我国作为一个农业大国,农业非点源污染对总氮、总磷的贡献率大于生活污水和工业废水,是造成水体富营养化的主要原因。稻田地处水资源丰富的地区,栽植耗水量约占农业用水总量的60-70%,所产生的水流失引起邻近水体的富营养化等环境问题将不容忽视。IPCC第五次评估报告认为,21世纪全球极端气候事件发生的可能性呈现增加和扩大的趋势;相比发达国家,极端降雨事件的发生可能对发展中国家的农田生态环境产生更严重的破坏。因此,在极端降雨条件下揭示稻田流失发生规律,确定重要影响因素,开展区域稻田氮磷流失模拟研究,为优化稻田管理、形成粮食生产与环境友好相和谐的稻田生产体系增添理论依据。经过近几十年的研究,自然降雨条件下的稻田径流流失机理和规律得以理正,促进了更为合理的施肥管理和耕作制度。但通过人工模拟降雨试验来对稻田养分流失过程进行定量化分析,并通过确定有关参数建立模型来评估稻田氮、磷流失风险已经成为当前新的研究热点。我们于2018年在湖北省荆州市开展了人工模拟极端降水事件的野外稻田观测试验,在各个水稻生育期内模拟60、120、180和240mm/h强度的降水事件,同时高频监测田面水和径流液氮磷浓度,以进一步分析和理解水稻田氮磷径流损失的影响因素及其响应关系。在此基础上我们针对农田生态系统过程模型ORCHIDEE-CROP流失部分进行参数率定,并采用2017年荆州以及2018年盘锦、高安、安陆、巢湖、方正自然降雨观测站点数据进行模型验证。得到以下结论:(1)在不同强度的降水条件下,径流水量在水稻各生育期内无明显差异。总氮的径流损失在60mm/h和120mm/h的强度下在各生育期无明显差异,而三叶期、分蘖期在180mm/h和240mm/h降水强度下总氮的径流损失约为其他生育期的一至两倍。总磷的流失风险在分蘖期高于其他生育期。(2)归因分析表明,径流水总量与降水强度和田面水高度呈显著正相关(p<0.001),同时,叶面积指数的变化与作物的截留能力呈现正相关关系,但是降水强度对径流水量的影响远大于田面水位和水稻叶面积指数的影响。而氮、磷的径流损失量分别与降水强度,以及相应的降水前田面水初始浓度具有显著的正相关(p<0.001),两者对氮、磷的径流损失量的影响也远大于初始的田面水位及叶面积指数。(3)模型结果与观测值有较优拟合度(R2>0.9,p<0.001,BIAS<20%)。利用预测模型对不同强度雨强下氮、磷径流流失风险进行评估。氮的径流损失在雨强小于75%分位值时风险较小,但其随雨强的增大呈指数增长,径流风险在四个生育期无显著差异。而磷的径流损失只在分蘖期随着雨强的增大呈指数增长的趋势,在其他时期风险较小且相对稳定。荆州当地降水强度达到95%分位值时,氮、磷的径流损失风险显著提高(p<0.05)。该研究结果有利于进一步解析降雨条件下稻田氮磷养分流失特征,同时为稻田流失模型构建和流失风险评估研究做出更深一步的尝试。