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APEX模型在南方水稻灌区面源污染研究中的应用前景

张丽华;代俊峰;谢永雄;莫磊鑫;苏毅捷

【摘要】由于南方地区特殊的气候条件、地形地貌和农业管理措施,南方水稻灌区

污染物迁移过程呈现复杂性.本文在介绍APEX模型的功能特点和应用实例基础上,

结合南方水稻灌区氮磷迁移的影响因素分析,探讨了APEX模型在南方灌区面源污

染控制研究相关领域的应用前景.

【期刊名称】《工业安全与环保》

【年(卷),期】2018(044)007

【总页数】4页(P88-91)

【关键词】APEX模型;氮磷;灌区;稻田

【作者】张丽华;代俊峰;谢永雄;莫磊鑫;苏毅捷

【作者单位】桂林理工大学,广西环境污染控制理论与技术重点实验室广西桂林

541004;桂林理工大学,广西环境污染控制理论与技术重点实验室广西桂林

541004;桂林理工大学,岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心广西桂

林541004;桂林理工大学,广西环境污染控制理论与技术重点实验室广西桂林

541004;桂林理工大学,广西环境污染控制理论与技术重点实验室广西桂林

541004;桂林理工大学,广西环境污染控制理论与技术重点实验室广西桂林

541004

【正文语种】中文

0引言

农业面源污染是地表水和地下水污染的主要来源之一，我国化肥的施用量远超过国

际上为防止水体污染而设置的化肥使用上限[1]。我国南方水稻种植区施肥量大，

由于降雨量大、灌水方式不合理等引起氮磷流失，对水环境造成较大影响[2]。

为了模拟分析流域面源污染的产生、排放及其对水环境的影响，许多面源污染模型

相继得到了开发和发展。例如，美国农业部农业研究所开发的连续模拟模型

CREAMS，首次系统、综合地分析了面源污染的水文、侵蚀和污染物迁移过程。

在此基础上又发展出一系列结构类似、各具特点的模型，如用于模拟大流域面源污

染负荷的SWRRB和SWAT，农田小区模型EPIC，应用于中小流域的面源污染模

型AGNPS和ANSWERS。美国德克萨斯黑土地研究与推广中心开发的模型

APEX(TheAgriculturalPolicyEnvironmentalEXtender)适应性较强，主要适用

于田间和小流域尺度的模拟[3]。APEX模型在美国已经被广泛应用，在中国也有

研究实例，但APEX在中国南方水稻灌区的应用鲜有报道。

本文详细介绍了APEX模型的主要功能，结合南方水稻灌区的水文和面源污染特

点，探讨APEX模型在南方水稻灌区氮磷运移模拟中的应用前景。

1APEX模型介绍

1.1主要功能

APEX模型由12个主要部分组成，包括水文、气象、泥沙、土壤温度、碳循环、

养分循环、作物生长、侵蚀沉积、农牧业管理、杀虫剂、种植环境控制、经济预算

等模块，除了流域算法之外，地下水和水库模块已经被合并到APEX中[4]。

(1)水文模块：水文模块可以模拟计算各个水文响应单元HRU(Hydrologic

ResponseUnits)的地表径流、下渗、蒸散发等水文过程。在APEX中可用两种不

同方式估算地表径流：改进的水土保持局(SCS)径流曲线数法(USDA-NRCS，

2004)和Green-Ampt入渗方程，用修正的RationsFormula和SCSTR-55方法

模拟径流峰值。降雨强度为降雨量的函数，采用随机方法预测坡面流和河道的汇流

时间[5]。

(2)气象模块：气象模块可直接输入降雨量、气温、太阳辐射、相对湿度和风速等

气象因素变量，模拟风力侵蚀时对风速资料的要求更高。气候数据的输入方式包括

读取实测数据、模型内部产生数据或者内部数据与实测数据相结合。APEX要求输

入每个月的天气统计数据，以满足日气象参数随机过程计算的需要。

(3)作物模块：基于EPIC模型的算法来模拟作物、树木及其他植被的生长，目前已

开发了约100种作物和植物的输入参数。APEX可以模拟一年生和多年生作物，

作物的生长基于每日的热量累积，还能模拟十种作物或植被在竞争环境下的生长情

况。

(4)营养物模块：APEX模型对于N，P两种元素进行独立的模拟，在模型中完整的

氮循环包括大气氮输入、肥料氮的施用、作物吸收氮、矿化、固定化、硝化、反硝

化、氨挥发、有机氮和泥沙吸附态氮浸出损失及氮磷随地表径流、侧向潜流、灌溉

排水的损失等。降雨事件中有机氮的