牛香豫，唐國平，顧 慧，陳 桃，陳曉樺

(中山大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣州 510275)

碳、氮作為地球物質(zhì)循環(huán)的重要元素，對(duì)維持全球生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定起著十分重要的作用。在水生生態(tài)系統(tǒng)中，溶解有機(jī)物是維持自然界碳氮平衡的重要組成部分。在流域生態(tài)系統(tǒng)中，溶解有機(jī)物如溶解有機(jī)碳(dissolved organic carbon, DOC)、溶解有機(jī)氮(dissolved organic nitrogen, DON)等營(yíng)養(yǎng)鹽的來源包括自然和人為輸入源。自然輸入源涉及因土壤淋溶、地形坡度、降水、流量等變化引起的營(yíng)養(yǎng)鹽流失；人為輸入源包括因土地利用變化、農(nóng)業(yè)等人類活動(dòng)造成的營(yíng)養(yǎng)鹽流失。在不同環(huán)境條件下發(fā)育的河流，其碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽的來源及濃度變化也具有很強(qiáng)的時(shí)空差異性。此外，資源利用和管理政策變化對(duì)河流中的碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度產(chǎn)生影響。水體水質(zhì)的變化改變水生生物原有的生境。鑒于水生生物對(duì)生境變化的響應(yīng)與碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度變化呈現(xiàn)非同步性，水體碳氮營(yíng)養(yǎng)物濃度變化對(duì)水生生物的生命活動(dòng)也產(chǎn)生一定影響。

目前，針對(duì)流溪河水庫流域的研究多集中于水生生物群落時(shí)空動(dòng)態(tài)變化和水庫庫區(qū)底泥沉積物。溫展明等對(duì)流溪河水庫流域敞水區(qū)定期采樣，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，枯水期因環(huán)境要素尤其是水文和水質(zhì)要素的波動(dòng)變化使得輪蟲群落變異較大；王艷杰等對(duì)流溪河水庫的沉積環(huán)境展開研究發(fā)現(xiàn)，庫區(qū)不同采樣點(diǎn)分布的沉積物粒徑大小及沉積速率具有空間異質(zhì)性。然而，從流域尺度上探討流域溪流碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的變化及其影響因素的研究較少。流溪河水庫流域不僅是典型的亞熱帶山地流域，也是廣州市重要的水源地，研究其水質(zhì)變化對(duì)揭示亞熱帶生物地球化學(xué)循環(huán)規(guī)律和保障城市用水安全具有重要的意義。

本文選取流溪河水庫流域作為研究區(qū)，通過野外采樣和實(shí)驗(yàn)室分析，結(jié)合地形、土地覆被與利用以及人類社會(huì)活動(dòng)數(shù)據(jù)，分析流溪河水庫流域碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的時(shí)空變化特征及其影響因素，為把握流溪河水庫流域水質(zhì)變化和了解亞熱帶地區(qū)生物地球化學(xué)循環(huán)特征及影響因素提供科學(xué)信息。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

流溪河水庫流域(113°44′—114°04′E，23°40′—23°60′N)位于廣東省廣州市從化區(qū)東北部，流域面積約539 km，海拔106～1 182 m。流溪河發(fā)源于從化區(qū)呂田鎮(zhèn)桂峰山，流經(jīng)廣州市的從化區(qū)、花都區(qū)和白云區(qū)，最終在南崗口與白泥河匯流注入珠江。流溪河水庫流域地形呈現(xiàn)東北高、西南低，氣候?qū)儆谀蟻啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，多年平均降水量1 823.6 mm，降水時(shí)空分布不均，豐水期為4—9月，其降水量占全年降水量的81.3%；空間上，降雨分布呈現(xiàn)西南多、東北少。流域植被屬南亞熱帶常綠闊葉林，群落物種豐富，森林覆蓋度達(dá)80%以上。

1.2 數(shù)據(jù)來源與處理

研究所用水質(zhì)數(shù)據(jù)來自于2019年9月至2020年1月對(duì)流溪河水庫流域5個(gè)采樣點(diǎn)的水樣試驗(yàn)分析結(jié)果。采樣期內(nèi)，野外采樣基本保持1周1次，試驗(yàn)分析指標(biāo)包括水樣的DOC濃度、硝酸根離子(NO)和銨根離子(NH)濃度。5個(gè)采樣點(diǎn)使用河流或者附近村落命名，分別為呂田河、黃水溪、哪吒嶺、安山河和東星河，其中呂田河、黃水溪、哪吒嶺3個(gè)子流域位于流溪河水庫流域上游，安山河位于流溪河水庫流域中游，東星河位于流溪河水庫流域下游。試驗(yàn)分析前，先用0.45 μm濾膜對(duì)采集的水樣進(jìn)行過濾，后使用純水洗凈且烘干的聚乙烯瓶承裝，放入保溫箱中低溫保存，用于水樣理化分析。水樣NH、NO離子的濃度通過離子色譜儀測(cè)定，水樣DOC的濃度通過元素分析儀測(cè)得。本研究所用的其他數(shù)據(jù)包括土地利用/覆被、地形、水系、氣象和土壤數(shù)據(jù)。土地利用/覆被數(shù)據(jù)來自于國家基礎(chǔ)地理信息中心全球地表覆蓋數(shù)據(jù)產(chǎn)品服務(wù)網(wǎng)站(http://www.globeland30.org/，DOI：10.11769)，年份為2020年，分辨率為30 m。根據(jù)土地覆被類型及研究區(qū)的實(shí)際情況，將流域內(nèi)土地覆被分為建成區(qū)、森林、水體、灌木地、耕地和草地。

地形數(shù)據(jù)來源于ASTER全球數(shù)字地形高程數(shù)據(jù)庫(https://lpdaac.usgs.gov)，分辨率為30 m。根據(jù)《中華人民共和國土地管理行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》第三次全國國土調(diào)查技術(shù)規(guī)程，將研究流域的坡度劃分為5個(gè)等級(jí)，分別為≤2°，2°～6°，6°～15°，15°～25°和>25°?；贒EM高程數(shù)據(jù)和流域出口水文站位置，運(yùn)用ArcGIS的水文分析工具獲取各采樣點(diǎn)的子流域和河網(wǎng)數(shù)據(jù)。氣象數(shù)據(jù)從國家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心獲得(http://data.cma.cn)，根據(jù)采樣點(diǎn)的地理位置最終選取從佛岡站點(diǎn)獲取氣象數(shù)據(jù)，所獲取的降雨量時(shí)段為2019年9月1日至2020年1月31日。相關(guān)性分析中用到的氣象數(shù)據(jù)為采樣日尺度氣象數(shù)據(jù)，指標(biāo)有平均溫度、日照時(shí)間、平均相對(duì)濕度和極大風(fēng)速。土壤數(shù)據(jù)來自聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)、維也納國際應(yīng)用系統(tǒng)研究所(IIASA)、世界土壤信息(ISRIC)、中國科學(xué)院南京土壤研究所(ISSCAS)和歐盟委員會(huì)聯(lián)合研究中心(JRC)合作的世界土壤數(shù)據(jù)庫(Harmonized World Soil Database version 1.2, HWSD)(http://webarchive.iiasa.ac.at/)。

1.3 研究方法

基于所獲得的氣象、地形、土地利用、土壤、水質(zhì)等數(shù)據(jù)，采用相關(guān)和彈性網(wǎng)絡(luò)(Elastic Net)回歸分析法探討研究區(qū)溪流碳氮營(yíng)養(yǎng)物濃度變化與各環(huán)境變量之間的關(guān)聯(lián)。

1.3.1 相關(guān)性分析 Spearman相關(guān)系數(shù)計(jì)算公式為：

(1)

式中：為相關(guān)系數(shù)，表明自變量()與因變量()變化的方向。若>0，說明因變量隨自變量增加而趨向于增加；若<0，說明因變量隨自變量增加而趨向于減少；若=0，則說明自變量增加時(shí)因變量無任何趨向性。

1.3.2 彈性網(wǎng)絡(luò)回歸分析 彈性網(wǎng)絡(luò)(Elastic Net)是一種在最小二乘法基礎(chǔ)上結(jié)合L1正則化(Lasso回歸)和L2正則化(嶺回歸)，通過不斷迭代選擇最佳收縮參數(shù)得到少量參數(shù)的稀疏模型，其最終目的是最小化損失函數(shù)。彈性網(wǎng)絡(luò)的損失函數(shù)計(jì)算為：

(2)

相關(guān)性分析及Elastic Net回歸分析均通過R統(tǒng)計(jì)語言完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 DOC濃度變化的時(shí)空特征

從時(shí)間上看，采樣期為流溪河水庫流域的枯水期，該時(shí)段內(nèi)溪流中DOC的濃度絕大多數(shù)情況下變化比較平穩(wěn)，個(gè)別月份DOC濃度變化較大(圖1a)。DOC濃度值變化為3.75～17.95 mg/L，且2019年9—12月DOC濃度波動(dòng)范圍較小，但2020年1月DOC濃度增加顯著，其值明顯高于2019年9—12月間的其他值。呂田河、安山河、黃水溪時(shí)間變化趨勢(shì)相似，東星河DOC濃度的變化趨勢(shì)滯后于呂田河、安山河、黃水溪3個(gè)采樣點(diǎn)水體DOC的濃度，哪吒嶺DOC濃度變化趨勢(shì)較平緩。

空間上，通過Kruskal-Wallis檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，流域不同溪流的DOC濃度存在極顯著差異(<0.001)(圖1b)。從DOC平均濃度來看，呂田河最大，為7.08 mg/L；東星河次之，為6.31 mg/L；安山河平均濃度略低于東星河，為6.09 mg/L；黃水溪、哪吒嶺濃度較低，分別為4.98，4.33 mg/L。從DOC波動(dòng)幅度來看，呂田河和安山河波動(dòng)幅度較大，其次是東星河，黃水溪、哪吒嶺波動(dòng)幅度較小。

圖1 DOC濃度變化及其時(shí)空差異

2.2 NO3-濃度變化的時(shí)空特征

研究期間流溪河水庫流域水體NO濃度變化為0.62～6.02 mg/L，變幅較大，但變化趨勢(shì)較平穩(wěn)(圖2a)。2019年9月末至11月中旬，河流NO濃度值分布較集中，多為2～4 mg/L。2019年11月末至2020年1月初，NO濃度變幅增大且數(shù)值分布較分散，12月中旬各采樣點(diǎn)NO濃度差異最大(圖2a)。

從空間上看，基于Kruskal-Wallis檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同溪流NO濃度也存在極顯著差異(<0.001)(圖2b)。呂田河NO濃度值較高，采樣期間濃度多在5 mg/L上下浮動(dòng)；東星河濃度稍低于呂田河，其值多為4.0～4.5 mg/L；哪吒嶺濃度在2 mg/L左右變化，變化幅度大于其他采樣點(diǎn)，最大值達(dá)到5.73 mg/L(圖2b)。

圖2 NO3-濃度時(shí)間變化及其時(shí)空差異

同上述3條溪流比較，安山河與黃水溪數(shù)值變化幅度較小。其中，安山河NO濃度略高于黃水溪。黃水溪數(shù)據(jù)分布集中，說明采樣期間黃水溪NO濃度較穩(wěn)定，濃度值約1.5 mg/L。

2.3 NH4+濃度變化的時(shí)空特征

采樣期內(nèi)，從變化趨勢(shì)看，除哪吒嶺小溪流外，流溪河水庫流域大多數(shù)溪流的NH濃度較低，且總體變化較穩(wěn)定(圖3a)，采樣點(diǎn)NH濃度為0.02～0.05 mg/L。

采樣期間流溪河水庫流域不同溪流NH的濃度也存在差異(圖3b)，總體分布格局呈現(xiàn)流域上游高，中下游偏低。哪吒嶺NH濃度在各采樣點(diǎn)中最高，變化幅度最大。黃水溪和呂田河NH濃度相近，低于哪吒嶺，略高于安山河和東星河。除哪吒嶺外，其他采樣點(diǎn)所采得的水樣中NH濃度數(shù)值分布較集中，多為0.02～0.05 mg/L，且濃度變化幅度小。相比較，哪吒嶺采樣點(diǎn)小溪流的NH濃度在采樣期內(nèi)變化比較大(圖3)。

圖3 NH4+濃度時(shí)間變化及其時(shí)空差異

2.4 碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度與環(huán)境因子的關(guān)系

有研究表明，降水量直接或間接對(duì)河流碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度產(chǎn)生顯著影響。從采樣期間流溪河水庫流域降水量(圖4)來看，2019年9月末至2020年1月初共發(fā)生5次降水事件，采樣日期雖無降水，但從距降水事件發(fā)生的時(shí)間遠(yuǎn)近來看，越鄰近降水事件，流域內(nèi)碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度受到的影響越顯著。受2020年1月3日降水事件影響，2020年1月4日DOC濃度顯著升高，NO和NH濃度總體下降。其余采樣日期受降水事件影響較小，流域碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度總體處于動(dòng)態(tài)平衡之中。

圖4 采樣期間流溪河水庫流域降水量分布

圖5a為采樣期間DOC、NO、NH濃度變化與氣象條件的相關(guān)性分析結(jié)果。DOC濃度與平均相對(duì)濕度呈顯著正相關(guān)性(<0.05)，相關(guān)系數(shù)為0.27；NH與平均溫度呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)，相關(guān)系數(shù)為-0.56；較DOC和NH，NO對(duì)氣象條件敏感度低。此外，研究發(fā)現(xiàn)，NH和NO具有極顯著的相關(guān)性(<0.001)，相關(guān)系數(shù)為0.72，這表明NH濃度變化趨勢(shì)與NO濃度變化趨勢(shì)具有高度的一致性。

由圖5b可知，各子流域溪流的碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度與坡度具有顯著的相關(guān)性(<0.05)。其中，DOC濃度與1～3級(jí)緩坡呈顯著的負(fù)相關(guān)性(<0.05)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.40，-0.28，-0.27；NO濃度與1，2級(jí)坡呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.32和-0.50。但NH離子濃度與坡度的相關(guān)性隨坡度等級(jí)變化而變化(圖5b)。NH濃度與5級(jí)坡呈現(xiàn)強(qiáng)負(fù)相關(guān)關(guān)系(<0.001)，相關(guān)系數(shù)為-0.8；而與3，4級(jí)坡呈現(xiàn)強(qiáng)正相關(guān)性(<0.001)，相關(guān)系數(shù)分別為0.80和0.81。

圖5 碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽與環(huán)境因子相關(guān)性分析

土地利用類型對(duì)流域碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度變化也產(chǎn)生一定影響(圖5c)。溪流DOC濃度與森林、建成區(qū)的面積呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(<0.001)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.35和-0.55。相反，溪流NO濃度與森林和建成區(qū)呈顯著的弱正相關(guān)關(guān)系(<0.05)，相關(guān)系數(shù)分別為0.33和0.28；此外，NO還受到耕地的極顯著影響(<0.001)，相關(guān)系數(shù)為0.35。NH濃度與建成區(qū)、森林則呈極顯著正相關(guān)(<0.001)，相關(guān)系數(shù)均為0.79；而與草地和灌木呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.48和-0.59。

此外，流域碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度還受到土壤類型的影響。相關(guān)性分析結(jié)果(圖5d)表明，DOC濃度與鐵質(zhì)低活性強(qiáng)酸土呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(<0.001)，相關(guān)系數(shù)為0.43；而與人為堆積土呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(<0.05)，相關(guān)系數(shù)為-0.28。相反，NO濃度與鐵質(zhì)低活性強(qiáng)酸土呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(<0.001)，相關(guān)系數(shù)為-0.56，而與其他土壤類型均呈正相關(guān)關(guān)系(<0.01)，其中NO與簡(jiǎn)育低活性強(qiáng)酸土的相關(guān)系數(shù)為0.77。相比較，溪流NH濃度與鐵質(zhì)低活性強(qiáng)酸土呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)性(<0.001)，而與人為堆積土呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)性(<0.001)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.79和0.81。

3 討 論

3.1 影響DOC濃度變化的因素

采樣期間流溪河水庫流域中DOC濃度變化較穩(wěn)定，變化幅度不大。2020年1月4日DOC濃度明顯高于2019年9—12月。根據(jù)氣象資料發(fā)現(xiàn)，2020年1月3日流域出現(xiàn)降雨事件，降水量為0.1 mm，降水事件導(dǎo)致有機(jī)物質(zhì)的淋洗作用增強(qiáng)，增加了溪流中DOC濃度。而采樣期間其他降水事件因距相鄰的采樣日期較久，降水帶來的影響被極小化，因此其他采樣日期溪流中DOC濃度變化不大，所以2020年1月4日所觀測(cè)到的DOC濃度明顯高于其他日期。進(jìn)一步的彈性網(wǎng)絡(luò)分析佐證了各個(gè)環(huán)境要素對(duì)DOC濃度變化的綜合影響大小(表1)。本研究發(fā)現(xiàn)，溪流DOC濃度除受相對(duì)濕度影響外，還受到流域平均溫度、日照時(shí)間和風(fēng)速的影響。氣象條件中極大風(fēng)速對(duì)DOC濃度負(fù)面影響較大，日照時(shí)間和平均相對(duì)濕度對(duì)DOC濃度產(chǎn)生一定的正面影響，而平均溫度對(duì)其產(chǎn)生的正面影響較小。流溪河水庫流域的水源補(bǔ)給主要來自于降水，而采樣期屬于枯水期，流量對(duì)流域水化學(xué)性質(zhì)影響十分有限，因此DOC濃度變化總體較穩(wěn)定。極大風(fēng)速促進(jìn)水體表層與底層垂直對(duì)流，增強(qiáng)水體的自凈能力，促進(jìn)流域水體流動(dòng)及蒸發(fā)，因此有助于緩解水體中營(yíng)養(yǎng)物的富集；日照時(shí)間影響流域尺度生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)，適宜的環(huán)境溫度能夠促進(jìn)植物的光合作用和微生物的分解作用，使DOC濃度變化與日照時(shí)間呈正相關(guān)關(guān)系。此外，陸地上的水體在風(fēng)力作用下蒸發(fā)進(jìn)入到大氣中，一定程度上增加空氣的相對(duì)濕度。近地面大氣的相對(duì)濕度影響大氣沉降過程，濕沉降能夠通過水循環(huán)將地—?dú)狻缑娴奶嫉獱I(yíng)養(yǎng)鹽聯(lián)系起來，沉降至地表后通過徑流進(jìn)入到流域內(nèi)，進(jìn)而影響流域內(nèi)的碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，所以相對(duì)濕度對(duì)DOC濃度產(chǎn)生一定正面影響。

從DOC濃度的空間分布來看，彈性網(wǎng)絡(luò)分析進(jìn)一步佐證了DOC濃度主要受到建成區(qū)、森林及坡度的影響，其中建成區(qū)的影響最大(表1)。從水庫流域上游至下游，建成區(qū)面積占比逐漸降低，森林占比逐漸增加(表2)。有研究表明，流域中的溶解有機(jī)物受到土地利用的影響。哪吒嶺、黃水溪、呂田河位于流域上游，周邊建成區(qū)分布面積較廣，安山河位于水庫中游，建成區(qū)占比有所下降，而下游東星河則多分布森林，采樣期間DOC濃度保持相對(duì)穩(wěn)定，因此呈現(xiàn)出建成區(qū)占比與DOC濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。森林所占比重的增加一定程度上為水庫流域DOC提供物質(zhì)來源，說明流域DOC物質(zhì)來源與人類活動(dòng)及陸地生態(tài)系統(tǒng)中的生物地球化學(xué)循環(huán)有關(guān)。土壤中的有機(jī)質(zhì)是河流中溶解有機(jī)質(zhì)的重要來源，坡度的陡緩影響土壤被侵蝕狀況，坡度越緩越有利于土壤中有機(jī)質(zhì)的保持，從而降低河流中DOC的濃度。

表1 DOC濃度Elastic Net回歸分析結(jié)果

表2 流溪河水庫流域土地利用面積占比情況 單位：%

3.2 NO3-濃度變化的影響因素

采樣期間流溪河水庫流域NO濃度變化總體較平穩(wěn)，2019年9—11月變幅較穩(wěn)定，2019年12月至2020年1月變幅增大。彈性網(wǎng)絡(luò)分析進(jìn)一步探究影響NO的顯著環(huán)境變量，綜合來看，盡管溪流NO的濃度受平均溫度、日照時(shí)間、平均相對(duì)濕度和極大風(fēng)速等氣象要素影響(表3)，但影響較小。平均溫度、平均相對(duì)濕度和極大風(fēng)速對(duì)NO濃度產(chǎn)生負(fù)面影響，而日照時(shí)間對(duì)NO濃度產(chǎn)生正面影響。這主要是因?yàn)楣庹沾龠M(jìn)微生物的硝化作用，從而能夠?yàn)镹O離子提供物質(zhì)來源。溫度越高，飽和水汽壓差越大，越有利于水分蒸發(fā)，促進(jìn)水循環(huán)，并加快水體的更新，以維持水體中營(yíng)養(yǎng)物濃度的穩(wěn)定。此外，有研究表明，DOC濃度與NO受到流域濕度的影響，且DOC與NO也可能存在相反的變化趨勢(shì)，DOC濃度的增加可能通過增強(qiáng)土壤或沉積物中的反硝化作用亦或是氮固定，從而抑制NO濃度的增加。這與2020年1月4日觀測(cè)到的DOC與NO濃度變化較為相符。

表3 NO3-濃度Elastic Net回歸分析結(jié)果

受坡度、土地利用及土壤的顯著影響(<0.05)，流域溪流NO的濃度也表現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性。從上游到下游，各采樣點(diǎn)子流域3級(jí)以上坡度占比逐漸增加(表4)，子流域平均地勢(shì)呈現(xiàn)變高的趨勢(shì)。上中游多分布人為堆積土，下游則以自然土壤類型為主(表5)。根據(jù)彈性網(wǎng)絡(luò)回歸分析結(jié)果，NO濃度與3級(jí)坡度、4級(jí)坡度、森林占比和簡(jiǎn)育低活性強(qiáng)酸土呈正相關(guān)關(guān)系，這與相關(guān)性分析結(jié)果基本一致，其中簡(jiǎn)育低活性強(qiáng)酸土的影響權(quán)重最大。有研究表明，坡度的增加一定程度上增強(qiáng)流水對(duì)土壤的侵蝕作用，從而增加流域溶解性陸源NO向河流的輸入。此外，河道旁的森林面積占比對(duì)流域營(yíng)養(yǎng)物濃度產(chǎn)生影響。從上游至下游森林面積占比增加，高坡度占比也逐漸增加，各采樣點(diǎn)土壤粒徑呈現(xiàn)由粗變細(xì)的趨勢(shì)，生態(tài)系統(tǒng)中的林下凋落物為土壤提供有機(jī)質(zhì)來源，使得土壤中的有機(jī)質(zhì)更易被淋溶損失。從各采樣點(diǎn)子流域來看，呂田河和東星河陡坡面積占比較高，且流域內(nèi)分布有一定比例的簡(jiǎn)育低活性強(qiáng)酸土，土壤粒徑較細(xì)(表6)，具有良好的膠結(jié)能力及肥力，因此其溪流中含有較多NO離子，這也與呂田河、東星河NO離子濃度較高的研究結(jié)果相一致。此外，根據(jù)相關(guān)性分析(圖5)，NH與NO離子具有極顯著正相關(guān)性(<0.001)，相關(guān)系數(shù)為0.72，這表明NH濃度變化趨勢(shì)與NO濃度變化趨勢(shì)具有高度的一致性，其原因主要是土壤微生物的硝化作用。土壤中的硝化細(xì)菌在有氧條件下將NH轉(zhuǎn)化為NO，再經(jīng)地表徑流輸送至河道中。這也與2020年1月4日觀測(cè)到的NO、NH濃度變化較為相符。

表4 流溪河水庫流域坡度占比情況

表5 流溪河水庫流域土壤類型占比情況 單位：%

表6 流域內(nèi)土壤類型屬性

3.3 NH4+濃度變化的影響因素

采樣期間NH濃度總體較穩(wěn)定，但不同溪流之間NH濃度存在明顯差異。彈性網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果進(jìn)一步證明NH濃度受到人為堆積土的正面影響(表7)。此外，分析結(jié)果還發(fā)現(xiàn)，平均相對(duì)濕度對(duì)其產(chǎn)生負(fù)面影響，這也與平均相對(duì)濕度可能影響流域碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的研究結(jié)論相一致。根據(jù)相關(guān)性分析(圖5)，NH與NO離子具有極顯著正相關(guān)性(<0.001)，相關(guān)系數(shù)為0.72，這表明NH濃度變化趨勢(shì)與NO濃度變化趨勢(shì)具有高度的一致性。溪流中氮受到工業(yè)和農(nóng)業(yè)活動(dòng)的強(qiáng)烈影響，NH主要來自于農(nóng)業(yè)活動(dòng)，水庫流域上游地區(qū)人類活動(dòng)頻繁，上游耕地面積廣，土壤類型為人為堆積土(表5)，肥力較高，溪流通過地表徑流、地下徑流將土壤中的銨態(tài)氮輸送至河道中。此外，尤其是源水地區(qū)碳氮營(yíng)養(yǎng)物濃度極易受河岸環(huán)境因素影響。哪吒嶺位于上游，由于長(zhǎng)期的礦產(chǎn)資源開發(fā)，作為浸礦劑的銨鹽大量進(jìn)入到附近水體，導(dǎo)致其NH含量遠(yuǎn)高于其他溪流，且變幅較大。

表7 NH4+濃度Elastic Net回歸分析結(jié)果

4 結(jié) 論

(1)枯水期間，流溪河水庫流域碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度總體較穩(wěn)定，河水碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度在流域內(nèi)部不同溪流之間存在顯著的空間差異。

(2)氣象條件變化影響流域碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽的濃度，其中平均相對(duì)濕度可通過影響大氣濕沉降過程，將大氣中的碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽輸入到地表徑流，從而對(duì)流域碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度產(chǎn)生顯著影響。同DOC相比，NH和NO對(duì)氣象條件敏感度較低。

(3)地貌特征如坡度、土壤類型等顯著影響流域碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度。3級(jí)以上坡度土壤的淋洗和侵蝕過程較強(qiáng)，有助于增加陸源碳氮營(yíng)養(yǎng)物經(jīng)由徑流進(jìn)入溪流，對(duì)流域內(nèi)碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度上升起到正面影響；相反，緩坡則對(duì)碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度升高起到抑制作用。NO受簡(jiǎn)育低活性強(qiáng)酸土正面影響顯著。

(4)流域碳氮營(yíng)養(yǎng)鹽濃度受到土地利用如建成區(qū)、農(nóng)業(yè)活動(dòng)等人類活動(dòng)的顯著影響，建成區(qū)面積增加降低森林有機(jī)凋落物，與DOC濃度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；相反，森林覆蓋度擴(kuò)大增加土壤有機(jī)物分解和硝化作用過程，對(duì)溪流DOC及NO濃度產(chǎn)生正面影響。