基于SWAT模型的泗河流域除草劑遷移模擬

徐 燕,孫小銀,2*,劉 飛,樊玉娜,蔣 齋

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基于SWAT模型的泗河流域除草劑遷移模擬

徐 燕1,孫小銀1,2*,劉 飛1,樊玉娜1,蔣 齋1

(1.曲阜師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院,山東 日照 276826；2.曲阜師范大學(xué)南四湖濕地生態(tài)與環(huán)境保護(hù)山東省高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 日照 276826)

泗河流域農(nóng)藥污染對(duì)南四湖湖泊乃至南水北調(diào)工程具有重要的影響,為了解流域農(nóng)藥遷移過(guò)程并對(duì)其采取治理措施,本研究在泗河流域通過(guò)實(shí)地采樣與調(diào)查、室內(nèi)實(shí)驗(yàn)分析、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等手段,借助SWAT模型對(duì)流域除草劑阿特拉津及其代謝產(chǎn)物進(jìn)行遷移模擬.結(jié)果表明,除草劑輸出與流域徑流量有很高的相關(guān)性,輸出時(shí)間以7~8月份為主,輸出量占全年的69%以上.且受河道長(zhǎng)度、耕地分布等因素的影響, 阿特拉津的輸出量以東部上游地區(qū)和中部地區(qū)為主,流域出水口處的阿特拉津輸出量居中等水平;阿特拉津代謝產(chǎn)物DEA和DIA的輸出量的空間分布相似,以下游流域出口處和中部地區(qū)為主.本研究可為流域除草劑遷移治理提供理論支持.

阿特拉津；DEA；DIA；SWAT模型；泗河流域

化肥和農(nóng)藥在施用過(guò)程中除小部分對(duì)作物產(chǎn)生作用之外,大部分會(huì)殘留在土壤或漂浮于大氣中,而另外一部分則通過(guò)降雨、灌溉和淋溶等途徑進(jìn)入水體環(huán)境[1],使農(nóng)業(yè)流域面臨著來(lái)自于大氣、土壤、水等不同程度的污染問(wèn)題[2-3].已有不少學(xué)者對(duì)不同環(huán)境介質(zhì)下的農(nóng)藥污染負(fù)荷進(jìn)行研究,且地域分布廣泛,成果豐富,如松花江流域97%的河岸土壤被檢測(cè)到有除草劑的殘留[4];農(nóng)藥施用地附近的地表水和地下水中被檢測(cè)出阿特拉津殘留[5];此外青島[6]、河西走廊[7]、新疆哈密[8]地區(qū)的大氣中被檢測(cè)出不同程度的有機(jī)氯農(nóng)藥殘留.

阿特拉津(Atrazine)是一種使用廣泛的除草劑之一,生態(tài)毒理學(xué)研究證明阿特拉津是一種致癌物質(zhì)和內(nèi)分泌干擾物質(zhì),對(duì)人類(lèi)健康造成威脅,被美國(guó)環(huán)保署(EPA)列為國(guó)際環(huán)境優(yōu)先污染物[9-11].而且,研究發(fā)現(xiàn)阿特拉津的轉(zhuǎn)化產(chǎn)物脫乙基阿特拉津(DEA)、脫異丙基阿特拉津(DIA)比母體化合物更具有生態(tài)毒性[12].

南四湖是南水北調(diào)東線(xiàn)工程的重要輸水通道和調(diào)蓄湖泊[13-14],而泗河是南四湖東部山區(qū)最重要的入湖河流,多年平均徑流量達(dá)14620×104m3,輸沙量5.13×104t[15],是南四湖重要的輸水輸沙通道,同時(shí)也是污染物進(jìn)入湖區(qū)的直接通道之一.泗河流域農(nóng)藥和化肥的大量使用,使流域水質(zhì)受到嚴(yán)重污染,對(duì)流域和南水北調(diào)工程有重要影響.目前,已有諸多學(xué)者利用SWAT模型研究氮磷等非點(diǎn)源污染情況[16-18],而對(duì)農(nóng)藥污染的模擬與研究的報(bào)道甚少.本研究以南四湖流域的子流域——泗河流域?yàn)槔?運(yùn)用SWAT模型綜合考慮流域內(nèi)地形地貌、水文特征、氣候、土地利用方式及類(lèi)型、土壤結(jié)構(gòu)以及農(nóng)藥的施用等,對(duì)流域典型除草劑阿特拉津及代謝產(chǎn)物的污染和遷移進(jìn)行模擬評(píng)價(jià),分析其遷移過(guò)程、空間分布及其影響因素,以期為泗河流域非點(diǎn)源污染尤其是農(nóng)藥污染控制提供依據(jù).

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)概況

泗河流域是淮河流域在山東省的重要部分,泗河發(fā)源于山東省新泰市太平山頂西麓,全長(zhǎng)159km,總流域面積1830km2,行政區(qū)包括濟(jì)寧市、泰安市、臨沂市.河流以國(guó)家水文站書(shū)院水文站為界,上游流域較寬,下游流域較窄.本研究的研究區(qū)域?yàn)闀?shū)院站以上區(qū)域的中上游流域,面積1530km2(圖1).流域地形多樣,山地、丘陵、平原皆有分布,地勢(shì)南北高,中間低,東部高西部低,地形起伏大.地處暖溫帶半濕潤(rùn)地區(qū),屬暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候,四季分明,冷熱與干濕季節(jié)明顯[19].經(jīng)統(tǒng)計(jì),流域多年平均降水量在660mm以上,且7、8月份的降水占全年降水的30%以上,西北部降水少,東南部降水多.多年平均氣溫在11.1~13.7℃之間,西部高于東部.平均相對(duì)濕度在60.12%,西南部和東南部相對(duì)濕度較北部高,平均風(fēng)速2.83m/s,且北部風(fēng)速較大.

圖1 研究區(qū)位置

泗河流域是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)流域,耕地面積達(dá)66.03%,主要土壤類(lèi)型為高活性淋溶土,播種的作物類(lèi)型主要有夏收和秋收等糧食作物、花生和油菜籽等油料作物、棉花和蔬菜瓜果類(lèi)作物,主要種植的糧食作物是小麥、玉米、大豆、稻谷、高粱等.

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)字高程數(shù)據(jù)(DEM)(30m×30m)來(lái)自美國(guó)馬里蘭大學(xué)全球土地覆被數(shù)據(jù)庫(kù);土地利用數(shù)據(jù)(1:10萬(wàn)),來(lái)自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http: //www.resdc.cn/);土壤數(shù)據(jù)(1km×1km)來(lái)自世界土壤數(shù)據(jù)庫(kù)(HWSD)[20];研究區(qū)的水系是根據(jù)91衛(wèi)圖助手下載的研究區(qū)16級(jí)影像數(shù)據(jù)(1.94m×1.94m)矢量化而來(lái),并用中國(guó)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的四級(jí)河流進(jìn)行校正.研究采用的氣象站點(diǎn)為兗州站,水文站點(diǎn)為書(shū)院站.2006~2017年日降水量、日最高和最低氣溫、日相對(duì)濕度、日太陽(yáng)輻射、日平均風(fēng)速等實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)(http://data.cma.cn/ data/index.html).本研究中所涉及的書(shū)院水文站的水文數(shù)據(jù)來(lái)自于濟(jì)寧市水文局,具體為2006~2011年月經(jīng)流和2015~2017年日徑流,用作模型水文過(guò)程模擬的率定和驗(yàn)證.通過(guò)對(duì)研究區(qū)的實(shí)際調(diào)查,將流域內(nèi)玉米地作為主要模擬對(duì)象.經(jīng)調(diào)查,研究區(qū)70%以上的農(nóng)用地種植玉米,主要施用金玉安煙嘧莠去津除草劑(阿特拉津與煙嘧磺隆混合除草劑),施用時(shí)間為每年的6月中旬,每畝施用量為100g,其中金玉安煙嘧莠去津除草劑總有效成分25%,阿特拉津含量22.5%.

1.3 水樣采集與實(shí)驗(yàn)分析

研究區(qū)水樣采集工作于2017年2月25日開(kāi)始,2017年12月2日結(jié)束,采樣地點(diǎn)為書(shū)院水文站,采樣周期為2周一次,每次采集水樣2瓶(550mL/瓶),共采集水樣21次、42瓶,冷凍保存帶至實(shí)驗(yàn)室分析.經(jīng)0.45μm濾膜過(guò)濾、Waters Oasis HLB固相萃取小柱(6cc)萃取、氮吹濃縮、氣相色譜分析等步驟得到研究區(qū)泗河流域出水口處的阿特拉津及其代謝產(chǎn)物DEA、DIA實(shí)測(cè)數(shù)據(jù).具體實(shí)驗(yàn)方法參考楊梅等[21]的研究.

1.4 模型構(gòu)建

1.4.1 SWAT模型 SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型是一種半分布式水文模型[22],采用物理機(jī)制和半經(jīng)驗(yàn)方法基于日尺度的氣象數(shù)據(jù)模擬水文循環(huán)中的不同過(guò)程,并模擬和預(yù)測(cè)各種管理措施對(duì)水文物理化學(xué)過(guò)程的影響[23]. SWAT模型中對(duì)農(nóng)藥的遷移模擬可分為3個(gè)過(guò)程:(1)農(nóng)藥在陸地上的運(yùn)移過(guò)程;(2)農(nóng)藥從陸地運(yùn)移至河網(wǎng)中的過(guò)程;(3)農(nóng)藥在河流中的運(yùn)移過(guò)程[24].本研究使用的版本是SWAT 2012,與其相匹配的ArcGIS 10.2版本進(jìn)行模擬.在利用SWAT模型對(duì)研究區(qū)典型除草劑阿特拉津及代謝產(chǎn)物的遷移模擬時(shí),可以將其與水樣中阿特拉津及代謝產(chǎn)物的實(shí)際殘留值比較,評(píng)價(jià)模型對(duì)泗河流域除草劑模擬的適用性.

1.4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建 構(gòu)建SWAT模型, 模擬泗河流域除草劑遷移,首先需要構(gòu)建泗河流域的數(shù)據(jù)庫(kù),分為空間數(shù)據(jù)庫(kù)和屬性數(shù)據(jù)庫(kù).空間數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括DEM數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、河網(wǎng)水系數(shù)據(jù)等;屬性數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括土地利用類(lèi)型屬性表、土壤類(lèi)型屬性表、氣象數(shù)據(jù)、水文水質(zhì)數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)管理信息數(shù)據(jù)等.

1.4.3 空間離散化 通過(guò)加載矢量化得到的河網(wǎng)水系提高SWAT生成河網(wǎng)的精度和準(zhǔn)確度.設(shè)置最小河道集水面積的閾值為3000ha,書(shū)院水文站即為流域出水口和總出水口,通過(guò)以上設(shè)置將研究區(qū)劃分為31個(gè)子流域.根據(jù)流域不同的土地利用類(lèi)型、土壤類(lèi)型和坡度將流域進(jìn)一步劃分為不同土地利用類(lèi)型、土壤類(lèi)型和坡度的組合,即水文響應(yīng)單元(HRUs),選擇Multiple HRUs方法來(lái)定義HRU閾值,設(shè)置土地利用閾值為5%,土壤閾值為3%,坡度閾值為20%,將子流域上小于該閾值的類(lèi)清除掉,再重新分配所有類(lèi).且經(jīng)調(diào)查,研究區(qū)的農(nóng)用地有70%種植玉米,將玉米地作為土地利用亞類(lèi)輸入.依以上方法,將流域劃分了781個(gè)HRUs.

1.4.4 模擬結(jié)果的評(píng)價(jià)指標(biāo) 本研究選取2、NS、Re作為評(píng)價(jià)模擬結(jié)果的指標(biāo),通過(guò)實(shí)測(cè)值與模擬值之間的計(jì)算,進(jìn)而得知模擬結(jié)果是否可信,具體計(jì)算方法見(jiàn)文獻(xiàn)[25-27].

2 模型模擬

2.1 徑流模擬

圖2 泗河流域徑流和農(nóng)藥的模擬值與實(shí)測(cè)值

利用SWAT-CUP軟件進(jìn)行參數(shù)的敏感性分析和模型的率定.通過(guò)查閱文獻(xiàn)與流域?qū)嶋H情況,選擇了18個(gè)與徑流有關(guān)的參數(shù)進(jìn)行敏感性分析與率定,由CUP中提供的全局敏感性分析方法,得到泗河流域徑流模擬的前5個(gè)敏感性參數(shù)排名與取值(或范圍)如下:CN2.mgt (30~93)、ALPHA_BF.gw(0.99)、GW_DELAY.gw (495)、GW_REVAP.gw(0.16)、ALPHA_BNK.rte(0.19).

表1 泗河流域農(nóng)藥參數(shù)的率定

由于氣象數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為2006~2017年日值數(shù)據(jù),考慮到模型初始運(yùn)行時(shí)部分參數(shù)為0的情況會(huì)影響模型結(jié)果,同時(shí)結(jié)合徑流實(shí)測(cè)月數(shù)據(jù)的獲取情況,本研究對(duì)模型設(shè)置了2a的預(yù)熱階段,將模擬階段分為2008~2009年的率定期,2010~2017年的驗(yàn)證期,模擬流域月尺度徑流.其徑流模擬值與實(shí)測(cè)值如圖2所示,模擬的月徑流過(guò)程線(xiàn)與實(shí)測(cè)值大體吻合,峰值均在7月和8月.其中率定期的2=0.70,NS=0.66,RE= 17%;驗(yàn)證期的2=0.71, NS=0.61, RE=1.5%.2、NS、Re均能滿(mǎn)足研究要求[28-29].

2.2 除草劑模擬

以徑流模擬的水文參數(shù)值為基礎(chǔ),添加農(nóng)業(yè)管理信息數(shù)據(jù),輸出2017年除草劑模擬結(jié)果,選取SWAT模型的河道輸出文件rch.output中SOLPST. OUT字段表示河段中可溶性農(nóng)藥的輸出量.將2017年除草劑的模擬結(jié)果加載至CUP中進(jìn)行參數(shù)率定.選擇表1中的7個(gè)參數(shù)為除草劑率定的參數(shù).

2.2.1 阿特拉津的模擬 通過(guò)查閱同類(lèi)研究文獻(xiàn)[30-31]得到參數(shù)的初始范圍.由除草劑的初始模擬結(jié)果可知,2017年7月之前的農(nóng)藥日尺度輸出量幾乎為0,此時(shí)段不能作為率定期.故選取7月15日~12月2日時(shí)段進(jìn)行參數(shù)率定,參數(shù)的最終取值見(jiàn)表2.且7月15日~12月2日的模擬結(jié)果為2=0.81,NS= 0.75,RE=12.02%,輸出2017年阿特拉津模擬結(jié)果,如圖2所示.

2.2.2 DEA的模擬 SWAT的農(nóng)藥數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有代謝產(chǎn)物DEA與DIA的參數(shù)數(shù)據(jù),首先通過(guò)查閱同類(lèi)研究文獻(xiàn)[32-33]與模型默認(rèn)的方法獲取參數(shù)初始范圍,并通過(guò)率定來(lái)進(jìn)一步確定.選取7月15日~12月2日時(shí)段進(jìn)行參數(shù)率定,參數(shù)的最終取值見(jiàn)表1.7月15日~12月2日的模擬結(jié)果為2=0.72, NS=0.35, RE=25%,輸出2017年DEA模擬結(jié)果如圖2所示.

2.2.3 DIA的模擬 如DEA模擬一樣,先搜集DIA的各參數(shù)值或范圍[32-34]再率定.同樣,選取有輸出量的7月15日~12月2日時(shí)段進(jìn)行參數(shù)率定,參數(shù)的最終取值見(jiàn)表1. 7月15日~12月2日的模擬結(jié)果為2=0.57, NS=0.46, RE=22%,輸出2017年DIA模擬結(jié)果如圖2所示.

除草劑雖在2017年7月之前的模擬效果不及7月之后的效果好,但是7月15日~12月2日阿特拉津及代謝產(chǎn)物的模擬與實(shí)測(cè)差別不大,評(píng)價(jià)指標(biāo)結(jié)果表明模擬結(jié)果符合研究要求.

3 泗河流域除草劑遷移轉(zhuǎn)化的時(shí)空特征分析

3.1 除草劑輸出的時(shí)間分布特征

本研究以子流域的河道中農(nóng)藥輸出量作為子流域農(nóng)藥污染的指標(biāo).通過(guò)模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)(圖3、圖4),泗河流域農(nóng)藥輸出存在明顯的時(shí)間差異,流域Atrazine及其代謝產(chǎn)物DEA、DIA的輸出時(shí)間均以7~8月份為主,輸出量最大,分別占全年輸出量的78.54%、77.40%和87.89%,3~6月份輸出最少,分別占全年輸出量的0.13%、0.69%和0.13%.

統(tǒng)計(jì)每天流域的除草劑輸出量,得到流域河道農(nóng)藥輸出總量的日尺度分布(圖4),由圖4可知,泗河流域農(nóng)藥輸出存在明顯的波動(dòng),7月份之前各農(nóng)藥輸出值極低,7月份出現(xiàn)輸出量的峰值,再往后輸出量開(kāi)始波動(dòng)降低.各農(nóng)藥輸出量的峰值分別為1314.04g(Atrazine)、88010.5g(DEA)、17538.18g (DIA),峰值出現(xiàn)的時(shí)間一致.

圖3 泗河流域河道農(nóng)藥輸出總量的月尺度情況

圖4 泗河流域河道農(nóng)藥輸出總量的日尺度分布

泗河流域Atrazine及其代謝產(chǎn)物的輸出與流域徑流量輸出有很高的相關(guān)性(表2),農(nóng)藥的陸地向河道的運(yùn)移與降水、徑流等氣象水文要素有關(guān),降水過(guò)程是植物葉面和土壤中的農(nóng)藥遷移的主要?jiǎng)恿?伴隨著徑流過(guò)程遷移至河道,造成河道中農(nóng)藥的匯集.1~6月降水較少、徑流輸出量不大以及6月中旬才開(kāi)始施用農(nóng)藥,所以農(nóng)藥在此階段輸出量極低, 其中1月份降水稍多于12月與2月, 故1月份的阿特拉津及其代謝產(chǎn)物輸出量高于12月份和2月份.Atrazine和DEA的輸出量在1~6月期間有下降趨勢(shì),可見(jiàn)上年的農(nóng)藥施用造成的影響逐漸減弱.7月受到降水的影響,流域河道徑流輸出之和出現(xiàn)峰值,農(nóng)藥施用時(shí)間和降水事件的發(fā)生是農(nóng)藥輸出量在7月份達(dá)到峰值的主要原因.8~12月徑流輸出量又開(kāi)始降低,農(nóng)藥輸出量在此期間下降明顯.此外DEA、DIA與Atrazine也具有極強(qiáng)的相關(guān)性,說(shuō)明河道中母體污染物Atrazine大多轉(zhuǎn)化成其代謝產(chǎn)物,且代謝產(chǎn)物的輸出量普遍高于A(yíng)trazine的輸出量.

表2 日尺度農(nóng)藥輸出總量與徑流總量的相關(guān)性

注:**:在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

3.2 除草劑輸出的空間分布特征

統(tǒng)計(jì)每條河道的農(nóng)藥日輸出量,得到流域河道的日均尺度農(nóng)藥輸出量分布圖(圖5),由此可看出,Atrazine輸出量最多的為1、2、12、5、18號(hào)子流域, 輸出量最低的為31、29號(hào)子流域.結(jié)合流域土地利用情況發(fā)現(xiàn),Atrazine輸出量高的子流域的土地利用構(gòu)成均以農(nóng)業(yè)用地為主,且農(nóng)用地占比在57%以上,此外坡度大,降水事件發(fā)生時(shí),施用在田地里的農(nóng)藥進(jìn)入河道所需時(shí)間短,消耗少,以及河道中的水量小,對(duì)農(nóng)藥的稀釋作用弱,造成Atrazine輸出量大.輸出量低的子流域土地利用構(gòu)成中林、草地分布較多,農(nóng)藥施用量不大且河道長(zhǎng)徑流量大,對(duì)河道中的農(nóng)藥稀釋能力強(qiáng),造成Atrazine輸出量低.中游地區(qū)Atrazine輸出量較高,與當(dāng)?shù)剞r(nóng)藥施用強(qiáng)度、河道匯集造成農(nóng)藥輸出量匯集等有關(guān).Atrazine的輸出量主要以東部上游地區(qū)和中部地區(qū)為主,流域出口處的Atrazine輸出量居中等水平.

圖5 泗河流域農(nóng)藥輸出的空間分布

DEA和DIA輸出量的空間分布相似,輸出量最多的為26、27、29號(hào)子流域以及主河道的部分子流域,17、23、30、31、7、20、25號(hào)子流域DEA和DIA的輸出量極低.輸出量較多的子流域位于流域出水口處,因其匯集了全流域的農(nóng)藥污染物.隨著時(shí)間的累積,Atrazine被轉(zhuǎn)化成代謝產(chǎn)物,造成流域出水口處的DEA和DIA輸出量高,且大于A(yíng)trazine.而部分子流域農(nóng)藥輸出量低是由于本身河道中Atrazine含量,導(dǎo)致的代謝產(chǎn)物輸出少.總體而言, DEA和DIA的輸出量以下游流域出口處和中部地區(qū)為主,而Atrazine輸出量高的上游地區(qū),其代謝產(chǎn)物輸出量卻處于中等水平,這可能與代謝過(guò)程有關(guān).

表3 除草劑輸出量的影響因素

注:**:在0.01水平(雙側(cè))上顯著相關(guān),*:在0.05水平(雙側(cè))上顯著相關(guān).

以子流域?yàn)閱卧?分析子流域產(chǎn)水、產(chǎn)沙以及河長(zhǎng)與農(nóng)藥輸出量的關(guān)系(表3).產(chǎn)水量與農(nóng)藥輸出量相關(guān)性不高,但是除草劑輸出量是隨著產(chǎn)水量的增加而增加.輸出量與產(chǎn)沙量呈負(fù)相關(guān),尤其與DEA和DIA具有很強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性,河道中泥沙對(duì)農(nóng)藥有吸附作用[35-36],產(chǎn)沙量大的子流域地形坡度大,農(nóng)用地占地面積少,除草劑輸出量低.此外除草劑輸出量與河道長(zhǎng)度呈負(fù)相關(guān),河道越短,農(nóng)藥輸出量越大.

由于SWAT模型的參數(shù)率定是一項(xiàng)不斷調(diào)整模型參數(shù)以達(dá)到模擬值與實(shí)測(cè)值近似的過(guò)程,因此,這一過(guò)程需要諸多實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的支持.此外,SWAT模型以水文過(guò)程為基礎(chǔ),水文過(guò)程的模擬對(duì)后續(xù)模擬工作具有重要影響.針對(duì)研究過(guò)程中遇到的問(wèn)題,本研究存在著不足,如經(jīng)過(guò)考察得到的農(nóng)藥施用時(shí)間和施用量并不能代表所有農(nóng)戶(hù)的施用情況,由此造成的模擬誤差在所難免.因此,在今后的研究中,可以深入探討農(nóng)藥施用時(shí)間和施用量的變化對(duì)除草劑遷移轉(zhuǎn)化的影響.

4 結(jié)論

4.1 Atrazine與其代謝產(chǎn)物DEA、DIA的輸出具有極強(qiáng)的相關(guān)性,說(shuō)明河道中母體污染物Atrazine大多轉(zhuǎn)化成代謝產(chǎn)物,而且,代謝產(chǎn)物的輸出量普遍高于A(yíng)trazine的輸出量.

4.2 就流域整體而言,阿特拉津及其代謝產(chǎn)物的輸出與流域徑流量、河道長(zhǎng)度、農(nóng)用地分布等有關(guān). 除草劑輸出量是隨著產(chǎn)水量的增加而增加;輸出量與產(chǎn)沙量呈負(fù)相關(guān),尤其與DEA和DIA具有很強(qiáng)的負(fù)相關(guān)性;輸出量與河道長(zhǎng)度呈負(fù)相關(guān).

4.3 從時(shí)間上來(lái)看,阿特拉津及其代謝產(chǎn)物的輸出以7~8月份為主,輸出量占全年的69%以上.7月份之前降水少,徑流輸出量低,各農(nóng)藥輸出值極低,7月份出現(xiàn)輸出量的峰值,之后輸出量開(kāi)始波動(dòng)降低.

4.4 從空間上來(lái)看,Atrazine的輸出量以東部上游地區(qū)和中部地區(qū)為主,流域出口處的Atrazine輸出量居中.DEA和DIA的輸出量的空間分布相似,以下游流域出口處和中部地區(qū)為主.

4.5 針對(duì)泗河流域農(nóng)藥污染及遷移的控制,可以從以下方面著手:嚴(yán)禁毀壞河道,河道越長(zhǎng),農(nóng)藥輸出路徑越長(zhǎng),有利于促進(jìn)農(nóng)藥的降解;農(nóng)藥的施用要注意天氣的變化,避免施用農(nóng)藥后遭遇強(qiáng)降水天氣,加速農(nóng)藥的徑流遷移;農(nóng)業(yè)種植過(guò)程中盡量提高施用效率,減少農(nóng)藥的施用.

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Simulation of herbicide transportation in Sihe watershed by SWAT model.

XU Yan1, SUN Xiao-yin1,2*, LIU Fei1, FAN Yu-na1, JIANG Zhai1

(1.Geography and Tourism College, Qufu Normal University, Rizhao 276826, China；2.Key Laboratory of Nansihu Lake Wetland Ecological and Environmental Protection, Qufu Normal University, Rizhao 276826, China)., 2018,38(10)：3959~3966

Pesticide pollution in Sihe watershed, China can have a negatively effect on Nansihu lake and aquatic environment of South-North Water Diversion Project. To understand the process of herbicides transport and best management practices in the watershed, transport simulation of herbicide including atrazine and its transformed products in Sihe watershed performed by SWAT model and field investigation. The results demonstrated that there was a high correlation between the output of herbicides and runoff. The time of herbicides output was mainly concentrated in July and August, which accounted for more than 69% of output in the whole year. The spatial distribution of herbicides load in the watershed was affected by the length of the river and distribution of agricultural land. The output of atrazine distributed primarily in eastern and central region of upstream areas, and catchment outlet of herbicide output was in the middle. However, the spatial distribution of the output of atrazine transformed products including DEA and DIA were similar to their parent compound, which mainly located in the catchment outlet of the downstream areas and the central region in Sihe watershed. The study can provide theoretical support for the management of herbicide migration in the basin.

atrazine；DEA；DIA；SWAT model；Sihe watershed

X524

A

1000-6923(2018)10-3959-08

徐 燕(1992-),女,安徽舒城人,曲阜師范大學(xué)碩士研究生,主要從事GIS與流域生態(tài)服務(wù)模擬研究.發(fā)表論文3篇.

2018-03-21

國(guó)家自然科學(xué)基金資助面上項(xiàng)目(41471389)

* 責(zé)任作者, 副教授, xiaoyin-sky@163.com