AGNPS模型机理与预测偏差影响因素

农业非点源污染已引起了严重和广泛的生态环境和水质问题,受到各种土地利用类型的潜在影响,并与污染源的扩散和防控措施的地理位置有关,涉及到复杂的生态过程和景观格局,由于监测极为困难或成本昂贵,研究方法一般采用模型模拟预测,AGNPS是应用广泛的模型之一。文章介绍了AnnAGNPS4．0模型的特点、时间空间应用范围及其局限性,主要分析了模型的不确定性和预测偏差的影响因素。通过分析认为,美国农业部农业研究局编制的模型参数手册和703号农业手册中参数取值并不适合中国大部分地区,提出了在使用模型时要根据研究地区的实际情况确定参数的取值,并对国内外模型应用结果进行了综合分析,为模型在中国的正确使用提供参考。     

不同水稻品系幼苗对砷（As）的耐性、吸收及转运

利用琼脂培养基模拟水稻生长的厌氧环境,研究了As对不同水稻品系幼苗生长的影响以及As在其体内的积累及转运特性.结果表明,不同浓度(0～4.0mg/L)的As对供试水稻品系根部干物质积累无显著影响(P>0.05).杂交稻与糯稻的地上部干物质积累随基质中As浓度的增加呈减小趋势,但低剂量的As(0.5mg/L)促进常规稻的生长.水稻地上部的As积累量随基质中As浓度的升高总体均呈增加趋势.水稻根系对As具有较强的吸收与累积能力.水稻根部As的积累量为156.31～504 03mg/kg,占总As含量的63.40～81.90%,远远高于其地上部As的积累量.相比于其它两个品系,糯稻的生物量积累高,耐性指数较大,根部及地上部对As的积累量较低,因此更适合种植在As污染土壤.     

基于AnnAGNPS模型的三峡库区秭归县非点源污染输出评价

非点源(NPS)污染已成为全球关注的环境问题。由于NPS特点、实验手段和监测数据的局限,其研究多采用数学模型进行时间和空间模拟。模型模拟提供了一种成本低效率高的手段来评定区域非点源污染。选择连续农业非点源污染AnnAGNPS(Annualized AGricultural Non-Point Source)模型,构建该模型数据库,模拟秭归县黑沟、兰陵溪、杉木溪等3条典型流域和县域径流、泥沙和营养物质的输出。结果表明：AnnAGNPS模型对3条典型流域的径流模拟能力高于对泥沙和养分的模拟,径流模拟误差均在可接受范围之内,说明模型中采用的径流预测(SCS曲线)法对研究区的地理气候条件是适用的;对3条典型流域泥沙输出模拟误差较高,对氮磷等养分输出模拟的误差最高,通过调整RUSLE和HUSLE等子模型的输入参数来减小泥沙模拟误差;对小型降雨径流事件,模型泥沙、养分模拟误差有偏大趋势,对较大降雨径流事件,模型泥沙和养分模拟误差有偏小趋势;2006年秭归县县域模型模拟的地表径流量为363 mm,泥沙输出为19.6 t/hm2,总氮输出为122 kg/hm2,总磷输出为28 kg/hm2,有机碳输出为581 kg/hm2,模拟结果与相关文献研究和政府统计数据较为相符;AnnAGNPS模型对NPS污染物输出模拟具有一定的不确定性,但作为一个较好的高级农业流域管理工具,该模型可以在三峡库区地理气候条件下使用。     

三峡库区典型流域退耕地植物种类及凋落物对土壤有机碳固定的影响

研究三峡库区典型流域退耕地植物种类和凋落物对土壤有机碳(SOC)固定和迁移的影响.2008年设计C3植物处理(A1)、C4植物香附子无凋落物处理(B0)和双倍凋落物处理(B2)裂区试验,2010年分层采集土壤和植物样品,测定SOC碳密度和稳定性碳同位素δ13C值的变化.结果表明:三峡库区典型流域退耕地土壤SOC密度由于土地利用的变化均发生了变化,退耕2年后,A1区内0～ 30 cm层内SOC量持续增加,平均增加了58.4 g·m-2(1.1％);C4处理的无凋落物区B0,SOC密度增加最为显著,为303 g·m-2(4.9％),但双倍凋落物区B2,SOC密度降低了79g·m-2(1.1％).凋落物对SOC密度影响显著(P＜0.05).     

洛阳市城区雪松(Cedrus deodara)松针重金属含量空间分异性

通过对雪松(Cedrus deodara)松针Pb、Cu、Zn、Cd等4种重金属含量的测定,分析洛阳市大气重金属污染空间分布状况。从洛阳市居民区、商业区、工业区、风景区等4类采样点,分10～15年生雪松松针(YS),10～15年生雪松地面落针(YD),20～30年生雪松松针(LS),20～30年生雪松落针(LD)等4种类型,采集雪松松针,测定其Pb、Cu、Zn、Cd等4种重金属含量。结果表明:洛阳城区雪松松针Pb、Cu、Zn、Cd平均含量为1.606、3.385、18.151和0.198mg·kg-1;松针类型间Cu和Zn含量差异显著,Pb和Cd含量差异不显著;采样点Pb、Cu和Zn含量差异显著,工业区居民区风景区,Cd含量差异不显著;采样点间雪松松针Pb、Cu、Zn含量变化主要受工业生产污染大气排放量和人为活动的影响,其含量值客观地反映出各采样点大气重金属污染状况,雪松可作为城市环境大气重金属污染的指示植物。     

三峡库区典型农林流域景观格局对径流和泥沙输出的影响

以三峡库区秭归县25个典型农林复合小流域作为研究对象,斑块类型水平上选取斑块面积比例指数(PLAND),景观水平上选取斑块丰富度密度(PRD)、双对数回归分维数(DLFD)、Shannon-Weaver多样性指数(SHDI)、聚集度(CONT)等5类景观指数,基于遥感和GIS技术,应用AnnAGNPS(Annualized AGricultural Non-Point Source)模型模拟流域径流和泥沙输出,FRAGSTATS软件计算流域景观格局指数,SPSS19.0分析景观指数和径流、泥沙的相关回归关系,从景观水平探讨景观格局特征对径流、泥沙输出的影响。结果表明：流域径流量与农坡地PLAND、农梯地PLAND、农林梯地PLAND、居民地PLAND、CONT等指数显著正相关,林地PLAND、灌木地PLAND与径流量显著负相关;农坡地PLAND、农林梯地PLAND、居民地PLAND、CONT等与泥沙输出量显著正相关,林地PLAND、灌木地PLAND、SHDI等与泥沙显著负相关。景观指数(因子)与径流和泥沙输出量复相关系数R为0.856和0.962(均高度相关),复相关系数R均大于相对应的单因子相关系数。流域景观水平上,景观格局对径流和泥沙输出影响均显著,景观空间格局是景观功能多样性的反馈,本文是景观格局影响生态过程(径流、泥沙输出)的又一例证。     

农业管理措施对三峡库区流域非点源污染削减效果评价

选取三峡库区典型流域,利用已校准的连续非点源污染模型AnnAGNPS,评价作物种植、化肥施用水平和3组农业管理措施（保护性耕作措施,CTP;保护性工程措施,CRP;退耕还林措施,CCFP)对农业非点源污染（NSP）输出的削减效果.模拟结果表明：作物种植类型对泥沙削减的效果差异不显著,对磷输出削减的效果差异显著;化肥施用量对总氮和总磷输出影响极显著;CTP可以显著削减泥沙输出,增加养分输出;CRP能削减泥沙输出,对养分输出削减的效果不显著;CCFP对泥沙和养分输出削减效果均显著,坡度>10°农田实施CCFP后,流域泥沙输出<5 t·hm^-2,氮、磷等养分输出量可降低至容许范围.     

基于AnnAGNPS模型的三峡库区黑沟小流域退耕还林生态服务价值

利用三峡库区黑沟小流域退耕还林工程实施前后监测资料,并基于AnnAGNPS模型获取该流域径流、土壤侵蚀和养分流失等数据,客观计量流域10种情景(A～J)生态服务物质量,进而估算各情景生态服务价值量.结果表明:退耕还林实施的10种情景中,流域生态服务物质量均发生了变化.情景B之径流、泥沙、总氮、总磷和有机碳的年输出量最高,分别为455 mm、56.8 t·hm-2、132 kg·hm-2、33 kg·hm-2和678 kg·hm-2,而情景J中上述指标最低,分别为303 mm、4.8 t·hm-2、75 kg·hm-2、18 kg·hm-2和383 kg·hm-2,分别下降了33.4%、91.5%、43.1%、45.4%和43.5%;退耕还林工程不同阶段流域生态服务价值也发生了变化,情景B最低,为225万元,情景J最高,为291万元,增加了29.3%.利用实地监测和模型输出的方法进行流域生态服务价值量的计量较为客观,避免了一些生态效益计算上的盲目性,但该方法所需数据量庞大,过程繁杂,限制了其推广应用.     

森林土壤有机碳深度分布模型的构建与应用

了解森林土壤有机碳(SOC)的深度分布模式对正确估算森林碳储量,充分发挥森林碳汇功能,减缓全球气候变化有着重要意义。选取寒温带针叶林、温带落叶林、亚热带针阔混交林、热带常绿阔叶林等4类森林生物群系,建立SOC深度分布数据库,构建SOC质量密度的深度分布模型;使用Nash-Sutcliffe效率系数(E)、误差百分比(PE)、决定系数(R~2)等统计参量评定模型的模拟效果;利用构建的深度分布模型外推更深层SOC密度。研究结果表明:(1)本文所构建的森林SOC深度分布模型模拟值与观测值较为吻合,Nash-Sutcliffe效率E、误差百分比PE和决定系数R~2平均为0.74、6.95%、0.88(P0.05),模型模拟能力较高(E0.6),模拟误差值低于可接受的临界值(PE±15%),说明构建的模型可以对该地区森林SOC密度值进行估算;(2)寒温带针叶林0—20 cm层SOC质量密度较高,热带常绿阔叶林较低;20 cm以下则是寒温带针叶林较低,热带常绿阔叶林较高,热带常绿阔叶林具有更深层的SOC分布;用0—100 cm深度的SOC来表征区域SOC储量时结果偏低。若考虑0—200 cm深度,0—100 cm深度SOC值平均偏低约21.8%,在热带地区这种偏低趋势可能更加突出,误差可能更大。(3)模型对表层SOC密度有偏低预测趋势,对深层SOC密度预测值可能偏高;作为一个森林SOC深度分布模拟工具,模型可以在有限区域条件下估算不同深度SOC密度值。     

三峡库区黑沟流域AnnAGNPS参数空间聚合效应

农业非点源污染物是长江三峡库区主要污染源之一,已造成令人关注的生态、环境和健康等问题,流域模型(AnnAGNPS)与GIS结合,为空间数据组织和模型参数空间聚合提供技术基础,是其预测和流域规划与管理的有效途径.三峡库区小流域条件下,基于临界源面积(CSA)和最小初始沟道长度(MSCL)值域设定,形成不同流域划分方案,空间离散单元(SDU)水平,即SDU大小及数量,影响输入参数空间聚合效应及模型输出结果.在黑沟小流域(144.4 hm~2)应用已校准AnnAGNPS模型,设定CSA和 MSCL值域为0.5～15hm~2及7.5～200m,10种SDU水平、流域尺度和条件下,结果表明:空间参数聚合程度和模型输出结果均随SDU尺度改变而发生变化.土地利用与土壤类型等参数具有明显的聚合效应,径流、泥沙和养分输出具有不同的SDU适宜水平和范围.SDU尺度聚合效应对径流量影响较小,而对泥沙、总N、总P模拟影响较大;径流量、泥沙、总N、总P模拟输出误差可接受SDU尺度范围分别为0.5～18、2～6、0.5～6 hm~2.因此,应用AnnAGNPS模型,更需要注意不同子模型所需要适宜的SDU尺度水平.