東北地理所在黑土區(qū)飲用水源地面源污染防控方面取得進(jìn)展
東北黑土區(qū)是我國(guó)重要的商品糧基地，但長(zhǎng)期面臨水土流失與水體富營(yíng)養(yǎng)化的雙重壓力。盡管該區(qū)域已廣泛推廣多種最佳管理措施（BMPs）以防控農(nóng)業(yè)面源污染，但在流域尺度上對(duì)其效能的評(píng)估以及空間配置系統(tǒng)優(yōu)化研究仍較為缺乏。
針對(duì)上述問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所水環(huán)境污染與防治學(xué)科組以長(zhǎng)春市重要飲用水源地—石頭口門(mén)水庫(kù)上游流域?yàn)檠芯繉?duì)象，綜合運(yùn)用土壤與水評(píng)估工具（SWAT）模型與非支配排序遺傳算法II（NSGA-II），開(kāi)展了流域尺度上面源污染控制措施的多目標(biāo)優(yōu)化研究。研究評(píng)估了四種典型BMPs：秸稈覆蓋耕作（RC）、植草水道（GW）、植被過(guò)濾帶（VFS）和谷坊（CD）在不同組合情景下的污染負(fù)荷削減效能，并首次將實(shí)施成本、土地占用與污染削減效率納入統(tǒng)一優(yōu)化框架。
研究發(fā)現(xiàn)單一措施中VFS對(duì)污染物的去除效率最高，而CD對(duì)養(yǎng)分的削減能力較弱；組合措施尤其是“源頭控制（秸稈覆蓋耕作）+末端攔截（植被過(guò)濾帶）”模式可顯著提升泥沙和磷的去除率。在多目標(biāo)約束下，優(yōu)化后的BMPs空間配置方案可實(shí)現(xiàn)沉積物減少50%以上、總氮（TN）減少30%以上、總磷（TP）減少40%以上，若實(shí)施該方案同時(shí)可新增耕地800余公頃。盡管綜合考慮污染去除效率、經(jīng)費(fèi)與占地三類(lèi)約束的優(yōu)化方案在污染控制方面表現(xiàn)最優(yōu)，但其投資成本是最低成本方案的10倍以上，而效率提升并未成比例增加。因此，在實(shí)際推廣中需結(jié)合污染程度、資金支持與農(nóng)戶(hù)接受度，選擇最適合當(dāng)?shù)氐呐渲貌呗浴Ｔ撗芯坎粌H為東北黑土區(qū)面源污染治理提供了定量化、空間化的決策支持，也為其他類(lèi)似生態(tài)脆弱區(qū)的流域管理提供了理論依據(jù)與技術(shù)參考。
圖1 研究區(qū)BMPs應(yīng)用情況。Residue cover tillage：秸稈覆蓋耕作；Grassed waterway：植草溝渠；Vegetative filter strips：植被過(guò)濾帶；Check dem：谷坊
圖2 石頭口門(mén)水庫(kù)上游流域BMPs配置的多目標(biāo)優(yōu)化：(a) 泥沙與總磷；(b) 總氮
相關(guān)成果發(fā)表在農(nóng)業(yè)水資源管理領(lǐng)域知名期刊《Agricultural Water Management》上。由東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所碩士鄧洋（第一作者，已畢業(yè)）、歐洋副研究員（通訊作者）等人共同完成。本研究得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2023YFA1009001）、國(guó)家自然科學(xué)基金（U21A2037 & 41571480）及中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（XDA28080302）的共同資助。
論文信息與鏈接如下：
Yang Deng,Yang Ou*,Shujiang Pang,Baixing Yan,Hui Zhu,Liming Yan,Qi Cui. Multi-objective optimization of best management practices at watershed scale: A case study of drinking water source watersheds in northeast black soil region of China. Agricultural Water Management,2025,318,109736.
https://doi.org/10.1016/j.agwat.2025.109736
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