由于灌溉的需要，农业流域往往分布有大量的沟渠、池塘、溪流等小微水体，这些水体虽然面积小，但是对于营养物质（N、P、S等）传输和消纳影响极大。在江苏一个典型多水体农业小流域研究表明，小微水体对氮素的消纳量占负荷量的83.4%。除此以外，小微水体还改变了营养物质的迁移路径，增加了营养物质/面源污染过程的复杂性，最终影响了面源污染负荷分布的空间格局。
当前对于流域营养物质的消纳与传输量分布式模拟主要有2种方案：一种是过程模型，另外一种是基于“源-流-汇”的景观格局模型，但均存在缺陷。江苏省土壤学会常务理事颜晓元研究员团队在前期构建了考虑小微水体空间位置的概念模型，量化了水体空间位置和面积对于营养物质迁移和消纳的重要性。但是模型对于不同类型水体的拓扑关系和网络结构考虑还有欠缺，难以实现流域尺度营养物质负荷量与消纳量分布式模拟。
图1 营养物质消纳与传输量分布式模拟新框架
颜晓元研究员团队针对上述实际情况，以图文理论和拓扑关系为基础，提出了2种动态连通性指数计算新方法（图1）：（1）基于“源→汇”迁移路径的沿程线状水体（沟、河）和面状水体（塘、库）表征方法，（2）基于“汇→源”拓扑结构的土地利用之间连通性和包含关系表征方法。新方法不仅考虑了源强大小、数字高程特征、水体类型、水体面积/长度、水体位置，以及汇-源之间与汇-汇之间的拓扑关系，而且将景观单元的空间网络结构与生物地球化学过程联系在一起。将上述方法进一步与营养物质流失量的空间分布耦合，就可以实现多水体农业流域营养物质/面源污染（如氮、磷、农药等）负荷量与消纳量分布式模拟。该方法所需参数少、操作简单、模拟结果可靠，尤其适合多水体农业复杂流域，实现了流域面源污染流失量-消纳量-负荷量“三量”分布式模拟。
目前该模型方法以工具条形式已经在ArcGIS平台上通过编译，并申请流域面源污染模拟、评价、管理平台[NutriShed SAMT] 软著，为流域面源污染的智慧管理如生态湿地选址、农场选址、污染物路径追踪、减排策略分析、风险评估、水质目标实现等提供新的途径。从概念模型构建、理论框架设计、模型软件应用等最终实现多水体复杂农业流域面源污染决策支持。该成果得到国家自然基金（U19A2050, 42177401）和中科院南京土壤研究所“十四五”领域前沿项目支持（ISSASIP2203）。
论文链接：
https://doi.org/10.1029/2019JG005610 ；
https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.119991