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        湖庫(kù)型水源地富營(yíng)養(yǎng)狀況及土地利用對(duì)水質(zhì)的影響

        2021-10-21 11:36:16易玉敏祝家能
        關(guān)鍵詞:湖庫(kù)園地水源地

        易玉敏 祝家能 劉 鵬

        (云南省生態(tài)環(huán)境工程評(píng)估中心,云南 昆明 650228)

        水資源短缺和水體污染已成為現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的制約因素,飲水安全事關(guān)人民群眾的健康和生命安全[1]。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的高速發(fā)展,人為活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響加劇,導(dǎo)致污染物排放量快速增長(zhǎng)。目前中國(guó)約有30%左右的水庫(kù)處于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)[2],飲用水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題已成為中國(guó)飲用水安全保障以及水資源與水環(huán)境保護(hù)面臨的重大問(wèn)題[3],對(duì)水源地的保護(hù)工作迫在眉睫。目前,國(guó)內(nèi)外已有關(guān)于湖庫(kù)型水源地水環(huán)境、水生態(tài)方面的研究。主要集中在水環(huán)境人體健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[4]、水體富營(yíng)養(yǎng)化變化趨勢(shì)[5-6]、移動(dòng)污染源對(duì)水源地水體的影響[7]。也有研究者致力于水源地景觀結(jié)構(gòu)與涵養(yǎng)功能間的內(nèi)在機(jī)理研究[8]及景觀格局動(dòng)態(tài)演變特征[9]。針對(duì)水源地不同土地利用方式與水質(zhì)響應(yīng)關(guān)系構(gòu)建已成研究熱點(diǎn)。隨著工業(yè)現(xiàn)代化,人口密度增加,以湖庫(kù)匯水區(qū)為單元的流域面源污染形式多樣,且隨機(jī)性、復(fù)雜性、不確定性更強(qiáng)[10],明晰湖庫(kù)型水源地不同類(lèi)型土地利用方式對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)化的貢獻(xiàn)顯得至關(guān)重要。

        洪金淑[11]對(duì)滇東南36個(gè)湖庫(kù)型水源地進(jìn)行水質(zhì)評(píng)價(jià),結(jié)果有17個(gè)水庫(kù)年度水質(zhì)不合格,占評(píng)價(jià)水源地總數(shù)的39.5%。不合格水源地中,糞大腸菌群超標(biāo)最為嚴(yán)重,其次是高錳酸鹽指數(shù)、5日生化需氧量(BOD5)、氨氮(NH4+-N)。集中分布在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口密度大的區(qū)域。滇東南大部分區(qū)域(西疇、硯山)屬于典型的巖溶地貌,水土極易流失?;适┯霉芸厥М?dāng)、投肥養(yǎng)殖使氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過(guò)剩、農(nóng)藥及其他有機(jī)或無(wú)機(jī)物的污染物通過(guò)地表徑流造成湖庫(kù)水體污染[12]。且水源地保護(hù)區(qū)內(nèi)不同的土地利用方式影響污染物的排放和傳輸過(guò)程,對(duì)湖庫(kù)水環(huán)境質(zhì)量具有重要影響。

        近年來(lái),由于水土流失、降雨侵蝕、陡坡耕作、施肥以及畜禽養(yǎng)殖等導(dǎo)致的農(nóng)業(yè)面源污染遠(yuǎn)比點(diǎn)源污染要嚴(yán)重得多[13]。僅僅對(duì)水環(huán)境質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)和點(diǎn)源污染管控措施很難解決農(nóng)業(yè)面源帶來(lái)的水環(huán)境惡化問(wèn)題,與面源污染控制密切相關(guān)的區(qū)域景觀格局與水質(zhì)的相互關(guān)系成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)[14]。研究表明,氮磷等污染物從產(chǎn)生到遷移再到形態(tài)轉(zhuǎn)化與流域土地利用方式及景觀組成特征息息相關(guān)[15]。本研究通過(guò)對(duì)8個(gè)湖庫(kù)型水源地水體中總磷(TP)、總氮(TN)、NH4+-N、水溫、pH、溶解氧(DO)、BOD5和化學(xué)需氧量(CODCr)的監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)及水源地保護(hù)區(qū)內(nèi)土地利用結(jié)構(gòu)的深入剖析,揭示典型湖庫(kù)型水源地水體富營(yíng)養(yǎng)化狀況時(shí)間異質(zhì)性,并探究土地利用結(jié)構(gòu)與水質(zhì)指標(biāo)是否存在相關(guān)性,進(jìn)而建立土地利用結(jié)構(gòu)與水質(zhì)的響應(yīng)關(guān)系。旨在為湖庫(kù)型水源地面源污染治理及土地利用規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù),對(duì)開(kāi)展水環(huán)境綜合治理有重要的實(shí)踐意義。

        1 研究區(qū)概況

        1.1 水源地概況

        本研究選取了滇東南遠(yuǎn)近沖水庫(kù)、江東水庫(kù)及紅舍克水庫(kù)等8個(gè)在用水源地為研究區(qū)。其中豐收水庫(kù)為中型水庫(kù),其余均為小(一)型。遠(yuǎn)近沖水庫(kù)位于開(kāi)遠(yuǎn)市中和營(yíng),年供水量59.13萬(wàn)m3,屬于西江水系,在云南省地表水環(huán)境功能區(qū)劃中執(zhí)行Ⅲ類(lèi)水考核標(biāo)準(zhǔn)。江東水庫(kù)位于文山州西疇縣,年供水量216萬(wàn)m3,瀘江水系,Ⅲ類(lèi)水考核標(biāo)準(zhǔn)。紅舍克、黑所、豐收、阿額4個(gè)水庫(kù)位于文山州硯山縣,位于清水江流域,年供水量分別為93.60萬(wàn)、71.54萬(wàn)、67.33萬(wàn)、35.60萬(wàn)m3,均執(zhí)行Ⅲ類(lèi)水考核標(biāo)準(zhǔn)。紅旗水庫(kù)、合作水庫(kù)在玉溪市紅塔區(qū)境內(nèi),年供水量超過(guò)400萬(wàn)m3,屬于玉溪大河水系,均執(zhí)行Ⅱ類(lèi)水考核標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)《飲用水水源保護(hù)區(qū)劃分技術(shù)規(guī)范》(HJ 338—2018)[16]湖庫(kù)型飲用水源保護(hù)區(qū)分為一級(jí)、二級(jí)保護(hù)區(qū)及準(zhǔn)保護(hù)區(qū),本研究8個(gè)湖庫(kù)型水源地各級(jí)保護(hù)區(qū)面積見(jiàn)表1。

        表1 水源地各級(jí)保護(hù)區(qū)面積Table 1 Areas of water source reserve at various levels km2

        1.2 農(nóng)業(yè)面源景觀結(jié)構(gòu)特征

        保護(hù)區(qū)內(nèi)不同土地利用類(lèi)型面積比見(jiàn)表2。各水庫(kù)一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)景觀多樣性以紅舍克水庫(kù)、江東水庫(kù)最為豐富。有3種土地利用類(lèi)型,即耕地、園地和住宅用地。合作水庫(kù)次之,其余水庫(kù)均只有耕地1種類(lèi)型。二級(jí)保護(hù)區(qū)中豐收、紅舍克、江東、紅旗和合作水庫(kù)的土地利用類(lèi)型為3種,其余水庫(kù)則無(wú)園地。

        表2 保護(hù)區(qū)內(nèi)不同土地利用類(lèi)型面積比Table 2 Land-use composition for reserve %

        各水庫(kù)一級(jí)區(qū)內(nèi)耕地面積占保護(hù)區(qū)面積比例介于0.12%~37.02%,均值為13.84%,其中江東水庫(kù)最高,紅舍克水庫(kù)次之。一級(jí)區(qū)中住宅用地和園地占比較低,均少于1%;二級(jí)區(qū)中,耕地占比的最小值、最大值分別為1.22%和51.59%。住宅用地占比均值為1.64%,較一級(jí)區(qū)要高。園地類(lèi)型中僅江東水庫(kù)占比超過(guò)1%,為1.22%。

        2 材料與方法

        導(dǎo)航定位在豐收水庫(kù)和紅旗水庫(kù)各選取了10個(gè)點(diǎn)位進(jìn)行實(shí)地調(diào)查,對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行手工修正,一級(jí)分類(lèi)的判讀精度為93%。

        本研究水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源于云南省千噸萬(wàn)人級(jí)飲用水源地保護(hù)區(qū)劃分成果,由紅河州、文山州和玉溪市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站提供。

        2.2 水樣采集與處理

        在每個(gè)水庫(kù)的取水口位置設(shè)采樣點(diǎn),共8個(gè)采樣點(diǎn),于2019年5—7月各進(jìn)行1次采樣。采樣時(shí),使用803M4型采樣器收集0.5 m深表層水,僅留存采樣器中段水樣。帶回實(shí)驗(yàn)室后,1~4 ℃環(huán)境貯存。測(cè)試指標(biāo)為T(mén)P、TN、NH4+-N、水溫、pH、DO、BOD5和CODCr。參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》[18]進(jìn)行水樣的預(yù)處理及室內(nèi)分析,其中水溫、pH、DO質(zhì)量濃度采用SC-01A系列便攜型監(jiān)測(cè)儀現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定。TP和TN分別使用鉬酸銨分光光度法和堿性過(guò)硫酸鉀消解-紫外分光光度法,檢出限分別為0.01、0.05 mg/L,使用納式試劑光度法檢測(cè)NH4+-N含量,CODCr采用重鉻酸鉀法。

        2.3 水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)方法

        2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

        采集各水庫(kù)所在地2019年土地利用調(diào)查變更數(shù)據(jù),為實(shí)地調(diào)查提供輔助信息。根據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》(GB/T 21010—2017)[17],建立各水源地保護(hù)區(qū)內(nèi)土地利用分類(lèi)遙感影像解譯標(biāo)志,設(shè)置解譯判讀圖斑大小規(guī)則和精度控制要求。借助ArcGIS軟件完成遙感圖像的人機(jī)交互解譯,將水源地保護(hù)區(qū)內(nèi)土地利用類(lèi)型劃分為耕地、住宅用地和園地,2019年10月11—14日,課題組針對(duì)無(wú)法確定分類(lèi)的地理點(diǎn)位,借助GPS

        2.3.1 綜合富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法

        本研究從8個(gè)指標(biāo)中選取了TP、TN、NH4+-N這3個(gè)營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)以及衡量水體自?xún)裟芰Φ奈锘笜?biāo)DO對(duì)水體富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)價(jià)。湖泊富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[19]見(jiàn)表3。TP、TN、NH4+-N質(zhì)量濃度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的選取參照修正卡森指數(shù)[20](TSIm)。根據(jù)TSIc分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),將富營(yíng)養(yǎng)化劃分為:極貧、貧、中、富、重富、極富6級(jí)標(biāo)準(zhǔn),而DO分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)則參考了國(guó)內(nèi)其他湖泊、水庫(kù)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)評(píng)價(jià)的經(jīng)驗(yàn)值[21-22]。

        將表3中的4項(xiàng)指標(biāo)的各級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分指數(shù)值代入式(1),可得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的指數(shù)(Ij)值:

        式中:Cj為指標(biāo)j的實(shí)測(cè)值,Cjmax為指標(biāo)j的極富標(biāo)準(zhǔn)值。

        本研究采用對(duì)數(shù)型冪函數(shù)普適指數(shù)公式計(jì)算水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)綜合指數(shù)(EI)[18,21],并依據(jù)富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表4)評(píng)價(jià)水體所處的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)。計(jì)算方法為:

        表4 水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)綜合指數(shù)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 4 Classification of comprehensive index for water eutrophication assessment

        式中:Wj為指標(biāo)j的歸一化權(quán)值,多數(shù)情況下,各指標(biāo)可視作等權(quán),故Wj=1/n,n為參與評(píng)價(jià)的指數(shù)個(gè)數(shù),n=4。

        2.3.2 主要污染因子篩選

        對(duì)單因子評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行排序,對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)(實(shí)測(cè)值/標(biāo)準(zhǔn)值)位于前3位的污染因子,或標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)大于0.8的污染因子,均列為主要污染項(xiàng)目;將標(biāo)準(zhǔn)指數(shù)大于0.6,小于0.8的污染因子列為潛在污染項(xiàng)目。將監(jiān)測(cè)點(diǎn)水質(zhì)超過(guò)Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目全部作為主要污染項(xiàng)目(pH、溶解氧不參與計(jì)算)。如果水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)分值小于60,則表明化學(xué)污染占據(jù)主導(dǎo),則僅按上面的方法篩選主要污染項(xiàng)目;如果評(píng)分值大于60,除按上面的方法篩選主要化學(xué)污染項(xiàng)目外,可確定氮、磷為主要污染項(xiàng)目。

        2.4 數(shù)據(jù)分析

        采用Pearson相關(guān)性分析各土地利用類(lèi)型與水質(zhì)指標(biāo)間的相互關(guān)系,該統(tǒng)計(jì)分析過(guò)程在SPSS 21.0中完成;Canoco 5.0軟件進(jìn)行冗余分析(RDA),用于揭示單個(gè)景觀變量對(duì)水源地水質(zhì)變化的貢獻(xiàn)?;谏鲜鼋y(tǒng)計(jì)分析手段,建立并分析各水源地水質(zhì)指標(biāo)對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)土地利用類(lèi)型的響應(yīng)狀況。

        3 結(jié)果與分析

        3.1 水體富營(yíng)養(yǎng)狀況

        由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(表5、表6)可知,NH4+-N、DO和CODCr水質(zhì)指標(biāo)濃度均值在3個(gè)月均滿(mǎn)足《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)[23]中的Ⅱ類(lèi)水及以上標(biāo)準(zhǔn)??杉t旗水庫(kù)、合作水庫(kù)在采樣周期內(nèi)均為Ⅲ類(lèi)水,未達(dá)到考核標(biāo)準(zhǔn),主要超標(biāo)因子為T(mén)N和TP。此外,6月期間黑所水庫(kù)、阿額水庫(kù)以及7月的紅舍克水庫(kù)均出現(xiàn)BOD5含量較高而導(dǎo)致水環(huán)境質(zhì)量下降的異?,F(xiàn)象??傮w上,水體氮磷超標(biāo)現(xiàn)象持續(xù)發(fā)生,水質(zhì)趨于惡化。

        表5 水質(zhì)狀況評(píng)價(jià)結(jié)果Table 5 Evaluation results of water quality status

        表6 水質(zhì)指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)Table 6 Descriptive statistics of water quality parameter

        續(xù)表 6

        從水質(zhì)指標(biāo)時(shí)間序列上看,TP濃度均值在研究周期內(nèi)均為Ⅱ類(lèi)水(表6),可TN含量卻相對(duì)偏高,最大值達(dá)0.58 mg/L,在5月、7月時(shí)為Ⅲ類(lèi)水。其余水質(zhì)指標(biāo)在3個(gè)月中均Ⅰ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)。

        由圖1可知,結(jié)合富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn),除5月的江東水庫(kù)和7月的江東、紅旗水庫(kù)外湖庫(kù)水體均處于貧營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài)。江東水庫(kù)在5月時(shí)EI值最大為31.34,達(dá)到中度富營(yíng)養(yǎng)化,該水庫(kù)7月EI值也超過(guò)30(中度富營(yíng)養(yǎng)化標(biāo)準(zhǔn)限值)。此外,紅旗水庫(kù)7月時(shí)達(dá)到中度富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài),EI值為30.20。從趨勢(shì)上來(lái)看,江東水庫(kù)呈先降低后升高,紅舍克水庫(kù)反之,其余水庫(kù)則均為逐漸升高趨勢(shì)。

        圖1 富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)結(jié)果Fig. 1 Evaluation results of eutrophication

        對(duì)照《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)[23]Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)限值要求,從監(jiān)測(cè)最大值(溶解氧為最小值)評(píng)價(jià),DO單因子評(píng)價(jià)指數(shù)大于1(表7),即超過(guò)Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);BOD5、TN單因子指數(shù)大于1.0;CODCr單因子指數(shù)接近1。從監(jiān)測(cè)平均值評(píng)價(jià),DO單因子評(píng)價(jià)指數(shù)大于1,即超過(guò)Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn);BOD5、TN單因子指數(shù)大于0.5;CODCr單因子指數(shù)接近0.5。綜上所述,DO為主要污染項(xiàng)目,BOD5、TN為潛在污染項(xiàng)目。

        表7 單因子指數(shù)法評(píng)價(jià)結(jié)果Table 7 Evaluation results of single factor

        3.2 不同土地利用類(lèi)型對(duì)水質(zhì)的影響

        3.2.1 土地利用與水質(zhì)的Pearson相關(guān)性

        相關(guān)性分析結(jié)果見(jiàn)表8。一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi),5—6月耕地與DO呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05),5月住宅用地與TN呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),6月與水溫呈顯著正相關(guān)(P<0.05);二級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi),6月水溫與園地顯著正相關(guān)(P<0.05),與耕地為極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),且園地、住宅用地與CODCr呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。5—6月耕地、住宅用地與DO之間均為顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。5月園地與NH4+-N呈顯著正相關(guān)(P<0.05)與BOD5顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。7月園地與TP表現(xiàn)為顯著正相關(guān)(P<0.05)。不同的土地利用類(lèi)型在時(shí)間上對(duì)水質(zhì)的影響存在一定的差異,但總體上來(lái)說(shuō)5—6月影響均大于7月。

        表8 土地利用類(lèi)型與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性Table 8 Correlation between landscape pattern and water quality indicators

        3.2.2 土地利用與水質(zhì)的冗余分析

        土地利用與水質(zhì)指標(biāo)的RDA結(jié)果見(jiàn)圖2。從RDA排序可以看出,5月、7月TN、TP、NH4+-N和CODcr與園地比例(Gar%)均集中在排序軸的同一象限,表明該時(shí)期與其他景觀類(lèi)型相比,園地對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)氮、磷等面源污染物的輸出的影響較大。在6月,住宅用地(Res%)與TN之間表現(xiàn)出極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(箭頭夾角接近180°,P<0.01)。7月耕地(Far%)與水溫表現(xiàn)出極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),Res%與BOD5為極顯著正相關(guān)(夾角接近0°,P<0.01)。景觀類(lèi)型中耕地對(duì)水質(zhì)指標(biāo)的影響較園地和住宅用地要大。

        圖2 土地利用與水質(zhì)指標(biāo)的RDA排序Fig. 2 RDA ranking of land use and water quality index

        3.2.3 土地利用與水質(zhì)的單因素分析

        耕地與水質(zhì)指標(biāo)的單因素分析結(jié)果見(jiàn)圖3。5月BOD5、CODCr整體位于藍(lán)色圈內(nèi),表明耕地與該水質(zhì)指標(biāo)呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。6月NH4+-N穿過(guò)紅色圈,其他指標(biāo)均穿過(guò)藍(lán)色圈,表明耕地與NH4+-N呈顯著正相關(guān)(P<0.05),而其余指標(biāo)與耕地呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。7月BOD5、DO、CODCr穿過(guò)紅色圈,而TN、TP和水溫則穿過(guò)藍(lán)色圈,表明耕地與BOD5、DO、CODCr呈顯著正相關(guān)(P<0.05),而與TN、TP有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。

        圖3 耕地與水質(zhì)指標(biāo)的單因素分析Fig. 3 Single factor analysis of cultivated land and water quality indicators

        住宅用地與水質(zhì)指標(biāo)的單因素分析結(jié)果見(jiàn)圖4。5月BOD5、CODCr整體位于紅色圈內(nèi),說(shuō)明BOD5、CODCr與住宅用地呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),而NH4+-N與住宅用地顯著呈負(fù)相關(guān)(P<0.05)。6月僅CODCr穿過(guò)紅色圈,CODCr與住宅用地呈顯著正相關(guān)(P<0.05),而其余指標(biāo)均與兩個(gè)線(xiàn)圈相切,表明兩者并無(wú)相關(guān)性。7月水溫、DO穿過(guò)紅色圈,TN、TP、BOD5和CODCr則穿過(guò)藍(lán)色圈,表明水溫、DO與住宅用地呈顯著正相關(guān)(P<0.05),而TN、TP、BOD5和CODCr與住宅用地呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。

        圖4 住宅用地與水質(zhì)指標(biāo)的單因素分析Fig. 4 Single factor analysis of residential land and water quality indicators

        園地與水質(zhì)指標(biāo)的單因素分析結(jié)果見(jiàn)圖5。5—7月除了BOD5、NH4+-N、水溫和DO以外其余指標(biāo)均分別穿過(guò)紅色圈,而B(niǎo)OD5、NH4+-N、水溫和DO穿過(guò)藍(lán)色圈。表明在5—7月BOD5、NH4+-N、水溫和DO分別與園地呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),其他指標(biāo)在5—7月均與園地均有顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。

        圖5 園地與水質(zhì)指標(biāo)的單因素分析Fig. 5 Single factor analysis of garden plot and water quality indicators

        4 結(jié)論與討論

        本研究以滇東南8個(gè)湖庫(kù)型飲用水源地3個(gè)時(shí)間段內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),結(jié)合土地利用類(lèi)型遙感解譯結(jié)果,通過(guò)Pearson相關(guān)性分析、冗余分析和單因素方法手段,旨在厘清各水質(zhì)指標(biāo)對(duì)不同土地利用結(jié)構(gòu)的響應(yīng)過(guò)程,得出如下結(jié)論:1)紅旗、合作水庫(kù)采樣周期內(nèi)未達(dá)到水質(zhì)考核標(biāo)準(zhǔn),超標(biāo)因子為T(mén)N和TP。5月、6月水源地水環(huán)境質(zhì)量明顯優(yōu)于7月。2)整體上,8個(gè)湖庫(kù)型飲用水源地水體均處于貧營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài);單因子評(píng)價(jià)結(jié)果表明:DO為主要驅(qū)動(dòng)因子,BOD5、TN為潛在污染項(xiàng)目;江東水庫(kù)向中營(yíng)養(yǎng)化演變趨勢(shì)尤為明顯,亟需開(kāi)展水環(huán)境保護(hù)工作。3)湖庫(kù)型水源地水質(zhì)對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)土地利用類(lèi)型的響應(yīng)較好。具體表現(xiàn)為:Pearson相關(guān)性分析中住宅用地、園地與TN、TP間呈顯著正相關(guān)。RDA分析時(shí)園地面積比例(Gar%)與TP、CODCr均在同一象限,與DO則呈顯著負(fù)相關(guān),表明這2種土地利用類(lèi)型是面源污染物輸出的主要源景觀。

        5月開(kāi)始各水源地水體富營(yíng)養(yǎng)化程度逐漸升高。究其原因,與降雨徑流和農(nóng)業(yè)耕作制度有關(guān)。非點(diǎn)源污染的形成離不來(lái)降雨和地表徑流,且降雨是土壤養(yǎng)分流失的重要驅(qū)動(dòng)力。滇東南屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū),降雨周期短,單次降雨量大,水土更易流失。此外,調(diào)查發(fā)現(xiàn),研究區(qū)域內(nèi)耕地主要種植玉米和烤煙。玉米(Zea mays)在6月末7月初拔節(jié)前施氮肥,其間還要視情況噴施農(nóng)藥以防治病蟲(chóng)害。同時(shí)期烤煙也要進(jìn)行施肥、覆膜等農(nóng)事活動(dòng),且農(nóng)藥的施用量更大。在這樣的耕作背景下,加之降雨的外力驅(qū)動(dòng),導(dǎo)致水質(zhì)惡化,水體富營(yíng)養(yǎng)化程度升高。

        本研究中江東水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化狀況在時(shí)間序列上差異較大,分析原因可能和耕地景觀類(lèi)型有關(guān)。該水庫(kù)一級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)耕地面積占比為8個(gè)水庫(kù)之最,二級(jí)保護(hù)區(qū)內(nèi)耕地占比亦超過(guò)30%。另一方面,該水庫(kù)的保護(hù)區(qū)面積僅為2.96 km2,匯水面較小的同時(shí)也就意味著污染物的輸移距離較短,衰減周期較短[24]。坡耕地中產(chǎn)生的氮磷等污染物在地表徑流的作用下很快進(jìn)入湖庫(kù)水體,入庫(kù)量相對(duì)于產(chǎn)生量削減不明顯。

        由于不同土地利用方式和人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度的差異,不同類(lèi)型景觀上污染物負(fù)荷有所不同。水質(zhì)退化的主要貢獻(xiàn)源來(lái)自于住宅用地,受人為活動(dòng)影響較大[25-26]。本研究中住宅用地與TN、CODCr均為極顯著正相關(guān),與溶解氧為顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。本研究中紅旗水庫(kù)住宅用地面積最大,3個(gè)月水質(zhì)采樣分析均為Ⅲ類(lèi)水,超標(biāo)因子為T(mén)N。汛期正值高溫高濕高熱季節(jié),微生物活動(dòng)加強(qiáng),居民區(qū)堆放的生活垃圾在微生物的分解作用下,表現(xiàn)出較高的氮磷含量[24],加之強(qiáng)降雨對(duì)不透水面的沖刷作用,使得本已失去植被和土壤對(duì)氮磷的過(guò)濾吸收和轉(zhuǎn)化存儲(chǔ)功能的住宅區(qū)表現(xiàn)出較高的氮素輸出[26]。另外,人類(lèi)活動(dòng)產(chǎn)生的生活廢水排入水體,也是造成水質(zhì)惡化的主要原因。

        本研究中耕地與水質(zhì)指標(biāo)間的相關(guān)性顯著,這與其他研究結(jié)論是一致的:潮河流域[27]耕地面積與TN、TP間表現(xiàn)為正相關(guān)性,說(shuō)明耕地是污染物負(fù)荷的主要貢獻(xiàn)源。而張海艷[28]的研究發(fā)現(xiàn)于橋水庫(kù)流域內(nèi)耕地與水質(zhì)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。另外,滇東南地區(qū)的耕作大都采用翻耕形式,也一定程度上增加了土壤養(yǎng)分流失的可能。表明庫(kù)區(qū)水質(zhì)受耕地的影響尤為強(qiáng)烈,因此,通過(guò)改變耕作方式、種植生物等水土保持措施對(duì)農(nóng)田土壤養(yǎng)分侵蝕流失具有遏制作用,從而有效地控制面源污染物的流失。

        包姍姍等[29]認(rèn)為流域內(nèi)水體營(yíng)養(yǎng)鹽高負(fù)荷與園地所占面積比例有著很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。本研究中園地的面積比與TN和CODCr具有顯著正相關(guān)性。這與實(shí)際調(diào)查中所獲知的果農(nóng)施肥對(duì)氮肥的依賴(lài)程度較高情況相符。不同的是,吉冬青等[30]的研究發(fā)現(xiàn)園地與CODCr、TP、NH4+-N之間呈負(fù)相關(guān),與NO3-N+、NO2-N呈正相關(guān)。這表明園地與水質(zhì)間相互關(guān)系指向性尚無(wú)確切定論,這主要是由于園地使用的化肥、農(nóng)藥通過(guò)地表徑流進(jìn)入河流會(huì)使河流營(yíng)養(yǎng)鹽增加,但其地表植被又對(duì)污染物有吸附、吸收和滯留的作用,流域管理方式及水質(zhì)監(jiān)測(cè)頻次等都是產(chǎn)生這種不確定性的主要原因。

        土地利用結(jié)構(gòu)對(duì)區(qū)域水文過(guò)程和水質(zhì)的重要性已被充分證實(shí),針對(duì)面源污染較嚴(yán)重流域的“源”“匯”景觀空間布局進(jìn)行調(diào)控是一種最佳的策略??着迦宓萚31]提出:沿水岸帶設(shè)置400~800 m緩沖帶,優(yōu)化效果最為明顯,對(duì)流域現(xiàn)有面源污染風(fēng)險(xiǎn)具有宏觀調(diào)控作用。黃寧等[32]從流域和斑塊兩個(gè)層次針對(duì)不同的關(guān)鍵“源”景觀類(lèi)型,制定了9類(lèi)調(diào)控與優(yōu)化方法,系統(tǒng)地構(gòu)建了一套以面源污染控制為目標(biāo)的景觀格局調(diào)控框架。上述研究從不同土地利用類(lèi)型空間配置的角度出發(fā),提出的優(yōu)化和控制措施,對(duì)湖庫(kù)型水源地面源污染控制有著極高的借鑒意義和參考價(jià)值。

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