一種農(nóng)田面源污染縣域地表徑流總氮排放量預(yù)測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于測(cè)量領(lǐng)域,具體設(shè)及一種總氮排放量的預(yù)測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,農(nóng)業(yè)面源污染問(wèn)題日益突出,特別是在集 約化農(nóng)區(qū),農(nóng)業(yè)面源污染已成為農(nóng)田生態(tài)環(huán)境質(zhì)量下降、地表水富營(yíng)養(yǎng)化、地下水硝酸鹽污 染、農(nóng)田生產(chǎn)能力降低的重要原因。根據(jù)2007年開(kāi)展的第一次全國(guó)污染源普查結(jié)果,農(nóng)業(yè) 源氮、磯年排放量已達(dá)270. 46萬(wàn)噸和28. 47萬(wàn)噸,分別占全國(guó)氮磯排放總量的57. 2%和 67. 4%。
[0003] 目前用于農(nóng)田面源污染氮磯排放預(yù)測(cè)研究方法主要有面源污染物理模型法。面 源污染物理模型是基于對(duì)污染物產(chǎn)生、遷移過(guò)程進(jìn)行模擬的機(jī)理模型,目前應(yīng)用較多的有 SWAT、AGNPS、服PF、ANSWERS等。面源污染物理模型法不僅可W估算污染物輸出負(fù)荷,模擬污 染物產(chǎn)生、遷移、轉(zhuǎn)化過(guò)程,并可對(duì)面源污染的發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè),但此類(lèi)模型研究范圍W流域 為主,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、參數(shù)數(shù)據(jù)需求量大,計(jì)算效率低(Tripathi et al.,2003 ;Beher et al., 2006 ;Panagopoulos et al., 2011;化ang et al., 2012 ;Niraula et al., 2012; Niraula et al.,2013;吳春玲,2013;鄧歐平等,2013)?;诤繑?shù)據(jù)預(yù)測(cè)總氮排放量 通常是W田塊尺度或流域尺度為地理基準(zhǔn),建立生物地球化學(xué)循環(huán)模型,存在獲取數(shù)據(jù)困 難、計(jì)算時(shí)間太長(zhǎng)的缺陷。
[0004] 區(qū)縣是我國(guó)最為穩(wěn)定的行政區(qū)劃,準(zhǔn)確預(yù)測(cè)縣域尺度的總氮排放量對(duì)肥料的使用 管理、作物種植均有重要意義。目前,我國(guó)還沒(méi)有縣域尺度上農(nóng)田面源污染預(yù)測(cè)模型。如何 全面、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)縣域農(nóng)田面源污染發(fā)展趨勢(shì)將有利于今后科學(xué)防治農(nóng)業(yè)面源污染。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 針對(duì)本領(lǐng)域的不足之處,本發(fā)明的目的是提供一種農(nóng)田面源污染縣域地表徑流總 氮排放量預(yù)測(cè)方法。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為:
[0007] -種農(nóng)田面源污染縣域地表徑流總氮排放量預(yù)測(cè)方法,包括步驟:
[0008] 1)基于全國(guó)各區(qū)縣地貌、氣候、肥料施用等自然因素,確定農(nóng)田面源污染發(fā)生區(qū) 劃,確定各農(nóng)田面源污染地表徑流總氮發(fā)生分區(qū)及各分區(qū)設(shè)及縣級(jí)行政區(qū)劃范圍;
[0009] 2)基于農(nóng)田生態(tài)養(yǎng)分循環(huán)理論,選擇影響地表徑流總氮排放量(SB)因素;種子帶 入途徑狂T)、化肥施用途徑(FH)、有機(jī)肥施用途徑(FY)、生物固氮途徑(NG)、大氣降水途徑 (SJ)、灌概帶入途徑(SG)、枯桿還田途徑(JT)、作物收獲帶出途徑狂巧、地下淋溶流失途徑 (S幻、氨揮發(fā)途徑(QH)、氧化亞氮排放途徑怕巧和枯桿移除途徑(J巧;
[0010] 3)在一個(gè)農(nóng)田面源污染地表徑流排放發(fā)生分區(qū)內(nèi),基于縣級(jí)區(qū)域的生物化學(xué)檢 巧。,獲得第N年分區(qū)內(nèi)各縣的農(nóng)田面源污染造成的地表徑流總氮排放量(SB),及第N年和第 N-X年地表徑流總氮影響因素量;
[0011] 其中,X為1~5的正整數(shù);
[0012] 4)建立縣域N年地表徑流總氮與N-X年地表徑流總氮影響因素預(yù)測(cè)模型如下所示: SB=a+bXZT+CXFH+dXFY+eXNG+fXSJ+gXSG+hXJT+iXZS+jXSX+kXQH+1XQP+mXJY (1)
[0013] 式(1)中,a為常數(shù)項(xiàng),b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m為回歸系數(shù);影響地表徑流 總氮排放量的氮排放量數(shù)據(jù)為第N-x年的數(shù)據(jù);
[0014] 選擇該農(nóng)田面源污染發(fā)生分區(qū)內(nèi)所有縣級(jí)行政區(qū)劃數(shù)據(jù),代入所述數(shù)學(xué)模型中, 用多元統(tǒng)計(jì)分析法求得a~m的數(shù)值;
[0015] 5)在所述數(shù)學(xué)模型中代入步驟2)求得的a~m的數(shù)值、第N年的影響地表徑流總 氮排放量的氮排放量數(shù)據(jù),求得第化X年的地表徑流總氮排放量(SB)。
[0016] 預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型的步長(zhǎng)X可W是1年到5年甚至更長(zhǎng),但超過(guò)5年,種植模式、農(nóng)藥 種類(lèi)等會(huì)有較大變化導(dǎo)致預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度下降。進(jìn)一步優(yōu)選地,所述X為1~3的正整數(shù)。
[0017] 其中,所述的總氮排放量數(shù)據(jù)中,種子帶入途徑狂T)通過(guò)測(cè)量縣域農(nóng)田不同種子 播種量、不同種子中的含氮量求得;化肥施用途徑(FH)和有機(jī)肥施用途徑(F巧根據(jù)縣域 農(nóng)田不同種植模式面積、化肥與有機(jī)肥施用量求得;生物固氮途徑(NG)通過(guò)測(cè)定豆科植物 面積及固氮量測(cè)定;大氣降水途徑(SJ)通過(guò)測(cè)定農(nóng)田年降水量和降水中含氮量確定;灌概 帶入途徑(SG)通過(guò)測(cè)定灌概量和灌概用水中含氮量來(lái)確定;枯桿還田途徑(JT)、枯桿移除 途徑(J巧和作物收獲帶出途徑狂巧通過(guò)作物播種面積、枯桿還田比例、枯桿移除比例W及 測(cè)定枯桿和巧粒中的含氮量求得;地表徑流流失途徑(SB)通過(guò)測(cè)定地表徑流水量和采集 地表徑流水含磯量求得;地下淋溶流失途徑(SX)通過(guò)測(cè)定地下淋溶水量和采集淋溶水含 氮量求得;氨揮發(fā)途徑(QH)與氧化亞氮排放途徑怕巧通過(guò)測(cè)量不同作物氮肥使用過(guò)程中 畑3、馬0排放總量確定。
[0018] 測(cè)定地下淋溶水量可采用本申請(qǐng)單位提出的地下淋溶原位收集裝置經(jīng)測(cè)定。
[0019] 其中,所述選擇的縣級(jí)行政區(qū)劃應(yīng)屬于同一個(gè)農(nóng)田面源污染發(fā)生分區(qū),所述農(nóng)田 面源污染發(fā)生分區(qū)應(yīng)為南方濕潤(rùn)區(qū)、南方濕潤(rùn)丘陵區(qū)、北方高原區(qū)、東北半濕潤(rùn)平原區(qū)、西 北干旱區(qū)、西北干旱半干旱區(qū)中的一種。
[0020] 本發(fā)明的有益效果在于:
[0021] 針對(duì)縣域農(nóng)田面源污染地表徑流總氮排放量無(wú)法預(yù)測(cè)的難題,在農(nóng)田面源污染發(fā) 生區(qū)劃的基礎(chǔ)上,基于農(nóng)業(yè)生態(tài)學(xué)物質(zhì)循環(huán)理論,應(yīng)用馬爾科夫方法,提出地表徑流總氮影 響因素,建立地表徑流總氮排放量預(yù)測(cè)模型,預(yù)測(cè)農(nóng)田地表徑流總氮排放量,為農(nóng)業(yè)面源污 染防治提供支撐。
【附圖說(shuō)明】
[0022] 圖1農(nóng)田面源污染途徑示意圖。
[0023] 圖中,1是種子帶入途徑、2是化肥施用途徑、3是有機(jī)肥施用途徑、4是生物固氮途 徑、5是大氣降水途徑、6是灌概帶入途徑、7是枯桿還田途徑、8是作物收獲帶出途徑、9是地 下淋溶流失途徑、10是地表徑流流失途徑、11是氨揮發(fā)途徑、12是氧化亞氮排放途徑和13 是枯桿移除途徑。
【具體實(shí)施方式】
[0024] 現(xiàn)下實(shí)施例來(lái)說(shuō)明本發(fā)明,但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。實(shí)施例中使用的手 段,如無(wú)特別說(shuō)明,均使用本領(lǐng)域常規(guī)的手段。
[0025] 實(shí)施例1 ;
[0026] 本實(shí)施例選擇黃淮海半濕潤(rùn)平原區(qū),進(jìn)行農(nóng)田面源污染地表徑流總氮排放量預(yù) 測(cè)。
[0027] 黃淮海半濕潤(rùn)平原區(qū)包括黃河、淮河、海河流域中下游的北京、天津、河北、山東、 河南大部W及蘇北、曉北、黃河支流的汾渭盆地和長(zhǎng)江流域的南陽(yáng)盆地,共計(jì)636個(gè)縣,耕 地面積2735萬(wàn)公頃,±壤類(lèi)型W潮上、褐上、棟壤為主。該區(qū)地形平坦,肥料投入量高,灌概 條件好。主要考慮肥料和農(nóng)藥淋溶污染,特別是集約化蔬菜種植區(qū);在棉區(qū)和露地蔬菜種植 區(qū)地膜殘留污染較為普遍。
[0028] (1)基于全國(guó)各區(qū)縣地貌、氣候、肥料投入等農(nóng)田面源污染發(fā)生影響因素,聚類(lèi)各 縣域農(nóng)田面源污染地表徑流總氮排放類(lèi)型,統(tǒng)計(jì)黃淮海半濕潤(rùn)平原區(qū)內(nèi)相同類(lèi)型區(qū)縣;
[0029] (2)結(jié)合統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)、文獻(xiàn)發(fā)表數(shù)據(jù)、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)和實(shí)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),核算黃淮 海半濕潤(rùn)平原區(qū)內(nèi)區(qū)縣農(nóng)田面源污染2012年地表徑流總氮排放量(SB)和2010年影響因 素氮通量。
[0030] 其中地表徑流總氮影響因素包括種子帶入途徑狂T)、化肥施用途徑(FH)、有機(jī)肥 施用途徑(FY)、生物固氮途徑(NG)、大氣降水途徑(