黃佳聰，高俊峰

(中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，中國科學(xué)院流域地理學(xué)重點實驗室，南京 210008)

平原圩區(qū)磷素流失過程模擬*

黃佳聰，高俊峰**

(中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，中國科學(xué)院流域地理學(xué)重點實驗室，南京 210008)

圩區(qū)是太湖流域平原區(qū)的主要地理單元，其磷素流失是造成平原區(qū)水污染的重要原因之一，定量模擬圩區(qū)磷素流失過程是非點源磷污染控制的重要環(huán)節(jié).以太湖流域的典型圩區(qū)——尖圩為研究對象，根據(jù)物質(zhì)守恒原理構(gòu)建圩區(qū)磷素流失過程模型，模型考慮了圩區(qū)自然降雨、人工灌溉、洪澇排水、地面滲漏、作物需水、水面蒸發(fā)、溝渠磷素攔截等過程，充分體現(xiàn)了圩區(qū)系統(tǒng)磷素流失特征；通過已有研究案例、實地監(jiān)測與野外調(diào)研相結(jié)合的方法確定模型參數(shù)；模擬結(jié)果表明：(1) 與太湖流域平原非圩區(qū)相比，圩區(qū)的年度磷素流失量較低(-0.17～0.54kg/(hm2·a))，并且年度差異顯著；(2) 人工灌溉與自然降雨是圩區(qū)磷素輸入的主要渠道，其磷素輸入量分別為0.27～0.69、1.05～1.19kg/(hm2·a)；水體下滲和洪澇排水是圩區(qū)磷素的輸出途徑，其磷素輸出量分別為1.04～1.06、0.65～0.93kg/(hm2·a).

磷素流失；圩區(qū)；模擬；太湖流域

圩區(qū)是長江中下游廣泛存在的一種地理單元，占太湖流域平原區(qū)面積的50%以上，其建設(shè)初衷主要是抵御洪澇災(zāi)害[1]，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，環(huán)境問題的日益突出，圩區(qū)作為太湖流域廣大農(nóng)村主要的單元，其非點源污染問題成為流域污染控制的重要方面[2-3]，其中磷素作為太湖富營養(yǎng)化的重要限制性因子[4]，受到眾多研究者的關(guān)注.國內(nèi)外學(xué)者在平原區(qū)開展了系列磷素流失監(jiān)測[5-7]、磷素流失模擬[8-12]等方面的研究，分析了平原區(qū)農(nóng)田磷素流失與環(huán)境因子之間的相互作用機制，構(gòu)建了平原區(qū)磷素流失模擬的非點源污染模型，估算了磷素流失通量，為平原圩區(qū)的磷素流失模擬積累了寶貴的數(shù)據(jù)、參數(shù)與方法.

平原圩區(qū)通過節(jié)制閘或泵站實現(xiàn)圩區(qū)與外圍河網(wǎng)的水量交換，與非圩區(qū)單元相比，平原圩區(qū)的磷素流失過程受到顯著的人工干擾，影響因素眾多，機理過程復(fù)雜，目前結(jié)合圩區(qū)水循環(huán)規(guī)律開展圩區(qū)磷素流失模擬的研究案例不多.本研究根據(jù)實際調(diào)研圩區(qū)的農(nóng)田灌溉與洪澇排水規(guī)律，結(jié)合大量太湖流域平原區(qū)的研究案例，構(gòu)建了日尺度的平原圩區(qū)磷素流失過程模型，估算了圩區(qū)磷素月流失量，分析了圩區(qū)磷素流失對環(huán)境因子的響應(yīng)機制，對識別圩區(qū)磷素污染控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、制定磷素削減優(yōu)化方案、控制磷素污染具有重要實踐意義.

1.1 污水處理廠處理尾水

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)——尖圩(圖1)位于溧陽市西北部(31°29′2″～31°29′13″N，119°25′17″～119°25′37″E)，面積約為106000m2，年降雨量為1168mm(基于2003-2012年溧陽氣象資料統(tǒng)計)；圩區(qū)海拔較低，地勢平坦，田地成塊，農(nóng)田多為水田、旱地，分別占圩區(qū)總面積的50.1%、21.7%；圩內(nèi)溝渠、坑塘眾多，占圩區(qū)總面積的9.0%，排水溝呈網(wǎng)狀分布，且水力梯度低；圩區(qū)四周均為河道，暴雨期間，圩外河道水位通常高于圩內(nèi)水位，圩內(nèi)水體通過圩區(qū)北部的排澇泵站排出；圩內(nèi)有一自然村(尖圩村)，人口約為100人，住宅用地面積占圩區(qū)總面積的19.2%，無工業(yè)污染源，該圩區(qū)是太湖流域平原區(qū)的典型農(nóng)村圩區(qū).

圖1 尖圩地理位置、土地利用及采樣點分布Fig.1 Location， land use and sampling sites of Polder Jian

2 數(shù)據(jù)來源

圩區(qū)磷素流失模型以尖圩為研究區(qū)，收集的數(shù)據(jù)包括土地利用、氣象、水質(zhì)數(shù)據(jù)(表1).

表1 圩區(qū)磷素流失模型構(gòu)建的數(shù)據(jù)列表Tab.1 Data list of the phosphorus loss model for polder

1) 土地利用數(shù)據(jù)通過2010年12月31日的Spot衛(wèi)星影像，采用監(jiān)督分類解譯獲取.

2) 氣象數(shù)據(jù)來自國家氣象中心的溧陽站(站點編號：58345)，該氣象站與尖圩的水平距離僅為8.5km，其氣象數(shù)據(jù)能夠代表尖圩的氣象條件，收集的數(shù)據(jù)包括2009-2013年的逐日數(shù)據(jù)，包括7個氣象指標(biāo)：日平均氣溫、日最高氣溫、日最低氣溫、日平均相對濕度、日照時數(shù)、日平均風(fēng)速、日降水量.

3) 水質(zhì)數(shù)據(jù)為不同水體的總磷濃度，來源包括野外采樣分析與參考文獻(xiàn).圩外河道的總磷濃度通過采集農(nóng)田灌溉時段(2013年6-9月)的水樣獲??；雨水、圩區(qū)坑塘、不同土地利用類型(水稻田、旱地與居民區(qū))降雨徑流的總磷濃度通過采集降雨事件(2013年8月24日)的水樣獲取，該降雨事件持續(xù)2.5h(16：30-19：00)，累計降雨量為38mm，采用鉬酸銨分光光度法測定樣品總磷濃度；考慮不同土地利用類型降雨徑流的總磷濃度影響因素眾多，為更好表征降雨徑流的總磷濃度，收集了太湖流域平原圩區(qū)多個研究區(qū)不同土地利用類型的磷素流失數(shù)據(jù)；具體水質(zhì)數(shù)據(jù)見表2.

表2 圩區(qū)磷素流失模型構(gòu)建的總磷濃度數(shù)據(jù)Tab.2 The data of total phosphorus for the phosphorus loss model for polder

3 圩區(qū)磷素流失模型

圩區(qū)磷素流失模型以水量平衡為基礎(chǔ)，考慮了圩區(qū)內(nèi)部水分與磷素遷移的相關(guān)過程(圖2)，模型包含4個狀態(tài)變量，即水域蓄水量、水田蓄水量、旱地蓄水量、坑塘總磷濃度，模擬時間步長(ΔT)為1天，模擬時長為4年(2009年10月1日-2013年9月30日)，不同模塊的計算方法闡述如下.

圖2 圩區(qū)水量平衡與磷素遷移Fig.2 Conceptual diagram of water balance in polder system

3.1 水域水量平衡

尖圩的水域包括坑塘與溝渠；強降雨過程中，居民區(qū)與農(nóng)田的徑流通過溝渠匯入坑塘；缺水季節(jié)，圩區(qū)通過泵站從外圍河道抽水到溝渠，并輸送到農(nóng)田與坑塘.水域水量的影響要素包括：降雨、水田匯流、居民區(qū)匯流、旱地匯流、灌溉抽水、水面蒸發(fā)、水域滲漏、洪澇排水，計算公式如下：

(1)

(2)

3.2 居民區(qū)水量平衡

(3)

3.3 水田與旱地水量平衡

水田水量平衡的影響要素包括自然降雨、人工灌溉、作物需水、滲漏、降雨徑流，計算公式如下：

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

旱地的水量平衡模式與水田相似，主要區(qū)別在于沒有發(fā)生灌溉過程，計算公式如下：

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

3.4 灌溉抽水與洪澇排水

(15)

(16)

(17)

圖3 圩區(qū)灌溉與排澇的水域蓄水量Fig.3 The water storage controlling irrigation and drainage for polder

3.5 磷素平衡

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

3.6 模型參數(shù)

本研究構(gòu)建的圩區(qū)磷素流失模型包括27個參數(shù)，各參數(shù)取值與來源詳見表3，其中5個參數(shù)(水域蒸發(fā)速率、水田與旱地作物需水系數(shù)、圩外河道總磷濃度、水田適宜蓄水量下限與上限)考慮了年內(nèi)的差異(圖4).

參數(shù)取值通過3種方法獲取：實地調(diào)研、野外監(jiān)測、太湖流域平原區(qū)的已有研究成果.水域蒸發(fā)速率采用毛銳在太湖流域平原區(qū)的研究結(jié)果[19]；溝渠對居民區(qū)與農(nóng)田徑流中磷素的攔截系數(shù)采用王巖等在宜興平原區(qū)農(nóng)田溝渠的實驗結(jié)果[20]，該研究的農(nóng)田溝渠系統(tǒng)與尖圩溝渠系統(tǒng)的溝渠長度與氣象條件極其接近；啟動與關(guān)閉灌溉泵站的水域蓄水量、啟動與關(guān)閉排澇泵站的水域蓄水量通過尖圩的實地調(diào)研獲取，能夠反映尖圩的實際灌溉與排水情況；水體(包括農(nóng)田與居民區(qū)徑流、圩外河道、降雨)總磷濃度的影響因素很多，為了更好反映不同時間的農(nóng)田徑流磷素流失差異，本研究采用尖圩的實地監(jiān)測，結(jié)合太湖流域平原區(qū)的大量監(jiān)測數(shù)據(jù)[13-15]，采用上述研究案例不同水體總磷濃度的均值，共有46次降雨事件； 圩外河道總磷濃度采用了2013年度的7次總磷監(jiān)測結(jié)果，用于代表歷年5-10月份的總磷變化過程，其它月份由于沒有洪澇排水，無需輸入這一參數(shù).其余參數(shù)主要參考程文輝等[11]在太湖流域平原區(qū)的研究結(jié)果.

4 模擬結(jié)果與分析

尖圩水域水體是洪澇排水的出水口，其總磷濃度對圩區(qū)系統(tǒng)磷素輸出有重要影響，而圩區(qū)磷素流失量是導(dǎo)致區(qū)域水體污染的直接原因；基于構(gòu)建的圩區(qū)磷素流失模型可模擬尖圩水域水體總磷濃度變化(式19)與磷素流失量(式18)，模擬結(jié)果詳述如下.

4.1 尖圩水域水體總磷濃度變化過程

模擬結(jié)果表明，尖圩水域水體總磷濃度存在劇烈的變化(圖5)，在夏季期間，水域的總磷濃度受人工灌溉與強降雨影響較大.人工灌溉對水域水體總磷濃度的影響主要通過大量抽水與水域水體混合，造成水域水體在短時間內(nèi)大幅度波動.在降雨過程中，由于雨水的總磷濃度較低，圩區(qū)水域水體總磷含量得到稀釋，與之相反，居民區(qū)的總磷含量較高，徑流匯入水域中，造成水體總磷濃度升高.此外，在嚴(yán)重干旱期間(如：2011年4月8日-6月9日)，水域蓄水量由于大量蒸發(fā)，持續(xù)減少，也會造成水體總磷濃度的大幅增加(圖5).

水體總磷濃度也存在顯著的年度差異，由于圩區(qū)水域的水深通常較淺，蓄水總量有限，總磷濃度容易受到外界干擾，年度氣象、灌溉與排澇方案的差異極易造成水域水體總磷濃度的大幅波動.

表3 圩區(qū)磷素流失模型參數(shù)Tab.3 Parameters in the phosphorus loss model for polder

圖4 模型參數(shù)的年內(nèi)變化[11，19，21]Fig.4 Parameter dynamics in a year

4.2 圩區(qū)磷素流失量

根據(jù)模型模擬結(jié)果，尖圩的年均磷素流失量為-0.17～0.54kg/(hm2·a)，這一磷素負(fù)荷顯著低于太湖流域平原區(qū)的磷素負(fù)荷(4.5～10.5kg/(hm2·a))[22-23]，甚至存在磷素輸入量大于輸出量的年份，磷素流失量為負(fù)值，充分反映了圩區(qū)對磷素的攔截效應(yīng)；其中人工灌溉與自然降雨是磷素輸入的主要途徑，人工灌溉的磷素輸入量為0.27～0.69kg/(hm2·a)，自然降雨的磷素輸入量為1.05～1.19kg/(hm2·a)；水體下滲與洪澇排水是磷素輸出的主要途徑，水體下滲的磷素輸出量為1.04～1.06kg/(hm2·a)，洪澇排水的磷素輸出量為0.65～0.93kg/(hm2·a).尖圩磷素流失量的年度差異較大(圖6)，以2010-2012年為例，尖圩年磷素流失量分別為0.73、5.79、-1.83kg，即0.07、0.54、-0.17kg/(hm2·a).本研究構(gòu)建的模型考慮了灌溉、降雨過程而導(dǎo)致的磷素輸入，體現(xiàn)了圩區(qū)對其周圍河道水體營養(yǎng)鹽的吸附能力，因此磷素流失量的估算結(jié)果遠(yuǎn)低于孫金華等對常州雪堰鎮(zhèn)圩區(qū)磷素流失的估算結(jié)果(16.5kg/(hm2·a))[24].

尖圩吸收外界磷素主要集中在歷年夏季，其中灌溉是引起夏季磷素輸入的重要渠道(圖7)，春、秋、冬3季主要為磷素輸出(圖6).同時，圩區(qū)磷素流失與降雨量、降雨分布均有密切關(guān)系，以2010年6-8月為例，2010年6月與8月，降雨量較少，而這一時間稻田需水量大，圩區(qū)通過人工灌溉吸收大量磷素；與此相反，2010年7月降雨充足(降雨量為277.3mm)，圩區(qū)通過農(nóng)田灌溉輸入磷素較少(圖7)，同時有兩場暴雨級別降雨(降雨量分別為92.5和85.3mm)，造成農(nóng)田的大量磷素流失，而2011年7月、2012年7月、2013年7月，暴雨級別的降雨事件較少，因此圩區(qū)磷素月流失量均為負(fù)值，即圩區(qū)的磷素輸入量大于輸出量.

綜上所述，與非圩區(qū)集水單元相比[25]，圩區(qū)系統(tǒng)對磷素具有顯著的攔截效應(yīng)，主要有3種途徑：(1) 夏季期間，水田需水量大，需要從圩外河道大量取水，而目前太湖流域平原區(qū)磷素污染嚴(yán)重，圩外河道磷素濃度較高，因此圩區(qū)通過灌溉吸收了外界大量磷素，這一途徑是圩區(qū)吸收外界磷素的最重要渠道(圖6、7)；(2) 與非圩區(qū)區(qū)域相比，圩區(qū)水面率普遍較高，在降雨期間，水面區(qū)域能夠接納雨水中的大量磷素；(3) 圩區(qū)內(nèi)部溝渠廣泛分布，對農(nóng)田與居民區(qū)徑流的磷素有一定的去除作用.

4.3 模型可靠性與不確定性

本研究構(gòu)建了圩區(qū)磷素流失過程模型，模型的結(jié)構(gòu)與參數(shù)選擇是合理的，具體闡述如下：

模型結(jié)構(gòu)方面，基于圩區(qū)實地調(diào)研，模型描述了人工控制的灌溉抽水與洪澇排水過程，充分體現(xiàn)了圩區(qū)水文過程的獨特性；同時參考了已有研究的相關(guān)模塊：作物需水估算、農(nóng)田與居民區(qū)徑流估算、溝渠磷素攔截效應(yīng)，而上述模塊在平原區(qū)已有大量的應(yīng)用[11，17]，計算方法是可靠的.因此，模型結(jié)構(gòu)能夠較好地表征圩區(qū)水量平衡與磷素流失過程.

圖5 2009年10月-2013年9月圩區(qū)水域水體總磷濃度變化Fig.5 Total phosphorus concentration in the water area of polder (Oct.2009-Sep.2013)

圖6 2009年10月-2013年9月圩區(qū)磷素月流失量與降雨量 (其中正值與負(fù)值分別表示圩區(qū)排放與吸收磷素)Fig.6 Monthly phosphorus loss and precipitation of polder(Oct.2009-Sep.2013)

圖7 2009年10月-2013年9月圩區(qū)磷素月流失量與灌溉磷素輸入量 (其中正值與負(fù)值分別表示圩區(qū)排放與吸收磷素)Fig.7 Monthly phosphorus loss and phosphorus input due to irrigation of polder(Oct.2009-Sep.2013)

模型參數(shù)方面，圩區(qū)磷素流失過程模型涉及大量參數(shù)，這些參數(shù)通過3種途徑獲取：(1) 圩區(qū)實地調(diào)研資料：圩區(qū)灌溉與排澇過程受人工干預(yù)顯著，與非圩區(qū)地區(qū)的差異較大，目前可借鑒的圩區(qū)磷素流失過程參數(shù)不多，采用實地調(diào)研的方法能夠有效反映圩區(qū)的實際情況；(2) 時間系列監(jiān)測數(shù)據(jù)：圩區(qū)河道水體總磷濃度受到上游來水影響，時間上可能存在顯著變化，采用時間系列的監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠體現(xiàn)參數(shù)的時間變化過程；(3) 太湖流域平原區(qū)的已有研究成果：目前已有大量研究集中于太湖流域平原區(qū)磷素流失，估算了磷素流失過程的相關(guān)參數(shù)[2，5，11，18]，上述案例的研究區(qū)與尖圩在地理位置、氣象條件、農(nóng)田耕作制度等方面都極其相似，這些參數(shù)已應(yīng)用于相關(guān)的模擬研究，并得到不同程度的驗證，具有較高的可靠性，對本研究的平原圩區(qū)磷素流失過程模型有重要參考價值.

目前模型尚存在多方面不足，有待于做以下幾方面改進(jìn)：(1) 基于長時間系列的監(jiān)測數(shù)據(jù)校正模型參數(shù)，并驗證模型；本研究構(gòu)建的圩區(qū)磷素流失過程模型涉及過程與參數(shù)較多，參數(shù)校正與模型驗證需要長期監(jiān)測數(shù)據(jù)的支持，而目前針對平原圩區(qū)非點源污染的監(jiān)測有限，監(jiān)測數(shù)據(jù)仍難以有效支持參數(shù)校正與模型驗證，后期需要基于監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)一步優(yōu)化模型參數(shù)，并分析模型的可靠性與不確定性；(2) 考慮模型參數(shù)的時間與空間異質(zhì)性；本研究僅考慮了6個參數(shù)的時間異質(zhì)性(表3)，而事實上模型參數(shù)可能存在不同程度的時間與空間上的差異，因此需要通過深入研究圩區(qū)系統(tǒng)的機理過程，進(jìn)一步校正模型參數(shù)；(3) 考慮施肥對磷素流失過程的影響；本研究尚未考慮農(nóng)田徑流總磷濃度的動態(tài)變化過程，而農(nóng)田徑流總磷濃度在施肥后存在顯著的波動現(xiàn)象，可能造成磷素流失總量的估算誤差；(4) 考慮工業(yè)點源對磷素流失的影響；尖圩是典型的農(nóng)村圩區(qū)，沒有工業(yè)污染源，因此模型應(yīng)用于包含工業(yè)污染源的圩區(qū)時，需要進(jìn)一步描述工業(yè)點源的磷素排放過程.

5 結(jié)論

本研究開發(fā)了針對圩區(qū)系統(tǒng)的磷素流失模型，模型考慮了圩區(qū)人工灌溉與洪澇排水等過程，充分體現(xiàn)了圩區(qū)磷素流失過程的規(guī)律，可應(yīng)用于預(yù)測不同降雨、灌溉與排澇情景下的磷素流失過程，進(jìn)而估算圩區(qū)系統(tǒng)的磷素流失通量.模擬結(jié)果表明，與太湖流域平原非圩區(qū)相比，圩區(qū)的年度磷素流失通量較低(-0.17～0.54kg/(hm2·a))，甚至存在磷素輸入量大于輸出量的年份，即磷素流失量為負(fù)值，表明圩區(qū)對磷素有一定的攔截效應(yīng)；圩區(qū)磷素流失通量年度與年內(nèi)均存在大幅度的波動，受降雨因子影響十分顯著；農(nóng)田灌溉、自然降雨是圩區(qū)磷素輸入的主要渠道，其磷素輸入量分別為0.27～0.69、1.05～1.19kg/(hm2·a)，而水體下滲和洪澇排水是圩區(qū)磷素輸出的主要途徑，其磷素輸出量分別為1.04～1.06、0.65～0.93kg/(hm2·a).

致謝：感謝尹洪斌副研究員提供樣品分析支持，感謝黃蔚博士、黃琪博士、閆人華博士在野外監(jiān)測、實驗室樣品分析給予的幫助，感謝國家氣象中心提供建模氣象數(shù)據(jù)，感謝審稿人為本文提出的寶貴修改意見.

[1] 高俊峰，韓昌來.太湖地區(qū)的圩及其對洪澇的影響.湖泊科學(xué)，1999，11(2)：105-109.

[2] 崔廣柏，劉 凌，姚 琪.太湖流域富營養(yǎng)化控制機理研究.北京：中國水利水電出版社，2009.

[3] 楊林章，馮彥房，施衛(wèi)明等.我國農(nóng)業(yè)面源污染治理技術(shù)研究進(jìn)展.中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報，2013，21(1)：96-101.

[4] Stone R. China aims to turn tide against toxic lake pollution.Science， 2011， 333：1210-1211.

[5] 曹志洪，林先貴，楊林章等. 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.土壤學(xué)報，2005，42(5)：799-804.

[6] 俞映倞，薛利紅，楊林章.太湖地區(qū)稻麥輪作系統(tǒng)不同氮肥管理模式對麥季氮素利用與流失的影響研究.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2011，30(12)：2475-2482.

[7] 徐愛蘭，王 鵬.太湖流域典型圩區(qū)農(nóng)田磷素隨地表徑流遷移特征.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2008，27(3)：1106-1111.

[8] 夏 軍，翟曉燕，張永勇.水環(huán)境非點源污染模型研究進(jìn)展.地理科學(xué)進(jìn)展，2012，31(7)：941-952.

[9] Daniel EB， Camp JV， LeBoeuf EJetal. Watershed modeling and its applications： A state-of-the-art review.OpenHydrologyJournal， 2011， 5：26-50.

[10] 賴格英，吳敦銀，鐘業(yè)喜等.SWAT模型的開發(fā)與應(yīng)用進(jìn)展.河海大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2012，40(3)：243-251.

[11] 程文輝，王船海，朱 琰.太湖流域模型.南京：河海大學(xué)出版社，2006.

[12] 郝芳華，楊勝天，程紅光等.大尺度區(qū)域非點源污染負(fù)荷計算方法.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2006，26(3)：375-383.

[13] 曾 遠(yuǎn)，張永春，范學(xué)平.太湖流域典型平原河網(wǎng)區(qū)降雨徑流氮磷流失特征分析.水資源保護(hù)，2007，23(1)：25-27.

[14] 張繼宗，張維理，雷秋良等.太湖平原農(nóng)田區(qū)域地表水特征及對氮磷流失的影響.生態(tài)環(huán)境學(xué)報，2009，18(4)：1497-1503.

[15] 徐愛蘭.太湖流域典型圩區(qū)農(nóng)業(yè)非點源污染產(chǎn)污規(guī)律及模型研究[學(xué)位論文].南京：河海大學(xué)，2007.

[16] Cai J， Liu Y， Lei Tetal. Estimating reference evapotranspiration with the FAO Penman-Monteith equation using daily weather forecast messages.AgriculturalandForestMeteorology， 2007， 145：22-35.

[17] Allen RG， Pereira LS， Raes Detal. Crop evapotranspiration-Guidelines for computing crop water requirements-FAO Irrigation and drainage paper 56.FAO，Rome， 1998， 300(9)：6541.

[18] 王 巖，王建國，李 偉等.三種類型農(nóng)田排水溝渠氮磷攔截效果比較.土壤，2009，41(6)：902-906.

[19] 毛 銳.太湖、團氿湖水面蒸發(fā)的初步研究.海洋與湖沼，1978，9(1)：26-35.

[20] 王 巖，王建國，李 偉等.生態(tài)溝渠對農(nóng)田排水中氮磷的去除機理初探.生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學(xué)報，2010，26(6)：586-590.

[21] 彭世彰，黃萬勇，楊士紅等.田間滲漏強度對稻田磷素淋溶損失的影響.節(jié)水灌溉，2013，(9)：36-39.

[22] 章明奎，王 陽，黃 超.水網(wǎng)平原地區(qū)不同種植類型農(nóng)田氮磷流失特征.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2011，22(12)：3211-3220.

[23] 賴格英，于 革.太湖流域營養(yǎng)物質(zhì)輸移的模擬評估研究.河海大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2007，35(2)：140-144.

[24] 孫金華，朱乾德，練湘津等.平原水網(wǎng)圩區(qū)非點源污染模擬分析及最佳管理措施研究.長江流域資源與環(huán)境，2013，22(Z1)：75-82.

[25] 趙廣舉，田 鵬，穆興民等.基于PCRaster的流域非點源氮磷負(fù)荷估算.水科學(xué)進(jìn)展，2012，23(1)：80-86.

Phosphorus loss simulation of lowland polder system

HUANG Jiacong & GAO Junfeng

(KeyLaboratoryofWatershedGeographicSciences，NanjingInstituteofGeographyandLimnology，ChineseAcademyofSciences，Nanjing210008，P.R.China)

Polders are widely distributed in the lowland areas of Lake Taihu bsin. Phosphorus loss from these polders is one of the main causes of water pollution in the lowland areas. Modeling the process of phosphorus loss from these polders is a critical step to control non-point phosphorus pollution. A Phosphorus Loss Model for Polder(PLMP) model was developed for Polder Jian， a typical polder system located in Lake Taihu basin. The model is mainly based on mass conservation of the phosphorus in Polder Jian. In order to describe phosphorus loss adequately for the polder system， a series of hydrological and phosphorus-transport processes were included in PLMP， such as precipitation， irrigation， flood drainage， infiltration， crop water requirement， evaporation in the water area， phosphorus removal by ditches. Model parameters were determined based on previous case studies and field measurements. The simulation results showed that the phosphorus loss from the polder system was 0.15kg/(ha·a). This value is relatively lower than the phosphorus loss from other lowland areas in Lake Taihu basin. Irrigation and precipitation are the main causes of phosphorus input into the polder， with an input intensity of 0.27-0.69 and 1.05-1.19kg/(ha·a)， respectively. Flood drainage and infiltration cause phosphorus output to the surrounding rivers， with an output intensity of 1.04-1.06 and 0.65-0.93kg/(ha·a)， respectively.

Phosphorus loss； polder； simulation； Lake Taihu basin

*國家自然科學(xué)基金項目(41301574)和中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所“一三五”戰(zhàn)略發(fā)展規(guī)劃項目(NIGLAS2012135005)聯(lián)合資助.2014-03-25收稿；2014-06-12收修改稿.黃佳聰(1984～)，男，博士，助理研究員；E-mail：jchuang@niglas.ac.cn.

**通信作者；E-mail：gaojunf@niglas.ac.cn.