邱捷，佘冬立，夏永秋

（1.河海大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210098；2. 江蘇常熟農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外觀測(cè)研究站，中國(guó)科學(xué)院南京土壤研究所，江蘇 南京 210008）

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中產(chǎn)生的溶解態(tài)或固態(tài)污染物，在降雨徑流的沖刷和淋溶作用下進(jìn)入受納水體，形成農(nóng)業(yè)面源污染[1]。20世紀(jì)70年代以來(lái)，中國(guó)水環(huán)境質(zhì)量急劇惡化，面源污染日趨成為水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因。有關(guān)研究表明，農(nóng)業(yè)源氮磷污染對(duì)太湖的貢獻(xiàn)率分別達(dá)到77%和33.4%[2]，對(duì)巢湖貢獻(xiàn)率分別為53%和42%[3]。然而，面源污染因其形成過(guò)程受區(qū)域地形、氣候、土地利用和植被覆蓋等多種因素影響，具有隨機(jī)性、分布范圍廣和產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜等特點(diǎn)[4]，這些特點(diǎn)使得面源污染在監(jiān)測(cè)、模擬與控制方面面臨巨大的困難。

空間尺度上，面源污染估算可用分為田塊尺度、流域尺度和區(qū)域尺度。田間尺度種植業(yè)面源污染負(fù)荷估算研究大多是以典型田塊為基礎(chǔ)，開(kāi)展典型田塊的徑流動(dòng)態(tài)特征觀測(cè)，基于管理措施如施肥、灌溉等田塊理化性質(zhì)與作物生長(zhǎng)、降雨強(qiáng)度等進(jìn)行估算[5]。流域尺度上種植業(yè)面源污染負(fù)荷估算是基于代表性流域?yàn)檠芯繉?duì)象，開(kāi)展流域尺度的河流斷面與流域出口水質(zhì)水量觀測(cè)，基于流域土地利用、景觀格局、土壤、管理和氣象等因子空間變異進(jìn)行估算[6]。區(qū)域尺度上種植業(yè)面源污染負(fù)荷估算是通過(guò)調(diào)查區(qū)域典型水體水質(zhì)時(shí)空變異，將區(qū)域劃分成網(wǎng)格、行政單元和流域，基于種植制度、氣候條件和人類活動(dòng)等因子空間變異進(jìn)行估算[7]。因此，區(qū)域尺度是掌握整個(gè)地區(qū)或國(guó)家種植業(yè)源污染負(fù)荷概況、檢驗(yàn)種植業(yè)面源污染防治措施成效、預(yù)測(cè)面源污染發(fā)展趨勢(shì)的重要尺度[8]。

目前，面源污染的量化研究大多基于田塊尺度和流域尺度，由于面源污染負(fù)荷有很強(qiáng)的時(shí)空變異性，將小尺度估算結(jié)果放大到區(qū)域污染負(fù)荷估算有很大的不確定性[9]。隨著面源污染損失規(guī)律研究不斷深入，越來(lái)越多全國(guó)尺度上的估算方法出現(xiàn)。從早期經(jīng)典輸出系數(shù)法到考慮土地利用變化、水文等因素的改進(jìn)系數(shù)法，從經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)模型到復(fù)雜機(jī)理模型。本文簡(jiǎn)要綜述了國(guó)家尺度種植業(yè)面源污染負(fù)荷的估算方法，結(jié)合研究結(jié)果分析了我國(guó)種植業(yè)面源污染防治中存在的若干問(wèn)題，提出了面源污染發(fā)展的優(yōu)先研究領(lǐng)域和重要方向，可為種植業(yè)面源污染控制和管理的定量化研究提供參考。

1 估算方法

1.1 輸出系數(shù)法

輸出系數(shù)法是指利用一個(gè)單一的系數(shù)或系數(shù)集來(lái)表征區(qū)域種植業(yè)面源污染負(fù)荷強(qiáng)度。20世紀(jì)70年代初期，美國(guó)和加拿大在研究土地利用—營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷—湖泊富營(yíng)養(yǎng)化關(guān)系的過(guò)程中，首次提出并應(yīng)用輸出系數(shù)法，這種方法為人們估算面源污染提供了一種新的途徑[10-11]。但早期的輸出系數(shù)法土地利用分類簡(jiǎn)單，精度不高，只能用于估算土地利用類型較為單一區(qū)域內(nèi)的面源污染。針對(duì)這一不足，Johnes[12]對(duì)不同作物類型提出不同的輸出系數(shù)，并利用它對(duì)英國(guó)Windrush流域的氮磷損失量進(jìn)行估算。這種改進(jìn)方法豐富了輸出系數(shù)模型的內(nèi)容，提高了模型對(duì)土地利用狀況變化的靈敏度，因此被廣泛應(yīng)用于面源污染負(fù)荷研究。在我國(guó)，朱兆良[13]開(kāi)展了長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，借鑒Johnes經(jīng)典輸出系數(shù)法，建立了我國(guó)1979年和1998年農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)氮素?fù)p失的輸出系數(shù)，其中氮素淋失系數(shù)約為化肥氮投入量的2%，徑流系數(shù)約為化肥氮投入量的5%。

1.2 改進(jìn)系數(shù)法

傳統(tǒng)的輸出系數(shù)法假定農(nóng)田輸出系數(shù)固定不變，這種假設(shè)導(dǎo)致估算結(jié)果和現(xiàn)實(shí)狀況差異很大[14]。為提高估算精度，胡玉婷[15]在輸出系數(shù)模型中將農(nóng)田區(qū)分為水田和旱地，對(duì)兩種典型土地利用方式的徑流和淋洗損失采用不同的輸出系數(shù)，其中水田氮素淋失率和徑流率分別為投入化肥氮的3.39%和5.15%，旱地氮素淋失率和徑流率為投入化肥氮的9.97%和5.15%。第一、二次全國(guó)污染源普查[16-17]進(jìn)一步將37種土地利用方式的徑流和淋失區(qū)分開(kāi)，在全國(guó)不同地區(qū)選取代表性地形地貌，設(shè)置數(shù)百個(gè)地表徑流和地下淋溶監(jiān)測(cè)試驗(yàn)點(diǎn)，從而得出不同土地利用類型的徑流和淋失系數(shù)。上述輸出系數(shù)模型都不考慮面源污染負(fù)荷的滯后性，為此，Worrall和Burt[18]提出考慮土地利用變化對(duì)污染物輸出系數(shù)影響的氮流失動(dòng)態(tài)模型，減小了預(yù)測(cè)誤差。面源污染除隨水遷移之外，還隨泥沙進(jìn)行遷移，尤其是易被泥沙吸附的磷素[19]。由于泥沙輸移率在遷移過(guò)程中逐漸減小，泥沙顆粒中吸附態(tài)磷在泥沙輸移過(guò)程時(shí)無(wú)法全部進(jìn)入受納水體。為此，Soranno等[20]提出考慮磷遷移損失的改進(jìn)輸出系數(shù)法來(lái)預(yù)測(cè)和評(píng)價(jià)面源磷負(fù)荷。

1.3 多元回歸法

盡管輸出系數(shù)法經(jīng)過(guò)不斷的擴(kuò)充和發(fā)展，但只是在土地利用方式上的細(xì)化，而農(nóng)田氮磷流失過(guò)程十分復(fù)雜，只考慮施肥量單一影響因子，忽略氣象條件、地形地貌、土壤性質(zhì)和作物管理等眾多因素，在估算上具有很大不確定性?；诖?，楊旺鑫[21]通過(guò)收集不同區(qū)域關(guān)于農(nóng)田氮磷損失的文獻(xiàn)，提出氮磷流失量與土壤全氮/磷含量、粘粒含量、氮磷施用量和降雨量之間的多元回歸模型。夏永秋等[22]收集了我國(guó)大量農(nóng)田氮素徑流和淋洗損失數(shù)據(jù)，應(yīng)用逐步回歸分析方法，提取影響種植業(yè)面源氮負(fù)荷量的氣候、地理、作物管理和土壤等因子，構(gòu)建基于氮肥用量、降雨量和土壤粘粒含量的多元回歸模型。結(jié)果表明，與僅考慮化肥施用量的輸出系數(shù)模型相比，增加降雨量因子或土壤粘粒含量因子后的多元回歸模型可大大提高國(guó)家尺度種植業(yè)面源污染負(fù)荷估算的準(zhǔn)確性。

1.4 貝葉斯遞歸回歸樹(shù)模型

由于區(qū)域尺度上面源污染負(fù)荷變異大，影響因素眾多，通過(guò)一個(gè)或幾個(gè)系數(shù)的模型很難解釋面源污染負(fù)荷的空間變異。貝葉斯遞歸樹(shù)的思想是，將大問(wèn)題分解為小問(wèn)題來(lái)求解，然后再將小問(wèn)題分解為小小問(wèn)題。這樣一層一層地分解，直到大變異被分解得足夠小，在每一個(gè)小的變異范圍內(nèi)，都可以通過(guò)簡(jiǎn)單的因子進(jìn)行充分解釋，不用繼續(xù)遞歸分解為止[23]?；谶@種思路，周豐和周懷成[24]提出“多輸入—單輸出”的國(guó)家尺度種植業(yè)面源污染負(fù)荷貝葉斯遞歸回歸樹(shù)模型（Bayesian Recursive Regression Tree, BRRT）（式1），用來(lái)彌補(bǔ)輸出系數(shù)模型和多元回歸模型的不足。

式中：p(T|X,Y)為面源負(fù)荷的響應(yīng)決策樹(shù)，X為影響因素，Y為面源負(fù)荷，θ為模型參數(shù)，p(T)和p(θ|T)分別為決策樹(shù)和參數(shù)的先驗(yàn)分布，p(Y|X,θ,T)為似然函數(shù)。

BRRT原理是通過(guò)隨機(jī)搜索和局部貪婪搜索，以似然函數(shù)值最大為目標(biāo)，建立因變量和自變量之間的時(shí)間或空間線性分段函數(shù)。Hou等[25]和高碩碩等[26]基于大量站點(diǎn)農(nóng)田氮素負(fù)荷與影響因素，利用BRRT分別擬合氮素徑流和淋溶損失的分段函數(shù)模型（PKU-NLEACH和PKU-NRUNOFF）。

1.5 過(guò)程模型模擬法

上述全局或者分段回歸模型，都是建立面源污染負(fù)荷與主要影響因素之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系，僅代表區(qū)域內(nèi)面源污染負(fù)荷的平均水平，缺乏對(duì)污染物負(fù)荷的機(jī)理表達(dá)[27]。為克服這一方法的局限性，F(xiàn)u等[28]在大量田間觀測(cè)和調(diào)研數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將土壤—水界面的氮磷動(dòng)態(tài)過(guò)程納入面源污染負(fù)荷過(guò)程模型（Rice Paddy Runoff Module, RPR）中，并得到全國(guó)主要水稻產(chǎn)區(qū)11個(gè)地點(diǎn)127場(chǎng)降水徑流事件田間觀測(cè)的驗(yàn)證。RPR模型主要包括水分動(dòng)態(tài)平衡、氮磷傳輸過(guò)程和灌溉施肥管理三個(gè)部分，采用水文循環(huán)、生物地球化學(xué)過(guò)程和作物物候?qū)W的耦合方程進(jìn)行建模，用于模擬網(wǎng)格單元或農(nóng)田尺度上的氮磷日徑流通量，最后根據(jù)模型參數(shù)如氣候、土壤、土地覆蓋、移栽和收獲日期、肥料施用率以及施肥和灌溉方案等數(shù)據(jù)在全國(guó)尺度上的分布，模擬了我國(guó)中稻、早稻和晚稻不同種植制度的稻田氮磷徑流流失時(shí)空格局和減排潛力。

2 估算結(jié)果與分析

基于上述方法，眾多研究者在全國(guó)尺度上對(duì)我國(guó)種植業(yè)面源污染負(fù)荷估算進(jìn)行了研究（表1）。結(jié)果表明，我國(guó)總氮徑流損失估算結(jié)果在0.30～2.40 Tg之間，總氮淋洗損失為0.36～2.03 Tg，總磷徑流損失為3.5～6.37 Mg，由于總磷易被土壤吸附，總磷淋洗損失一般很低，很少有關(guān)于全國(guó)尺度總磷淋洗損失的估算。面源污染排放過(guò)程較為復(fù)雜，受地形、地貌、氣候和水文等因素影響，同時(shí)，估算方法、數(shù)據(jù)來(lái)源和影響因素選擇等的不盡相同，導(dǎo)致核算結(jié)果之間存在較大差異。

2.1 全國(guó)尺度種植業(yè)氮素徑流損失比較

對(duì)于全國(guó)尺度種植業(yè)氮素徑流損失，朱兆良[13]通過(guò)輸出系數(shù)模型，估算出全國(guó)種植業(yè)氮素徑流負(fù)荷為1.2 Tg。胡玉婷[15]基于改進(jìn)的輸出系數(shù)法對(duì)全國(guó)224組農(nóng)田氮素?fù)p失數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得到氮素徑流損失量為1.31 Tg。Wang等[29]根據(jù)地表水系統(tǒng)各個(gè)流域農(nóng)田輸入的空間分布，采用改進(jìn)輸出系數(shù)法計(jì)算農(nóng)田徑流，得到2017年全國(guó)總氮徑流輸出量為2.4 Tg。Cui等[30]對(duì)462篇已發(fā)表文獻(xiàn)和3 374個(gè)觀測(cè)值組成的數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，建立氮素?fù)p失與施氮量之間的指數(shù)模型，估算全國(guó)稻田氮素徑流損失量為0.17 Tg。Sun等[31]通過(guò)分析全國(guó)232個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的測(cè)量數(shù)據(jù)，獲取2004年至2017年我國(guó)氮肥的流失系數(shù)和流失量，研究發(fā)現(xiàn)，地表徑流氮肥排放量從0.33 Tg降低至0.30 Tg。夏永秋等[22]應(yīng)用逐步回歸方法對(duì)全國(guó)187組文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，模擬得到2011年全國(guó)種植業(yè)氮素徑流損失量為0.96 Tg。楊旺鑫[21]采用多元回歸模型對(duì)2011年我國(guó)各省水田和旱地化肥使用的氮素?fù)p失進(jìn)行研究，模擬全國(guó)水田旱地總氮徑流總損失合計(jì)2.37 Tg。Hou等[25]基于BRRT算法校驗(yàn)后的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)環(huán)境因素作用于氮素徑流損失進(jìn)行模擬，估算2008年中國(guó)農(nóng)田總氮徑流量為1.09 Tg。Fu等[28]建立我國(guó)稻田施肥、灌排和耕作制度數(shù)據(jù)集，通過(guò)開(kāi)發(fā)的RPR模型估算全國(guó)稻作系統(tǒng)中氮素徑流流失量為0.27 Tg。

表1 國(guó)家尺度種植業(yè)面源污染負(fù)荷估算方法及結(jié)果對(duì)比Table 1 Estimation methods and results comparison of national non-point source pollution loading from planting system

2.2 全國(guó)尺度種植業(yè)氮素淋洗損失比較

對(duì)于全國(guó)尺度種植業(yè)氮素淋洗損失，朱兆良[13]基于輸出系數(shù)法，估算出全國(guó)種植業(yè)面源氮素淋洗負(fù)荷為0.5 Tg。胡玉婷[15]區(qū)分稻田和旱地的損失系數(shù)，得到全國(guó)氮素淋溶損失總量為2.03 Tg。Sun等[31]通過(guò)改進(jìn)輸出系數(shù)模型對(duì)全國(guó)氮素淋洗損失進(jìn)行估算，結(jié)果表明，淋溶損失的氮肥排放量從2004年的0.38 Tg降低至2017年的0.36 Tg。夏永秋等[22]構(gòu)建氮素?fù)p失及其影響因素的多元回歸模型，計(jì)算得到2011年全國(guó)種植業(yè)氮素淋洗損失量為1.01 Tg。楊旺鑫[21]利用農(nóng)田實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)我國(guó)2011年種植業(yè)源氮素?fù)p失進(jìn)行多元回歸分析，估算我國(guó)種植業(yè)總氮淋洗損失為1.80 Tg。高碩碩和周豐[26]通過(guò)BRRT模型檢驗(yàn)并量化了我國(guó)農(nóng)田氮素淋溶損失與施肥量的關(guān)系，計(jì)算出2008年我國(guó)農(nóng)田上因施肥量引起的總氮淋溶量為0.88 Tg。第一次全國(guó)污染源普查[16]對(duì)2007年我國(guó)內(nèi)地31個(gè)省市自治區(qū)種植業(yè)氮素流失潛力進(jìn)行估算，得到全國(guó)農(nóng)田氮素?fù)p失量為0.71 Tg。第二次全國(guó)污染源普查[17]得到2017年我國(guó)種植業(yè)氮素總損失量為0.72 Tg。

2.3 全國(guó)尺度種植業(yè)磷素徑流損失比較

對(duì)于全國(guó)尺度種植業(yè)磷素徑流損失，Sun等[32]通過(guò)改進(jìn)輸出系數(shù)法對(duì)全國(guó)尺度種植業(yè)磷素徑流損失進(jìn)行估算，2004年、2008年和2013年我國(guó)種植業(yè)磷素?fù)p失量分別為3.5 Mg、3.8 Mg和4.6 Mg。楊旺鑫[21]基于多元回歸法估算2011年我國(guó)水田和旱地磷素徑流總損失合計(jì)6.37 Mg。Fu等[28]采用過(guò)程模型模擬法對(duì)中國(guó)稻田總磷徑流損失的空間格局和緩解潛力進(jìn)行模擬研究，估算全國(guó)稻作系統(tǒng)中總磷徑流流失量為1.70 Mg。第一次全國(guó)污染源普查[16]估算2007年我國(guó)種植業(yè)總磷損失量為37 Mg，第二次全國(guó)污染源普查[17]得到2017年我國(guó)種植業(yè)總磷損失量為76 Mg。

3 估算方法中存在的問(wèn)題

3.1 缺乏沿程消納過(guò)程模擬

種植業(yè)面源污染的成污過(guò)程是農(nóng)田中的氮磷營(yíng)養(yǎng)元素以徑流、淋洗等形式到達(dá)地表、溪流、溝渠、池塘、下水道和地下水等，經(jīng)輸移到達(dá)河流、水庫(kù)、湖泊和海洋，成為污染[33]。一般來(lái)說(shuō)，田塊產(chǎn)生的面源污染物無(wú)法全部到達(dá)流域出口，污染物在向下游輸移過(guò)程中由于土壤植被的截留、泥沙沉淀、地下滲漏和微生物分解等過(guò)程逐步消納[34-36]?，F(xiàn)有國(guó)家尺度面源污染負(fù)荷模型，由于數(shù)據(jù)源大多基于田塊流失量的監(jiān)測(cè)，對(duì)污染物伴隨徑流產(chǎn)生與匯集時(shí)向流域出口遷移過(guò)程中的損失考慮不足，未能綜合流域地形地貌、水文氣候、植被覆蓋和土地利用等因素的影響，因此計(jì)算出的結(jié)果嚴(yán)格上僅為流域面源污染物發(fā)生量, 并非流域出口的實(shí)際污染負(fù)荷。Khadam和Kaluarachchi[37]提出考慮水文因素和流域損失的改進(jìn)輸出系數(shù)模型，并將此模型應(yīng)用于美國(guó)華盛頓州，發(fā)現(xiàn)該模型模擬準(zhǔn)確性明顯提高。因此在核算我國(guó)種植業(yè)面源污染總氮和總磷負(fù)荷量的研究中，應(yīng)對(duì)區(qū)域污染物在輸移過(guò)程中的損失加以考慮，進(jìn)一步提高核算結(jié)果準(zhǔn)確度。

3.2 未區(qū)分背景排放和肥料排放

農(nóng)田土壤氮磷流失是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，施用化肥會(huì)顯著增加氮磷流失量[38]。在不施肥情況下土壤本身也會(huì)因有機(jī)態(tài)氮磷礦化作用釋放出未被作物吸收的無(wú)機(jī)態(tài)氮磷污染物，以徑流或淋洗形式流失，稱為背景排放[39-40]。許多學(xué)者在計(jì)算全國(guó)面源污染負(fù)荷時(shí)通常不區(qū)分背景排放和肥料排放，從而未能客觀評(píng)價(jià)施肥對(duì)面源污染的貢獻(xiàn)。倪玉雪[41]對(duì)旱地農(nóng)田氮素徑流和淋洗損失的研究表明，把握背景排放的影響因素規(guī)律對(duì)準(zhǔn)確評(píng)估施入氮在農(nóng)田徑流和淋洗損失中的貢獻(xiàn)有重要作用。土壤背景排放影響因素眾多，其排放變異大。研究發(fā)現(xiàn)，土壤理化性狀對(duì)土壤背景排放有較顯著影響，作物生育期土壤水分、溫度和養(yǎng)分礦化等情況的不同，導(dǎo)致土壤背景排放產(chǎn)生差異，其變化范圍為11.4～12.9 Mg，進(jìn)而使得背景排放對(duì)全國(guó)農(nóng)田氮素排放總量的貢獻(xiàn)率在20%～53%內(nèi)變化[42-44]。此外，在氣候、地理和土壤等多種因素影響下，部分肥料在固定—礦化等氮循環(huán)過(guò)程下轉(zhuǎn)變?yōu)橥寥赖獛?kù)，以背景排放的形式流失。因而區(qū)分出土壤背景排放，把握背景排放和肥料排放的轉(zhuǎn)化規(guī)律，為獲得更為準(zhǔn)確的土壤養(yǎng)分背景排放因子和化肥源排放因子提供依據(jù)，對(duì)開(kāi)展全國(guó)尺度種植業(yè)面源污染負(fù)荷估算研究具有重要的意義。

3.3 未考慮南方一年多熟制

由于農(nóng)業(yè)氣候帶的多樣性，我國(guó)種植制度種類繁多，從一年一熟、兩年三熟、一年兩熟、兩年五熟到一年三熟不等[45-47]。當(dāng)前，全國(guó)尺度種植業(yè)面源污染估算大多基于田塊尺度下一年一熟進(jìn)行估算，對(duì)于南方一年多熟考慮較少，導(dǎo)致估算結(jié)果偏低。實(shí)際上，相比作物一季氮磷流失量，一年多熟種植制度下化肥投入量成倍數(shù)增加，污染物流失量也應(yīng)成倍增加，因此用作物單季排放量不能準(zhǔn)確描述污染全年排放規(guī)律。Xing[48]通過(guò)對(duì)已發(fā)表文獻(xiàn)中數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，探討旱地和水田氮素排放規(guī)律。結(jié)果表明旱地一年一熟、一年兩熟和一年三熟排放量表現(xiàn)出明顯差異，水田單季稻、雙季稻和稻麥輪作排放量同樣存在較大差別。Liu等[49]通過(guò)對(duì)我國(guó)亞熱帶丘陵區(qū)雙季稻作系統(tǒng)徑流過(guò)程進(jìn)行1.5年連續(xù)高頻監(jiān)測(cè)，研究發(fā)現(xiàn)早稻季水田氮磷濃度較高，氮磷徑流損失大于晚稻生長(zhǎng)季。朱兆良[50]研究也同樣發(fā)現(xiàn)，氮素淋洗過(guò)程是一種累進(jìn)過(guò)程，在當(dāng)季未被淋失的養(yǎng)分可在后續(xù)作物季釋放出來(lái)。因此，在估算全國(guó)尺度種植業(yè)面源污染負(fù)荷時(shí)，應(yīng)充分考慮種植制度的影響。

3.4 缺乏氮磷流失過(guò)程建模

由于強(qiáng)烈的時(shí)空變異特征，現(xiàn)有國(guó)家尺度面源污染負(fù)荷模型大都基于容易獲取的氣候、地理、作物管理和土壤等因子建立模型，缺乏對(duì)污染物流失過(guò)程的機(jī)理描述，使得模型預(yù)測(cè)性能較弱，只能對(duì)納入模型的因子做簡(jiǎn)單的預(yù)測(cè)。此外，基于歷史數(shù)據(jù)建立的統(tǒng)計(jì)模型僅限于參數(shù)分布在其建模時(shí)的參數(shù)范圍內(nèi)應(yīng)用，一旦參數(shù)超過(guò)這個(gè)范圍，模型將無(wú)法適用[51]。過(guò)程機(jī)理模型從土壤活性氮磷損失的過(guò)程和機(jī)理出發(fā)，闡述氣候、地理、作物管理和土壤等因子的時(shí)空變異對(duì)面源氮磷損失的影響，得到用數(shù)學(xué)公式表達(dá)的物理、化學(xué)和生物過(guò)程[52]，能夠科學(xué)地描述農(nóng)田污染排放的時(shí)空差異性，并通過(guò)設(shè)置不同環(huán)境條件預(yù)測(cè)不同情景下區(qū)域污染損失情況[53]。然而過(guò)程機(jī)理模型所需參數(shù)較多，且要求詳細(xì)明確，大量輸入資料獲取困難，參數(shù)選擇和模擬精度上存在一定的問(wèn)題，同時(shí)測(cè)試和相關(guān)費(fèi)用較大，且必須通過(guò)長(zhǎng)期和多點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)校驗(yàn)[54]，因而在我國(guó)區(qū)域尺度上應(yīng)用存在一定的局限性。因此，如何根據(jù)研究區(qū)域特征模擬非點(diǎn)源產(chǎn)排污機(jī)理，建立方法簡(jiǎn)便但估算準(zhǔn)確性較高且適合我國(guó)面源污染特點(diǎn)的預(yù)測(cè)模型是今后研究的重點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

面源污染是導(dǎo)致水體和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞的重要因素。經(jīng)過(guò)多年探索，種植業(yè)面源污染負(fù)荷研究已從定性化分析轉(zhuǎn)向定量化核算，研究尺度由田塊尺度和流域尺度擴(kuò)展到國(guó)家尺度?？v觀目前國(guó)家尺度面源污染負(fù)荷估算方法，已經(jīng)形成輸出系數(shù)法、改進(jìn)輸出系數(shù)法、多元回歸法、貝葉斯遞歸回歸樹(shù)模型、過(guò)程模型模擬法等模型方法。各方法之間研究結(jié)果差異較大，具有很大的不確定性。

我國(guó)國(guó)家尺度種植業(yè)面源污染流失量估算方法總體上存在以下主要問(wèn)題，源頭排放未區(qū)分背景排放和肥料排放，也未考慮熟制，過(guò)程削減未充分考慮沿程消納。針對(duì)上述問(wèn)題，國(guó)家尺度種植業(yè)面源污染負(fù)荷模型應(yīng)進(jìn)一步明細(xì)各土地利用輸出系數(shù)、區(qū)分背景排放和肥料排放、考慮我國(guó)熟制的區(qū)域差異、考慮田塊到流域出口的沿程削減。為了同時(shí)兼顧模型的實(shí)用性和機(jī)理性，還應(yīng)加強(qiáng)國(guó)家尺度面源污染半經(jīng)驗(yàn)半機(jī)理模型研發(fā)，推進(jìn)我國(guó)種植業(yè)面源污染負(fù)荷本土化模型開(kāi)發(fā)和應(yīng)用研究，為區(qū)域種植業(yè)面源污染控制提供科學(xué)依據(jù)。