但是此方法沒有考慮到在輸移距離上的污染物的衰減過程。Ramireddygari et al. （2000）通過研究確定了污染負(fù)荷輸出的損失系數(shù)，對輸出系數(shù)法進(jìn)行了改進(jìn)，獲得了較好的效果。

流域尺度機理模型往往結(jié)構(gòu)復(fù)雜，參數(shù)眾多，流域非點源污染模型的不確定性是單一模型模擬污染負(fù)荷面臨的重大問題。按照驅(qū)動作用力分析，降雨徑流與農(nóng)田排水共同驅(qū)動水田氮素流失，降雨徑流是磷流失主要驅(qū)動力，田間排水是總鹽分流失主要驅(qū)動力。鄭捷等（2011）針對平原型灌區(qū)人工自然復(fù)合的水文循環(huán)特點，基于SWAT模型構(gòu)建了山前平原灌區(qū)分布式水文模型?？紤]平原灌區(qū)灌溉渠道、排水溝和河道等人工干擾，在溝渠河網(wǎng)的提取方法、子流域與水文響應(yīng)單元的劃分以及作物耗水量計算模塊等方面對SWAT模型進(jìn)行了改進(jìn)。以汾河灌區(qū)為例，對模型進(jìn)行驗證，證明改進(jìn)后的SWAT模型適用于汾河灌區(qū)的水量平衡模擬。Dechmi et al.（2012）通過改進(jìn)的SWAT模型對灌區(qū)進(jìn)行了水量與水質(zhì)的模擬取得了較好的結(jié)果。SWAT模型可以對農(nóng)業(yè)管理措施、翻耕、灌溉、施肥、殺蟲劑和除草措施進(jìn)行模擬，但是SWAT模型是基于DEM的水文模型，在平原灌區(qū)從DEM進(jìn)行子流域的劃分并不實際，需要進(jìn)行人工輔助進(jìn)行。

在平原灌區(qū)非點源污染的監(jiān)測與估算過程中，選擇哪種監(jiān)測與估算方法是非常重要的，在監(jiān)測數(shù)據(jù)較少的情況，采用輸出系數(shù)法是較為合適的辦法；在監(jiān)測資料滿足的模型的機理與數(shù)據(jù)需求的情況下，針對灌區(qū)特殊的水文特征對經(jīng)典的模型進(jìn)行改進(jìn)并對灌區(qū)的非點源污染負(fù)荷進(jìn)行估算。

4　平原灌區(qū)非點源污染控制措施與技術(shù)

從清潔生產(chǎn)技術(shù)的角度來講，新型肥料的使用有助于農(nóng)田產(chǎn)污的減少（廖義善等，2011）；病蟲害的防止采用采用新型低殘留易降解農(nóng)藥或者農(nóng)業(yè)防治技術(shù)、生物防治方法、化學(xué)防治方法、物理防治方法、有害生物綜合治理技術(shù)以減輕傳統(tǒng)農(nóng)藥對受納水體的危害；通過配方施肥技術(shù)、增施有機肥、農(nóng)田培肥等方式以及根據(jù)不同植物不同生長季的養(yǎng)分需求量進(jìn)行對應(yīng)施肥。

從耕作措施上來說，耕作越深越有利于土壤固肥作用的發(fā)揮從而導(dǎo)致稻田田面水中養(yǎng)分濃度降低且翻耕土壤中微生物環(huán)境利于硝化反應(yīng)進(jìn)而使土壤吸收更多的氮素只有不易被土壤吸附的NO-N才得以迅速向田面水中釋放（馮國祿等，2011）；從灌溉方式上來講，噴灌比溝灌、淹灌大大降低了徑流的產(chǎn)生，由此降低農(nóng)業(yè)非點源污染物的輸出；從作物類型上來講，實行適當(dāng)?shù)淖魑锾追N、輪作等；控制排水，增加水力停留時間，可以減少氮磷流失。

從生態(tài)工程技術(shù)的角度來講，設(shè)置生態(tài)溝渠（Moore et al.，2011），提高溝渠的吸收降解速率；及時的溝渠清淤；增加排灌水的調(diào)解措施，改變溝渠水的水力特征；增加人工濕地（何元慶等，2012），提高非點源污染物的吸收與降解；毛戰(zhàn)坡等（2004）通過研究發(fā)現(xiàn)，鮑家塘子流域中農(nóng)田-渠道-水塘系統(tǒng)影響非點源污染物的產(chǎn)生、運移過程，同時多水塘系統(tǒng)截留降雨徑流，減少流域非點源污染物的輸出。

現(xiàn)行研究中非點源控制的最具影響的是美國國家環(huán)保局提出的最佳管理實踐（Best Management Practices，BMPs），將其定義為“任何能夠減少或預(yù)防水資源污染的方法、措施或操作程序，包括工程、非工程措施的操作維護(hù)程序”（李強坤，2010）。非工程性的BMPs主要以源頭控制為基本策略，強調(diào)政策部門和公眾的作用，政府根據(jù)法律規(guī)定制定各種行政法規(guī)和管理制度。通過污染源管理，農(nóng)業(yè)用地管理，城市土地規(guī)劃管理等措施控制或減少污染源。工程型BMPs以徑流過程中的污染控制為主要途徑，通過延長徑流時間、減緩流速、向地下滲透、物理沉淀過濾和生物凈化等技術(shù)去除污染物。

TMDL（Total Maximum Daily Loads）作為非工程措施里的政策管理措施，為實施非點源污染總量控制提供了可靠的依據(jù)（USEPA，1999），污染控制單元劃分是TMDL實施的前提，平原灌區(qū)自然地理特征中的突出特點是地勢平坦，匯水單元界限不明顯，主要以田塊為單元進(jìn)行污染物的輸出，馬月華（2009）通過對贛撫平原灌區(qū)水環(huán)境容量研究，初步按照各個溝渠對應(yīng)的流域控制面積對其灌區(qū)進(jìn)行了控制單元的劃分，但是相關(guān)的研究并不多，且控制單元劃分是TMDL管理的基本問題，因此，平原灌區(qū)農(nóng)田尺度的污染物輸出和平原灌區(qū)污染控制流域分級分類控制單元的劃分是研究中的關(guān)鍵問題。

5　展望

（1）污染物在多級溝渠中的運移

溝渠作為連接“源”與“匯”的重要通道，多級溝渠的水文功能與生態(tài)效應(yīng)逐漸得到重視，而多級溝渠對污染物的削減作用需要進(jìn)一步的研究。

（2）灌區(qū)地表與地下水水量水質(zhì)耦合模型的建立

現(xiàn)有的模型并不完全適用于灌區(qū)的水文與污染物的傳輸特征，灌區(qū)水循環(huán)的研究作為非點源污染研究的基礎(chǔ)，徑流和泥沙的輸出是污染物遷移的載體，具有舉足輕重的作用，需要加強灌區(qū)水循環(huán)的研究，對模型進(jìn)行改進(jìn)以適合灌區(qū)的特點與需求。并且結(jié)合地下水模型模擬的少之又少，需要進(jìn)一步的研究以填補該方面的空白。

（3）分級控制單元劃分與TMDL的制定

溝渠具有分級控制的功能，在污染物的削減指標(biāo)制定的過程中，分級控制單元的劃分顯得尤為重要，但是相關(guān)研究并不多，在中國特殊的耕作制度下，建立適合中國平原灌區(qū)的TMDL削減標(biāo)準(zhǔn)是一項迫在眉睫的任務(wù)。

（4）多模型結(jié)合模擬

王慧亮等（2011）通過多模型的組合研究發(fā)現(xiàn)，多模型在降低模型確定性方面有重要的作用。多模型結(jié)合的方法可成為灌區(qū)污染負(fù)荷估算的發(fā)展方向之一。

參考文獻(xiàn)：

ANDRASKI T W, BUNDY L G. 2003. Relationships between phosphorus levels in soil and in runoff from corn production systems [J]. Journal of Environmental Quality, 32(1): 310-316.

BOURAOUI F, GRIZZETTI B. 2008. An integrated modelling framework to estimate the fate of nutrients: Application to the Loire (France) [J]. Ecological Modelling, 212(3-4): 450-459.

BUNDY L G, ANDRASKI T W, POWELL J M. 2001. Management practice effects on phosphorus losses in runoff in corn production systems [J]. Journal of Environmental Quality, 30(5): 1822-1828.

CARPENTER S R, CARACO N F, CORRELL D L, et al. 1998. Nonpoint pollution of surface waters with phosphorus and nitrogen [J]. Ecological Applications, 8(3): 559-568.

CORRELL D L. 1999. Phosphorus: A rate limiting nutrient in surface waters [J]. Poultry Science, 78(5): 674-682.

DAVIS R L, ZHANG H L, SCHRODER J L, et al. 2005. Soil characteristics and phosphorus level effect on phosphorus loss in runoff [J]. Journal of Environmental Quality, 34(5): 1640-1650.

DECHMI F, BURGUETE J, SKHIRI A. 2012. SWAT application in intensive irrigation systems: Model modification, calibration and validation [J]. Journal of Hydrology, 470(23): 227-238.

HAN J G, LI Z B, LI P, et al. 2010. Nitrogen and phosphorous concentrations in runoff from a purple soil in an agricultural watershed [J]. Agricultural Water Management, 97(5): 757-762.

KNISEL W G. 1980. CREAMS: A field-scale model for chemicals, runoff and erosion from agricultural management systems [R]. USDA Conservation Research Report, No: 26.

LENZI M A, DILUZIO M. 1997. Surface runoff, soil erosion and water quality modelling in the Alpone watershed using AGNPS integrated with a Geographic Information System [J]. European Journal of Agronomy, 6(1-2): 1-14.

LIANG T, WANG H, KUNG H T, et al. 2004. Agriculture land-use effects on nutrient losses in West Tiaoxi watershed, China [J]. Journal of the American Water Resources Association, 40(6): 1499-1510.

MOORE M T, DENTON D L, COOPER C M, et al. 2011. Use of Vegetated Agricultural Drainage Ditches to Decrease Pesticide Transport from Tomato and Alfalfa Fields in California, USA [J]. Environmental Toxicology and Chemistry, 30(5): 1044-1049.

MUNODAWAFA A. 2007. Assessing nutrient losses with soil erosion under different tillage systems and their implications on water quality [J]. Physics and Chemistry of the Earth, 32(15-18): 1135-1140.

NEEDEMAN B A, KLEINMAN P J A, STROCK J S, et al. 2007. Improved management of agricultural drainage ditches for water quality protection: An overview [J]. Journal of Soil and Water Conservation, 62(4): 171-178.

OUYANG W, HUANG H B, HAO F H, et al. 2012. Evaluating spatial interaction of soil property with non-point source pollution at watershed scale: The phosphorus indicator in Northeast China [J]. Science of the Total Environment, 432(16): 412-421.

RAMIREDDYGARI S R, SOPHOCLEOUS M A, KOELLIKER J K, et al. 2000. Development and application of a comprehensive simulation model to evaluate impacts of watershed structures and irrigation water use on streamflow and groundwater: the case of Wet Walnut Creek Watershed, Kansas, USA [J]. Journal of Hydrology, 236(3-4): 223-246.

RILEY W J, ORTIZ-MONASTERIO I, MATSON P A. 2001. Nitrogen leaching and soil nitrate, nitrite, and ammonium levels under irrigated wheat in Northern Mexico [J]. Nutrient Cycling in Agroecosystems, 61(3): 223-236.

SHARPLEY A N, KLEINMAN P J A, HEATHWAITE A L, et al. 2008. Phosphorus loss from an agricultural watershed as a function of storm size [J]. Journal of Environmental Quality, 37(2): 362-368.

SHARPLEY A, DANIEL T C, SIMS J T, et al. 1996. Determining environmentally sound soil phosphorus levels [J]. Journal of Soil and Water Conservation, 51(2): 160-166.

SPALDING R F, WATTS D G, SCHEPERS J S, et al. 2001. Controlling nitrate leaching in irrigated agriculture [J]. Journal of Environmental Quality, 30(4): 1184-1194.

THORUP-KRISTENSEN K, MAGID J, JENSEN L S. 2003. Catch crops and green manures as biological tools in nitrogen management in temperate zones [J]. Advances in Agronomy, 79(79): 227-302.

TORBERT H A, POTTER K N, HOFFMAN D W, et al. 1999. Surface residue and soil moisture affect fertilizer loss in simulated runoff on a heavy clay soil [J]. Agronomy Journal, 91(4): 606-612.

USEPA. 1999. Protocol for developing nutrient tmdls[S]. Washington.

WITHERS P J A, LORD E I. 2002. Agricultural nutrient inputs to rivers and groundwaters in the UK: policy, environmental management and research needs[J]. Science of the Total Environment, 282-283(2): 9-24.

曹志洪, 林先貴, 楊林章, 等. 2005. 論“稻田圈”在保護(hù)城鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境中的功能Ⅰ.稻田土壤磷素徑流遷移流失的特征[J]. 土壤學(xué)報, 42(5): 97-102.

曾阿妍, 郝芳華, 張嘉勛, 等. 2008. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)灌區(qū)夏、秋澆的氮磷流失變化[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 28(5): 838-844.

陳會, 王康, 周祖昊. 2012. 基于排水過程分析的水稻灌區(qū)農(nóng)田面源污染模擬[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 28(6): 112-119.

陳玲, 劉德富, 宋林旭, 等. 2012. 香溪河流域坡耕地人工降雨條件下土壤氮素流失特征[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報, 28(6): 616-621.

程艷, 毛戰(zhàn)坡, 彭文啟, 等. 2009. 農(nóng)業(yè)流域營養(yǎng)鹽流失的關(guān)鍵因素及其防治途徑[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù), 32(1): 198-204.

崔鍵, 馬友華, 趙艷萍, 等. 2006. 農(nóng)業(yè)面源污染的特性及防治對策[J].中國農(nóng)學(xué)通報, 22(1): 335-340.

丁森. 2010. 位山灌區(qū)農(nóng)田氮淋溶過程與地下水污染研究[D]. 北京: 清華大學(xué): 94.

杜軍, 楊培嶺, 李云開, 等. 2011. 不同灌期對農(nóng)田氮素遷移及面源污染產(chǎn)生的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 27(1): 66-74.

段永惠, 張乃明, 張玉娟. 2005. 施肥對農(nóng)田氮磷污染物徑流輸出的影響研究[J]. 土壤, 37(1): 48-51.

馮國祿, 楊仁斌. 2011. 耕作模式和滯水時間對稻田中氮磷動態(tài)變化的影響研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 30(5): 917-924.

馮兆忠, 王效科, 馮宗煒. 2005. 河套灌區(qū)地下水氮污染狀況[J]. 農(nóng)村生態(tài)環(huán)境, 21(4): 74-76.

郝芳華, 歐陽威, 岳勇, 等. 2008. 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)灌區(qū)水循環(huán)特征及對土壤水運移影響的分析[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 28(5): 825-831.

郝芳華, 孫銘澤, 張璇, 等. 2013. 河套灌區(qū)土壤水和地下水動態(tài)變化及水平衡研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 33(3): 771-779.

郝芳華. 2010. 北方平原農(nóng)業(yè)非點源污染研究[M]. 北京: 科學(xué)出版社.

何元慶, 魏建兵, 胡遠(yuǎn)安, 等. 2012. 珠三角典型稻田生態(tài)溝渠型人工濕地的非點源污染削減功能[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 31(2): 394-398.

賀纏生, 傅伯杰, 陳利頂. 1998. 非點源污染的管理及控制[J]. 環(huán)境科學(xué), 19(5): 88-92.

黃國如, 姚錫良, 胡海英. 2011. 農(nóng)業(yè)非點源污染負(fù)荷核算方法研究[J].水電能源科學(xué), 29(11): 28-32.

黃滿湘, 章申, 唐以劍, 等. 2001. 模擬降雨條件下農(nóng)田徑流中氮的流失過程[J]. 土壤與環(huán)境, 10(1): 6-10.

黃漪平, 范成新, 濮培民. 2001. 太湖水環(huán)境及其污染控制[M]. 北京:科學(xué)出版社.

姜翠玲, 范曉秋, 章亦兵. 2005. 非點源污染物在溝渠濕地中的累積和植物吸收凈化[J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報, 16(7): 1351-1354.

賴斯蕓, 杜鵬飛, 陳吉寧. 2004. 基于單元分析的非點源污染調(diào)查評估方法[J]. 清華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 44(9): 1184-1187.

李軍, 邵明安, 張興昌. 2004. EPIC模型中農(nóng)田水分運移與利用的數(shù)學(xué)模擬[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 22(2): 72-75.

李強坤. 2010. 青銅峽灌區(qū)農(nóng)業(yè)非點源污染負(fù)荷及控制措施研究[D]. 西安: 西安理工大學(xué): 140.

李強坤, 陳偉偉, 孫娟, 等. 2010. 青銅峽灌區(qū)氮磷運移特征試驗研究[J].環(huán)境科學(xué), 31(9): 2048-2055.

李強坤, 胡亞偉, 李懷恩. 2011. 農(nóng)業(yè)非點源污染物在排水溝渠中的模擬與應(yīng)用[J]. 環(huán)境科學(xué), 32(5): 1273-1278.

李強坤, 胡亞偉, 孫娟, 等. 2011. 不同水肥條件下農(nóng)業(yè)非點源田間產(chǎn)污強度[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 27(2): 96-102.

李強坤, 胡亞偉, 孫娟, 等. 2010. 控制排水條件下農(nóng)業(yè)非點源污染物流失特征[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 26(14): 182-187.

李強坤, 胡亞偉, 孫娟. 2010. 農(nóng)業(yè)非點源污染物在排水溝渠中的遷移轉(zhuǎn)化研究進(jìn)展[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 18(1): 210-214.

李強坤, 胡亞偉, 孫娟, 等. 2011. 基于“源”、“匯”過程的農(nóng)業(yè)非點源污染模型構(gòu)建及應(yīng)用[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 19(6): 1424-1430.

李強坤, 李懷恩, 胡亞偉, 等. 2007. 基于單元分析的青銅峽灌區(qū)農(nóng)業(yè)非點源污染估算[J]. 生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報, 23(4): 33-36.

李強坤, 李懷恩, 胡亞偉, 等. 2008. 青銅峽灌區(qū)氮素流失試驗研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 27 (2): 683-686.

梁新強, 田光明, 李華, 等. 2005. 天然降雨條件下水稻田氮磷徑流流失特征研究[J]. 水土保持學(xué)報, 19(1): 59-63.

廖義善, 卓慕寧, 李定強, 等. 2011. 施肥及作物生長對田間非點源產(chǎn)污的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 20(5): 886-891.

林雪松. 2009. 河套灌區(qū)節(jié)水溉灌溉前后水土環(huán)境變化及農(nóng)田水肥效率模擬[D]. 內(nèi)蒙古: 內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué): 80.

劉宏斌, 李志宏, 張云貴, 等. 2006. 北京平原農(nóng)區(qū)地下水硝態(tài)氮污染狀況及其影響因素研究[J]. 土壤學(xué)報, 43(3): 405-413.

陸海明, 孫金華, 鄒鷹, 等. 2010. 農(nóng)田排水溝渠的環(huán)境效應(yīng)與生態(tài)功能綜述[J]. 水科學(xué)進(jìn)展, 21(5): 719-725.

陸建紅. 2012. 基于生態(tài)友好的北運河閘壩調(diào)度與清污輪灌模式研究[D].北京: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院: 130.

陸琦, 馬克明, 倪紅偉. 2007. 濕地農(nóng)田渠系的生態(tài)環(huán)境影響研究綜述[J]. 生態(tài)學(xué)報, 27(5): 2118-2125.

羅春燕. 2008. 我國東南水網(wǎng)平原地區(qū)不同土地利用方式氮磷流失特征[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院: 146.

羅良國, 聞大中, 沈善敏. 2000. 北方稻田生態(tài)系統(tǒng)養(yǎng)分滲漏規(guī)律研究[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 33(2): 68-74.

馬東, 杜志勇, 吳娟, 等. 2012. 強降雨下農(nóng)田徑流中溶解態(tài)氮磷的輸出特征——以嶗山水庫流域為例[J]. 中國環(huán)境科學(xué), 32(7): 1228-1233.

馬軍花, 任理, 龔元石, 等. 2004. 冬小麥生長條件下土壤氮素運移動態(tài)的數(shù)值模擬[J]. 水利學(xué)報, 36(3): 103-110.

馬月華. 2009. 贛撫平原灌區(qū)水環(huán)境容量研究[D]. 揚州: 揚州大學(xué): 84.

毛戰(zhàn)坡, 彭文啟, 尹澄清, 等. 2004. 非點源污染物在多水塘系統(tǒng)中的流失特征研究[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 23(3): 530-535.

秦大庸, 于福亮, 裴源生. 2003. 寧夏引黃灌區(qū)耗水量及水均衡模擬[J].資源科學(xué), 25(6): 19-24.

沈彥俊, 劉昌明. 2011. 華北平原典型井灌區(qū)農(nóng)田水循環(huán)過程研究回顧[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 19(5): 1004-1010.

王慧亮, 李敘勇, 解瑩. 2011. 多模型方法在非點源污染負(fù)荷中的應(yīng)用展望[J]. 水科學(xué)進(jìn)展, 22(5): 727-732.

王康. 2012. 灌區(qū)水均衡演算與農(nóng)田面源污染模擬[M]. 北京: 科學(xué)出版社.

王少麗, 王興奎, 許迪. 2007. 農(nóng)業(yè)非點源污染預(yù)測模型研究進(jìn)展[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 23(5): 265-271.

王鐵軍, 鄭西來, 崔俊芳. 2006. 萊西地區(qū)施肥對地下水硝酸鹽污染的過程[J]. 中國海洋大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 36(2): 307-312.

王曉燕. 2011. 非點源污染過程機理與控制管理-以北京密云水庫流域為例[M]. 北京: 科學(xué)出版社.

王媛, 張剛, 朱顯梅, 等. 2012. 吉林省西部新增灌區(qū)水田非點源污染負(fù)荷估算[J]. 環(huán)境科學(xué)與管理, 37(4): 35-39.

王云慧, 張璇, 歐陽威, 等. 2010. 夏灌對內(nèi)蒙古河套灌區(qū)土壤中磷元素遷移的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 26(4): 93-99.

吳喜軍, 李懷恩, 李家科, 等. 2013. 基于非點源污染的水質(zhì)監(jiān)測方案研究[J]. 環(huán)境科學(xué), 34(6): 2146-2150.

郗敏, 呂憲國, 姜明. 2005. 人工溝渠對流域水文格局的影響研究[J]. 濕地科學(xué), 3(4): 310-314.

席北斗, 徐紅燈, 翟麗華, 等. 2007. pH對溝渠沉積物截留農(nóng)田排水溝渠中氮、磷的影響研究[J]. 環(huán)境污染與防治, 29(7): 490-494.

辛艷, 王瑄, 邱野, 等. 2012. 坡耕地不同耕作模式下土壤養(yǎng)分流失特征研究[J]. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報, 43(3): 346-350.

徐鋒平, 周宏飛, 劉延濤. 2011. 綠洲灌區(qū)的水均衡模型及其應(yīng)用[J]. 中國農(nóng)村水利水電, 16(11): 153-155.

許其功, 劉鴻亮, 沈珍瑤, 等. 2007. 三峽庫區(qū)典型小流域氮磷流失特征[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 27(2): 326-331.

楊淑靜, 張愛平, 楊正禮, 等. 2009. 寧夏灌區(qū)農(nóng)業(yè)非點源污染負(fù)荷估算方法初探[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 42(11): 3947-3955.

岳衛(wèi)峰, 楊金忠, 高鴻永, 等. 2004. 內(nèi)蒙河套灌區(qū)義長灌域水均衡分析[J]. 灌溉排水學(xué)報, 23(6): 25-28.

翟麗華, 劉鴻亮, 席北斗, 等. 2008. 溝渠系統(tǒng)氮、磷輸出特征研究[J].環(huán)境科學(xué)研究, 21(2): 35-39.

張愛平, 楊世琦, 張慶忠, 等. 2008. 寧夏灌區(qū)農(nóng)田退水污染形成原因及防治對策[J]. 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報, 16(4): 1037-1042.

張福珠, 熊先哲, 戴同順, 等. 1984. 應(yīng)用～(15)N研究土壤-植物系統(tǒng)中氮素淋失動態(tài)[J]. 環(huán)境科學(xué), 7(1): 21-24.

張繼宗. 2006. 太湖水網(wǎng)地區(qū)不同類型農(nóng)田氮磷流失特征[D]. 北京: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院: 130.

張麗, 鄒鷹, 陸海明, 等. 2013. 流域非點源磷素輸出負(fù)荷估算方法研究[J]. 水文, 33(6): 11-15.

張倩, 蘇保林, 羅運祥. 2010. 農(nóng)田面源氮素垂向運移負(fù)荷估算方法綜述[J]. 南水北調(diào)與水利科技, 8(3): 35-38.

張思聰, 呂賢弼, 黃永剛. 1999. 灌溉施肥條件下氮素在土壤中遷移轉(zhuǎn)化的研究[J]. 水利水電技術(shù), 30(5): 6-8.

張萬順, 喬飛, 彭虹, 等. 2005. 農(nóng)田灌溉退水水量水質(zhì)平衡模型研究[J].節(jié)水灌溉, (5): 15-16, 19.

張燕, 閻百興, 劉秀奇, 等. 2012. 農(nóng)田排水溝渠系統(tǒng)對磷面源污染的控制[J]. 土壤通報, 43(3):745-750.

張喻芳, 張蔚榛, 沈榮開. 1997. 排水農(nóng)田中氮素在土壤中遷移轉(zhuǎn)化的研究[M]. 武漢: 中國地質(zhì)大學(xué)出版社.

鄭捷, 李光永, 韓振中, 等. 2011. 改進(jìn)的SWAT模型在平原灌區(qū)的應(yīng)用[J]. 水利學(xué)報, 42(01): 88-97.

?；? 閻百興. 2010. 三江平原稻田磷輸出及遷移過程研究[J]. 濕地科學(xué), 8(3): 266-272.

A review on Non-point Source Nutrient Pollution of Irrigation Plain Areas

HAO Shaonan1, 2, LI Xuyong1?, DU Xinzhong1, 2, ZHANG Wangshou1, 2
1. State Key Laboratory of Urban and Regional Ecology, Research Center for Eco-Environment Science, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100875 China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Abstract:Plain irrigation areas as the basis of agricultural large-scale production played an important role in agricultural, economic and social development. However, the seriousness of non-point source pollution in plain irrigation areas is increasing with the development of agriculture, and the research of this problem has important significance. This paper reviews the research of the plain irrigation non-point source pollution based on the process of pollution transport with water cycling: (1) The main sources of non-point source pollution are fertilizer, pesticide and agricultural films, waste material dropped by farm animals, soil salinization and atmospheric deposition (dry and wet); the occurrence of plain irrigated farmland non-point sources pollution was affected by the physical and chemical properties of soil, water input pattern and artificial management measures. (2) The rainfall-runoff, pollution migration in multi-level irrigation and drainage system and the coupling interaction between ground water and surface water were the main characteristics of plain irrigated farmland non-point source pollution transport mechanism. (3) In order to estimate the load of plain irrigated farmland non-point source pollution, export coefficient model was used when there is a data shortage, whereas improved classical hydrological model was used when the data is adequate. And (4) the usage of preferred fertilizer compositions for special plant, reasonable soil and water conservation farming measures and ecology ditches were beneficial to the control of non-point source pollution in plain irrigated area. TMDL (Total Maximum Daily Load) plan can provide reliable basis for non-point source control in plain irrigated area. This paper has analyzed the problems that exist in the plain irrigated farmland non-point pollution at present, put forward suggestions for research priorities on this basis, including nutrient pollutants migration in the multi-stage ditches, irrigation water quantity and quality of surface and groundwater coupled model, hierarchical control unit and TMDL plan development and so on, which will be helpful for making a decision on sustainable agricultural development.

Key words:plain irrigation areas; field; non-point source pollution

收稿日期：2015-04-07

*通信作者：李敘勇（1965年生），男，研究方向為流域水環(huán)境。E-mail: xyli@rcees.ac.cn

作者簡介：郝韶楠（1986年生），男，博士研究生，主要從事非點源污染及水污染負(fù)荷優(yōu)化分配。E-mail: shaonan@mail.bnu.edu.cn

基金項目：中國科學(xué)院重點部署項目課題（KZZD-EW-10-02）；國家水體污染控制與治理科技重大專項（2012ZX07203003；2012ZX07029002）

中圖分類號：X50

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1674-5906（2015）07-1235-10

DOI:10.16258/j.cnki.1674-5906.2015.07.024