1.2.4　区域农业面源污染研究

农业活动导致的水体污染及富营养化现象是当今世界亟待解决的难题之一。近年来，农业面源污染的研究已经逐渐成为水污染控制研究的重点。大量研究表明，农业生产对面源污染的贡献显著，并对水质恶化起到了非常重要的推动作用，这是因为水体富营养化过程与农业生产的氮磷流失有着密切的关系。在农业生产中，化肥的利用率仅为35%～40%，大部分残留在土壤、水体中，其主要成分氮磷随着农业灌溉用水和地表径流进入河流、湖泊和水库（王春生等，2007）。农田径流是我国64%受污染河流和57%受污染湖泊的主要污染源（全为民等，2002；杨斌等，1999）。

农业污染物迁移转化过程按照发生途径或介质可分为地表溶出过程和土壤渗漏过程。地表溶出过程是表层土壤与地表径流的相互作用过程，受径流期间水文循环、土壤性质、土地利用类型和污染物存在形态等因素的影响（Cheng et al.，2018；Whitehead et al.，2002；金春玲等，2018；姚金玲等，2019）。大量研究表明，降雨强度、耕作强度、气象因子、地形地坡及施肥状况与污染物随地表径流的流失密切相关（Eskinder et al.，2017；Valbuena-Parralejo et al.，2019；王月等，2019）。土壤渗漏过程是指污染物在降雨或灌溉作用下以溶解态的形式向下层土壤的垂向迁移，是土壤中溶质在对流、扩散和化学反应耦合作用下的运移过程。这些下渗的污染物不但对所在区域的地下水水质构成潜在威胁，还影响着与所在区域地下水有水文循环关系的其他水体。土壤特性、灌溉模式和土壤微生物等是影响土壤渗漏的主要因素（Valkama et al.，2016；Wang et al.，2019；吴家森等，2012）。

农业面源污染以人类活动和水质响应为核心，通过生态水文过程和地貌系统紧密联系起来定量化研究农业活动对水质的影响。20世纪90年代后期，美国最早开展面源污染研究，运用水文学知识综合分析面源污染物的迁移转化过程，并形成了一系列的水文模型和污染物迁移转化模型。具有代表性的水文模型有SCS径流曲线数法、径流系数法等统计方法；污染物迁移转化模型重点研究陆地进入水体前的迁移转化过程，最初的面源污染模型只考虑溶解性和非溶解性两类，代表性的模型有AGNPS（Agricultural Non Point Source）（Miklanek et al.，1999）和SWMM（Storm Water Management Model）模型（Tuomela et al.，2019）。

由于GIS技术能够有效考虑流域多种自然因子的共同作用，在面源污染模型中综合考虑区域的土壤、气候和地形等多方面的因素，尤其是能够运用强大的空间分析模块实现流域数据的整体输入，提高了模拟结果可视化程度。代表性的模型有HSPF（Hydrologic Simulation Program-Fortran）模型（Berndt et al.，2016）；CREAMS（Chemicals Runoff and Erosion from Agricultural Management System）模型；EPIC（Erosion Productivity Impact Calculator）模型（Le et al.，2018）；WEPP（Water Erosion Prediction Project）模型（Fernández et al.，2018）等。流域尺度模型SWAT（Soil Water Assessment Tools）可用于模拟地表水和地下水水质和水量，预测土地管理措施对不同土地利用方式、土壤类型和管理条件的大尺度复杂流域的水文、泥沙和农业化学物质产生的影响（Anna et al.，2017；Nguyen et al.，2019），其中主要子模型有水文过程子模型、土壤侵蚀子模型和污染负荷子模型（Abbasporu et al.，2007），为具有分布式特点的模拟与评估模型。与以往面源污染模型相比，分布式面源污染模型能够将研究区域离散为更小的单元（马放等，2015）。面源污染发生机制研究为该领域的前沿问题之一（郑一等，2002），包括水文过程、污染物在土水界面迁移等。