《2013年中国环境状况公报》显示,海河、黄河、淮河、辽河等一些流域的水环境状况令人担忧,水体环境的恶化加剧了这些地区本就紧张的水资源局势。非点源污染已经成为水体环境的首要威胁,其中氮、磷又是引起水体富营养化的重要因素。流域营养物质的输出和汇集与降雨产流过程紧密相关,只有从相互作用过程研究入手,才能理解土壤养分流失的机理,揭示营养物质的迁移随降雨径流变化而变化的规律。本研究在北京市怀柔区琉璃河流域内的西台子实验小流域,开展了坡地尺度和流域尺度的水量水质观测实验,并结合美国农业部实验小流域的数据和SWAT水文模型工具,通过实验观测、数据分析和模型模拟,揭示产汇流过程对流域营养物质输出与汇集的影响规律。首先,对坡面降雨径流过程的水样进行采集,分析结果表明:雨水对坡面土壤的冲刷侵蚀作用使得地表产流水中的总氮浓度较雨水升高明显,硝态氮浓度较雨水也有所增大;从不同径流成分输出的氮磷负荷看,随地表径流输出的氮磷负荷大于壤中流输出的氮磷负荷,而地表径流的总氮总磷浓度高于壤中流;土壤水中的硝态氮、总磷浓度明显高于雨水,而氨氮浓度要低于雨水,表明土壤中硝态氮、总磷以淋溶的方式随下渗水流迁移,而氨氮则由于被土壤胶体吸附导致浓度下降;地下水中的总氮累积效应明显。其次,对河道流量及水质进行了检测分析,结合美国农业部实验小流域的数据分析,结果表明,雨强的大小是影响产汇流过程中硝态氮浓度变化的重要因素;利用M(V)曲线分析了小流域氮磷输出的初期效应,降水过程中总磷、氨氮较其他营养物质成分表现出明显的初期效应,不同流域对比结果表明总磷与氨氮(或凯氏氮)在初期效应上的规律基本一致。最后,利用SWAT水文模型模拟分析了琉璃河流域近30年氮磷输出与汇集特点,结果表明不同径流成分输出的硝态氮负荷顺序为壤中流>地表径流>地下径流,而不同径流中的硝态氮浓度次序为地表径流>壤中流>地下径流。汛期(6-9月)是氮磷负荷输出的主要时期,而随壤中流和地下径流输出的硝态氮负荷受汛期的影响小于地表径流,汛期对总磷输出的影响大于总氮。