《南方流域農業面源污染控制政策仿真》是北京大學欒勝基教授主編的《中國農村環境管理解困叢書》之一，具體的作者則是三位年輕的科研工作者，這本書是年輕人們的一次大膽的創新。
在當下的世界，創新被提到了前所未有的高度，因而不管該書的內容如何，至少我們的年輕科研工作者敢于創新、勇于創新的精神是值得提倡和宣揚的。
書做出來了總是需要接受檢閱的，該書的作者提出：
一是，本書進一步完善作者開發的多主體農戶和農村環境管理模型(MAREM)，在提出從模擬農戶行為對政策的響應入手分析我國農業面源污染控制策略的新視角后,將MAREM模型與經典的環境學模型相組合，用以分析陸源-海源污染物產生和輸移情況。本書將有助于豐富多主體建模技術和計算實驗方法在我國環境學界的結合應用，在復雜經濟管理系統方法論研究方面也具備一定的理論和方法探索性。
二是，本書的研究結果能夠為南方流域農業面源污染嚴重地區的農業環境治理經濟型政策設計和創新提供思路和決策依據。
這些都需要讀者們的檢閱，當然也正如欒教授所言：若本叢書多個方面的討論，能提供給讀者更多迸發思想火花的機會，那么其刊行會更有意義。
｜NO.1｜常見流域面源污染模型
(１) HSPF 模型
HSPF模型是綜合考慮了徑流、污染物傳輸、土壤流失、河道水力、泥沙傳輸、營養物質間化學反應的復雜面源污染模擬模型。它依靠氣象、水文數據支持，被大量應用于模擬人為因素影響下的自然水系統的水情和水質，并隨著基礎數據數量加大及精度提高而達到更佳模擬效果。HSPF模型的水文模塊采用了Standford水文模型,涉及十多個水文過程。HSPF模型的侵蝕模塊考慮了徑流沖刷侵蝕、雨滴濺蝕和沉積作用。HSPF模型的污染物遷移模塊考慮了氮、磷和農藥等污染物的復雜的遷移轉化，并模擬了污染物進入河道后的轉化過程。
(２)ANSWERS模型
ANSWERS模型是基于降水事件的機理性的分布式參數模型，主要用于模擬小流域尺度的暴雨事件下表面徑流量、土壤侵蝕量和污染物流失量。模型采用網格法，將模擬區域劃分為若干均勻方格，并假定各地貌單元的土壤、氣候和植被等屬性相同，對各地貌單元考慮了滲透、地表徑流、地表水、土壤侵蝕、壤中流、泥沙輸運和泥沙沉積等過程。
(３) CREAMS模型
CREAMS模型基于機理模型和經驗模型，能夠模擬農田小區尺度的水文過程、侵蝕過程和污染物遷移過程,用于分析多種農業管理措施下的土壤侵蝕和水質狀況。
(４)GLEAMS模型
GLEAMS模型是模擬農田小區尺度的長期連續降雨事件的集中參數模型，主要用于模擬農業活動對地下水的氮、磷和農藥污染。它主要由水文子模塊、侵蝕子模塊、營養鹽子模塊和農藥子模塊等四部分組成。
(５) AGNPS模型
AGNPS模型是基于單次暴雨事件的流域尺度的分布式參數模型，主要用于水土流失研究和農業面源污染研究。該模型以網格為基本運行單元， 能夠模擬一場降雨過后流域內各個單元的徑流、侵蝕和污染物遷移等過程，然后輸出單個基本單元或者整個流域的結果。
(６) SWAT模型
SWAT模型是基于長期連續事件的流域尺度的集中參數模型，適用于包含各種土壤類型、土地利用和農業管理制度的較大和較復雜流域。該模型運行效率較高，可以用于模擬預測不同農業管理措施對不同土地利用方式、不同土壤類型和管理條件的流域的水文、泥沙和農業污染物產生量的長期影響。
(７) BASINS模型
BASINS模型是由美國國家環境保護局開發的一個流域尺度的、多目標的環境分析系統。它基于GIS技術，可以對不同空間尺度流域的點源和面源污染物進行綜合分析，且能對不同污染控制管理措施的效果進行評估。成為功能較為強大的系統決策工具。BASINS是一個基于GIS技術的整合式平臺系統，內嵌了HSPF、SWAT、PLOAD、AGWA 等模型和WDMUtil、GenScn等輔助工具，通過BASINS系統，HSPF模型成功地捆綁于ArcView 中，從而為該模型所需的地形、地貌、土地利用/ 覆被、土壤、子流域等數據的自動生成和疊加處理提供了更加方便、精準的手段，同時延長了數據處理、模擬預測的時間序列長度。
| NO.2 |模型集成的總體思路
本書的研究中涉及3個主要的模型技術，即MAREM 模型(多主體農戶和農村環境管理模型)、SD模型(系統動力學模型) 和NEWS模型(流域營養鹽輸出模型) 的集成。我們需要思考和解決幾個問題：
首先，MAREM模型和NEWS模型聯用的互補點在何處， 即這種聯用可以解決什么單模型應用無法解決的問題?
其次，MAREM模型和NEWS 模型為什么采用SD 模型作為連接的橋梁，為什么要使用軟連接方式?
再次，采用軟連接方式時，各個模型哪些關鍵參數需要修正、轉換和傳遞?
MAREM-SD-NEWS模型聯用設計思路
| NO.3 |NEWS 模型的本地化修正
NEWS模型是基于全球流域大尺度提出的流域營養鹽輸出模型。因此，為使得模擬結果更能反映我國流域營養鹽污染的實際情況，本書對NEWS模型進行簡單介紹，并對NEWS模型在珠江流域的適宜性進行了全方位討論和修正，即對NEWS模型的本地化修正。本書通過農村社會調查和野外水質、土壤監測，識別當地的農業污染特征，探討農戶行為(包括生產和生活行為)與環境變化(主要是營養鹽) 之間的聯系。這將有利于把握研究區域內的農業污染現狀，為NEWS模型和MAREM模型構建和模型驗證提供數據支持；同時也為構建分析中國流域營養鹽輸出機制與管理策略的整合模擬評價體系提供理論和數據支持。
調研與采樣
| NO.4 |基于MAREM-SD 聯用的珠江流域農業面源污染政策仿真
針對日益嚴重的流域營養鹽污染，以及對其影響最為深遠的農業生產環節，本書以珠江流域為例，采用系統動力學模型，根據流域營養鹽污染特征和系統內部關系， 以農業生產污染為核心，構建流域營養鹽污染SD 仿真系統，并結合區域數據，確定模型運行參數，模擬2000~2020年珠江流域的經濟發展趨勢及營養鹽污染變化趨勢，分析流域營養鹽污染特征和影響因素。然后從農戶個體行為角度出發，聯用MAREM模型和流域營養鹽污染SD仿真系統進行流域營養鹽污染控制政策情景分析。首先根據區域數據修正MAREM模型參數。設計和模擬20種農業稅收組合型政策方案的農戶自適應決策過程，從中篩選25％ 化肥稅稅率＋25％農藥稅稅率(情景一)、50％ 化肥稅稅率＋25％ 農藥稅稅率(情景二) 和75％化肥稅稅率＋25％農藥稅稅率(情景三) 三組政策作為營養鹽污染控制政策情景方案。即通過把相應方案的農戶自適應調整生產決策結果輸入流域營養鹽污染SD仿真系統中，進一步模擬2012年后流域營養鹽污染的控制情況，最終評估不同農業政策的污染控制效果。
| NO.5 |基于MAREM-NEWS耦合的北江流域農業面源污染政策仿真
本書采用本地化的NEWS模型模擬北江流域營養鹽輸出。在此基礎上，耦合MAREM模型和NEWS模型，分析了不同政策情景下流域營養鹽輸出的變化。其中，MAREM模型用于模擬分析以農戶為實施對象的某種政策情景下農戶的生產行為，而NEWS模型用于量化在相應的政策情景和農戶生產行為下流域的營養鹽輸出量。
本研究中，本地化的NEWS模型將畜禽養殖源細分為糞肥施用(點源) 和集中污水排放(面源)。根據收支法的思路，NEWS模型假設存在一個虛擬的匯，用于表示隨作物產品和作物秸稈等離開陸地表面的氮和磷。本地化的NEWS模型增加了匯的內容，將畜禽糞肥管理系統和農田中因氨氣、氮氣和一氧化二氮排放而進入大氣的氮素視為匯。
| NO.6 |展 望
本書模型集成的總體思路中，提出要建立利用SD 模型作為橋梁的軟連接模型組,即實現MAREM-SD-NEWS的模型集成，但事實上在本書的珠江和北江案例中，目前只實現了MAREM-SD和MAREM-NEWS的集成，受時間所限(可以看到本書研究跨度較長，所以案例章節中各個章節的研究區域數據收集的時間序列數據的時間段并不完全吻合)，尚未測試3組模型連續集成的案例。在下一步的研究中，考慮在可能的條件下，采用論文的形式發布3類不同模型集成應用的研究報道。同時，在本書的案例中，對農業面源污染控制政策僅選用了稅收政策，受時間所限，并未計算補貼政策或者其他可能的經濟型控制政策，這也是下一步研究中可以增加考慮的因素。
另一個研究方向是在模型的連接中，由于MAREM模型是針對虛擬的人工村落的理論模型，而其他大多數模型都是針對現實世界的應用模型，這兩者在對接上的尺度和參數不匹配很大程度上源于MAREM模型的“過于微觀化”，盡管這種微觀化對于多主體模型來說很常見且對于理論研究已經足夠使用。作者也曾考慮設計一個看起來更類似現實世界，包含多個村落和城鎮的多主體模型，暫且將其稱為E-MAREM模型,即一個擴展的MAREM模型。
中國鄉村發現網轉自：交叉科學在線 微信公眾號
(掃一掃，更多精彩內容！)
