馮雪嬌，林晨，熊俊峰，陳曦，3，吳紫靜，4，馬榮華

（1.中國科學院流域地理學重點實驗室，中國科學院南京地理與湖泊研究所，南京 210008；2.中國科學院大學，北京 100049；3.長春師范大學地理科學學院，長春 130032；4.南京工業(yè)大學測繪科學與技術(shù)學院，南京 211816）

隨著社會經(jīng)濟不斷發(fā)展，地表水環(huán)境污染問題日益突出[1]。大量營養(yǎng)物質(zhì)（特別是氮、磷等）進入水體中，造成水體富營養(yǎng)化。這一過程主要分為點源污染和非點源污染兩種形式，其中非點源（Non-point source，NPS）污染通常伴隨地表徑流產(chǎn)生，因其具有來源廣泛、過程復(fù)雜、隨機性強等特點而較難防控[2]，因此成為了現(xiàn)階段水體污染的重點研究內(nèi)容之一。國外較早開始了對非點源污染的研究，據(jù)統(tǒng)計，美國湖泊NPS 污染占比達到了總污染量的65%左右[3]；歐洲湖泊水污染中，由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)引起的非點源氮排放占總污染量的60%，磷占污染總負荷的24%～71%[4-5]。由此可見，非點源污染是湖泊水體污染研究的重中之重，而我國非點源污染研究起步較晚[6]。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展，人類活動所帶來的非點源污染對湖泊水污染的影響也越來越顯著，因此探究非點源污染與湖泊水環(huán)境之間的關(guān)系對于湖泊水環(huán)境的治理以及流域內(nèi)人類活動的合理規(guī)劃與發(fā)展具有重要意義。

現(xiàn)階段，已有不少學者針對非點源污染與湖泊水環(huán)境之間的關(guān)系進行了研究。從研究內(nèi)容來看：①影響湖泊水體污染的非點源眾多，諸多研究重點關(guān)注土地利用變化[7-10]，如Cheruiyot等[7]估算了東非維多利亞湖不同土地利用類型的總氮、總磷負荷量，結(jié)果表明農(nóng)用地所產(chǎn)生的污染物占比最高，是湖泊非點源污染的最主要來源；Zhang 等[9]對北京密云水庫非點源污染進行了評價，結(jié)果表明農(nóng)業(yè)園地的增加導致氮磷的潛在污染負荷在一定程度上有所增長；②部分研究對幾種不同的來源進行了綜合考慮與分析[11-13]，如Kong等[11]對巢湖流域非點源污染中肥料流失、大氣沉降、土壤侵蝕等來源進行了總氮、總磷負荷量估算，得到了非點源污染多年平均養(yǎng)分負荷貢獻率（總氮平均為85%，總磷平均為77%）。

綜上，通過估算污染物負荷量來評價非點源污染對湖泊水環(huán)境的影響研究已經(jīng)比較成熟，但尚存在如下問題：①多數(shù)研究對污染源的考慮較為單一。隨著社會經(jīng)濟的不斷轉(zhuǎn)型與發(fā)展，流域內(nèi)傳統(tǒng)的耕作、養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式以及生活方式不斷改變，造成了非點源污染的變化，使得影響湖泊水環(huán)境的污染源更加多樣化。因此針對污染源的單一研究會使結(jié)果存在不確定性，從而限制對湖泊水環(huán)境的針對性管控和治理；②部分研究考慮了不同污染源對湖泊水環(huán)境的影響，但研究中缺乏與湖泊水質(zhì)實測數(shù)據(jù)的聯(lián)系。在流域尺度上，以非點源形式產(chǎn)生的污染物最終將匯入附近的水體，各種水質(zhì)參數(shù)的變化是對非點源污染的直接響應(yīng)[14]。因此，通過建立流域非點源污染所產(chǎn)生的污染物與湖泊水質(zhì)之間的聯(lián)系來定量揭示不同污染源對湖泊水質(zhì)的貢獻率，能夠更好地明確流域非點源污染對湖泊水體富營養(yǎng)化的影響。

針對上述關(guān)鍵問題，如何在湖泊水質(zhì)實測數(shù)據(jù)支撐下，綜合考慮不同非點源污染來源對湖泊水質(zhì)指標濃度的直接影響，是本研究要解決的關(guān)鍵問題。巢湖作為我國五大淡水湖泊之一，其水質(zhì)狀況與周邊地區(qū)用水安全息息相關(guān)。近年來，流域內(nèi)種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)的不斷發(fā)展促進了經(jīng)濟增長，但也加重了非點源污染，同時流域內(nèi)農(nóng)村人口聚集，人類活動排放的部分生活污水以及廢氣等也會以不同形式進入湖泊中，使得巢湖水體呈現(xiàn)不同程度的富營養(yǎng)化狀態(tài)[15]，而這種富營養(yǎng)化狀態(tài)主要是由氮磷營養(yǎng)物質(zhì)過量引起的[16]。因此本研究以巢湖流域為研究區(qū)，在巢湖氮磷實測數(shù)據(jù)的支撐下，基于冗余分析方法對非點源污染中的種植地、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)村生活污水排放和大氣沉降五大重要來源進行綜合考慮，明確平水期和豐水期流域內(nèi)不同NPS 污染源對湖泊水體氮磷濃度的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

巢湖（117°16′54″～117°51′46″E，31°25′28″～31°43′28″N）位于安徽省中部（圖1），長江北岸，湖泊面積約為783 km2。近年來，巢湖水體呈現(xiàn)出嚴重的富營養(yǎng)化狀態(tài)，雖然得到了相關(guān)部門的重視與治理，但2018 年巢湖水質(zhì)整體仍處于較差水平，部分湖體水質(zhì)達到了Ⅴ類甚至劣Ⅴ類[17]。

巢湖流域（116°23′59″～118°22′05″E，30°52′25″～32°07′53″N）面積約為13 500 km2，包含了六大入湖水系和一條出湖水系（表1）。本研究在湖泊水系分布基礎(chǔ)上，參考國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺中湖泊-流域科學數(shù)據(jù)中心提供的湖泊二級流域數(shù)據(jù)，將巢湖流域再分為7 個子流域，分別為杭埠河流域、派河流域、南淝河流域、炯煬河流域、柘皋河流域、白石天河流域以及裕溪河流域（表1）。

表1 巢湖流域子流域基本信息Table 1 Basic information of sub-basin in Chaohu Lake basin

流域內(nèi)土地利用以耕地為主（圖1），耕地面積占比可達流域總面積的60%。因水熱條件良好，巢湖流域成為了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最集中的區(qū)域之一[18]，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以種植業(yè)為主，主要糧食作物為水稻，同時兼顧養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。流域內(nèi)擁有近960 萬人口，其中農(nóng)村人口占比超過60%。流域內(nèi)頻繁的農(nóng)業(yè)活動和農(nóng)村生活產(chǎn)生的過量氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)造成了嚴重的非點源污染，污染物伴隨著地表徑流進入巢湖，使得湖體呈現(xiàn)不同的富營養(yǎng)化狀態(tài)。

圖1 研究區(qū)概況及監(jiān)測點位分布圖Figure 1 Overview of the study area and distribution of the monitoring sites

1.2 不同季節(jié)湖泊TN、TP數(shù)據(jù)差別化獲取

本研究所采用數(shù)據(jù)均以2017年為基礎(chǔ)。2017年是我國“十三五”規(guī)劃開局的第一個完整年，在“十三五”規(guī)劃中，安徽省作為農(nóng)業(yè)大省提出了大力發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)、改善生態(tài)環(huán)境的發(fā)展目標[19]，因而2017 年是流域內(nèi)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展的一個重要轉(zhuǎn)折點，因此選擇該年數(shù)據(jù)具有一定代表性。同時，依據(jù)流域內(nèi)多個氣象站點的月平均降水量數(shù)據(jù)，選定降水豐沛的8 月作為豐水期，降水相對適中的3月作為平水期。

湖泊水質(zhì)指標眾多，其中總氮（Total Nitrogen，TN）、總磷（Total Phosphorus，TP）流失是非點源污染引起湖泊水體富營養(yǎng)化的重要原因[16]，因此本研究選取了巢湖2017年平水期和豐水期TN、TP 濃度作為水質(zhì)監(jiān)測指標數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)來源于巢湖管理局，巢湖管理局自2008 年開始以月為單位對巢湖水質(zhì)進行定期監(jiān)測，這為本研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

為保證研究結(jié)果的合理性，本研究選用離岸距離相近的環(huán)湖12 個監(jiān)測點的TN、TP 數(shù)據(jù)（圖1）進行分析，各監(jiān)測點所屬子流域信息見表1。監(jiān)測點共包含12 處，分別為南淝河入湖區(qū)（C1）、十五里河入湖區(qū)（C2）、塘西河入湖區(qū)（C3）、派河入湖區(qū)（C4）、新河入湖區(qū)（C5）、湖濱（C6）、忠廟（C7）、兆河入湖區(qū)（C8）、黃麓（C9）、中焊鄉(xiāng)（C10）、巢湖船廠（C11）以及巢湖壩口（C12）。

1.3 考慮農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與農(nóng)村生活影響的NPS污染源分類

巢湖流域是我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最集中的區(qū)域之一。得益于良好的水熱條件，流域內(nèi)種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅猛，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量豐厚，促進了區(qū)域經(jīng)濟不斷增長，但同時農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中使用的過量肥料、餌料以及畜禽、水產(chǎn)等產(chǎn)生的排泄物不斷向水體排放，是造成巢湖水體氮磷濃度變化的重要原因。因此，本研究結(jié)合流域內(nèi)主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式，同時參考現(xiàn)有相關(guān)研究對巢湖流域非點源污染的探討經(jīng)驗[11，13，20]，將流域內(nèi)非點源污染的來源分為以下5類。

（1）種植地

種植地種類繁多，通過現(xiàn)有研究可知，在土地利用中對非點源污染貢獻最大的種植地類型是受農(nóng)業(yè)活動影響較大的耕地和園地兩類[7，9-10]。因此，種植地主要提取農(nóng)用地中的耕地（水田、旱地）、園地兩大類，數(shù)據(jù)從流域土地利用數(shù)據(jù)中獲取，具體信息見表2。

表2 NPS污染源數(shù)據(jù)來源及說明Table 2 Data source and description of NPS pollution source

（2）畜禽養(yǎng)殖

畜禽養(yǎng)殖種類主要包括牛、羊、豬、家禽4 類，由于各類畜禽排污量不同，因此需要進行標準轉(zhuǎn)化。參考各畜禽氮磷污染物排放量，以豬作為標準進行換算，最終計算各行政單元內(nèi)畜禽養(yǎng)殖排污總量[21]。

式中：i為畜禽養(yǎng)殖種類；Li為i類畜禽換算為豬的數(shù)量，頭；li為i類畜禽本身數(shù)量，頭或羽；Np、Pp為豬每年排泄的氮、磷量，t；Ni、Pi為i類畜禽每年排放的氮、磷量，t。

（3）水產(chǎn)養(yǎng)殖

水產(chǎn)養(yǎng)殖是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要方式之一，特別是長江中下游地區(qū)擁有良好的水源條件，為水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展提供了基本前提。但養(yǎng)殖過程中剩余的餌料、代謝產(chǎn)物等會對養(yǎng)殖水體以及周圍水體造成污染。水產(chǎn)養(yǎng)殖數(shù)據(jù)可從統(tǒng)計年鑒中直接獲取。

（4）農(nóng)村生活污水排放

農(nóng)村生活污水排放量主要由農(nóng)村人口數(shù)量決定，計算公式：

式中：Q為生活污水年排放總量，t；P為農(nóng)村生活污水排放系數(shù)，t·人-1·a-1；N為農(nóng)村人口數(shù)，人。農(nóng)村生活污水排放系數(shù)參考相關(guān)研究[22]。

（5）大氣沉降

農(nóng)業(yè)種植中施用的氮磷等化肥，一部分會揮發(fā)到大氣中，同時秸稈等作物燃燒以及工業(yè)生產(chǎn)過程中也會產(chǎn)生相關(guān)廢氣，這些污染物再以大氣沉降的形式返還地面。大氣沉降主要分為大氣干沉降和濕沉降兩種形式。通用計算公式：

式中：W為大氣干、濕沉降年輸入的氮（磷）總量，t；F為相應(yīng)的大氣沉降通量，t·km-2·a-1；S為流域面積，km2。

以縣級行政區(qū)為最小計算單元，在子流域范圍內(nèi)對上述5 種污染源進行計算，依據(jù)面積權(quán)重法對上述5 種污染源計算結(jié)果進行空間化處理，生成流域不同污染源的空間分布圖。

以上5 大污染源計算所需數(shù)據(jù)基本信息及相關(guān)說明如表2所示，均以2017年數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。

1.4 基于冗余分析方法的污染源對湖泊TN、TP 的影響分析

冗余分析（RDA，Redundancy Analysis）方法可以通過回歸分析結(jié)合主成分分析的梯度排序來評價一組變量引起另一組變量變異的貢獻程度[24]，也能給出各因子引起另一組變量變異的單獨解釋率[25]。但需注意的是，在RDA 分析中，計算得到的解釋率為污染源對TN和TP變化的復(fù)合解釋率，而非對TN、TP單獨的解釋率。與常用的非點源氮磷負荷模擬模型相比，RDA 分析僅需提供污染源數(shù)據(jù)以及氮磷濃度數(shù)據(jù)即可評價非點源污染對湖泊氮磷濃度變化的影響，不用單獨計算TN、TP 的負荷量，簡化了數(shù)據(jù)準備與處理工作。

RDA分析主要分析操作在軟件Canoco 5中進行。在進行分析之前，首先要對TN、TP 數(shù)據(jù)進行去趨勢分析（DCA，Detrended Correspondence Analysis），當所有軸長均小于4時，才可進行RDA分析。在平水期和豐水期的DCA 分析中，所有排序軸中的最長梯度值為0.35（小于4），因此可進行RDA 分析；其次要對污染源變量進行篩選，考慮其多重共線性問題，不符合要求的變量會被自動刪除。

在應(yīng)用Canoco 5 進行RDA 分析時，將TN、TP 濃度作為物種數(shù)據(jù)輸入，將上述5 種污染源數(shù)據(jù)作為環(huán)境因子輸入，Canoco 5 軟件自動對不同量綱的數(shù)據(jù)進行標準化處理，避免了各污染源因量綱不同而導致的結(jié)果差異，在排序方法中選擇RDA 即可實現(xiàn)定量化顯示流域內(nèi)非點源污染對巢湖氮磷濃度影響的總體解釋率以及不同污染源之間的影響差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 流域NPS不同污染源的空間分布

由圖2 可知，各種污染源空間分布差異性明顯?？傮w上，面積越大的子流域其污染源數(shù)量越多，如面積最大的裕溪河流域內(nèi)種植地面積、水產(chǎn)養(yǎng)殖數(shù)量、農(nóng)村生活污水排放量以及氮磷大氣沉降總量皆占子流域首位，畜禽養(yǎng)殖數(shù)量最多的流域是面積排名第二的杭埠河流域，而面積最小的炯煬河流域，僅為裕溪河流域面積的1/15，該流域內(nèi)各污染源數(shù)量相對較少（圖2）。但在面積相差較小的子流域內(nèi)，不同來源特征也有所不同。各污染源的具體分布情況：

（1）流域內(nèi)種植地面積約為8 400 km2，在流域土地利用中占比超過40%。其中，裕溪河流域種植地面積最高，達到了3 600 km2，而種植地面積最小的炯煬河流域僅為240 km2，二者相差達到14 倍。種植地面積排序為裕溪河流域＞杭埠河流域＞南淝河流域＞白石天河流域＞派河流域＞柘皋河流域＞炯煬河流域（圖2a）。

（2）流域內(nèi)牛、羊、豬以及活家禽經(jīng)過當量換算后，共有約1.2×107頭。在子流域內(nèi)，畜禽養(yǎng)殖量最多的為杭埠河流域，養(yǎng)殖量約為4.7×106頭，占總畜禽量的38%，而養(yǎng)殖量最小的炯煬河流域有2.7×105頭，僅占杭埠河流域畜禽養(yǎng)殖量的1/17?？傂笄蒺B(yǎng)殖量排序為杭埠河流域＞裕溪河流域＞南淝河流域＞派河流域＞白石天河流域＞柘皋河流域＞炯煬河流域（圖2b）。

（3）流域內(nèi)水產(chǎn)養(yǎng)殖總量約為2.5×105t，在子流域內(nèi)，裕溪河流域養(yǎng)殖量最高，為1.1×105t，是養(yǎng)殖量最低的炯煬河流域的18 倍。總水產(chǎn)養(yǎng)殖量排序為裕溪河流域＞杭埠河流域＞白石天河流域＞南淝河流域＞柘皋河流域＞派河流域＞炯煬河流域（圖2c）。

圖2 巢湖流域不同污染源的空間分布Figure 2 Spatial distribution of different pollution sources in Chaohu Lake basin

（4）農(nóng)村生活污水排放量主要受農(nóng)村人口數(shù)量的影響。流域內(nèi)農(nóng)村生活污水總排放量約為2.7×107t，各子流域農(nóng)村生活污水排放量排序為裕溪河流域＞杭埠河流域＞白石天河流域＞南淝河流域＞派河流域＞柘皋河流域＞炯煬河流域（圖2d）。

（5）流域內(nèi)大氣TN 沉降量約為6.25×104t，TP 沉降量約為1.56×103t。受大氣沉降計算方法的影響，子流域內(nèi)沉降量與子流域面積呈正比。各子流域大氣TN和TP沉降總量排序為裕溪河流域＞杭埠河流域＞白石天河流域＞南淝河流域＞派河流域＞柘皋河流域＞炯煬河流域（圖2e）。

2.2 流域TN、TP濃度時空分異

巢湖2017年平水期（3月）和豐水期（8月）TN、TP濃度變化如圖3所示。

圖3 平水期和豐水期各監(jiān)測站TN、TP濃度變化Figure 3 Variation of TN and TP concentration of each monitoring site in normal period and wet period

從時間上看，TN、TP 濃度變化存在一定差異性。TN 濃度變化較為穩(wěn)定，各監(jiān)測站3 月TN 濃度均高于8 月，且3 月各監(jiān)測站TN 濃度均超過了《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）[26]規(guī)定的三類水標準（1 mg·L-1），8月除南淝河流域和派河流域監(jiān)測站點水質(zhì)超過三類水標準外，其余子流域均可達標。大部分監(jiān)測站TP 濃度表現(xiàn)為8 月高于3 月，但C10（中焊鄉(xiāng)）和C12（巢湖壩口）相反，3 月TP 濃度略高于8 月。各監(jiān)測站8 月TP 濃度均超過了《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 3838—2002）[26]規(guī)定的三類水標準（0.05 mg·L-1），而3 月也僅有C8（兆河入湖區(qū)）和C9（黃麓）的TP濃度低于三類水的標準。

從空間上看，TN、TP均呈現(xiàn)出較為明顯的空間化特征，整體上呈現(xiàn)出巢湖流域東部水質(zhì)狀況優(yōu)于西部的狀態(tài)。TN、TP 濃度在空間上差異可總結(jié)為：C1（南淝河入湖區(qū)）、C2（十五里河入湖區(qū)）、C3（塘西河入湖區(qū)）＞C4（派河入湖區(qū)）、C6（湖濱）＞C5（新河入湖區(qū)）＞C7（忠廟）、C8（兆河入湖區(qū)）、C9（黃麓）＞C10（中焊鄉(xiāng)）、C11（巢湖船廠）、C12（巢湖壩口）。

2.3 NPS對巢湖TN、TP影響的多來源分析

RDA 排序如圖4所示，虛線箭頭表示數(shù)量型環(huán)境因子，即5 種污染源；實線箭頭表示物種因子，即TN、TP 濃度，其中物種變量的箭頭連線長度可反映環(huán)境因子對物種變量的影響程度。從圖4 可以看出，平水期TN、TP 的箭頭長度均稍長于豐水期，即平水期非點源污染對巢湖氮磷濃度的整體影響要高于豐水期，而在平水期和豐水期，非點源污染對巢湖氮磷濃度的總體影響差異以及各個污染源的影響差異可量化為解釋率大小的差異。

圖4 污染源與TN、TP的RDA結(jié)果排序圖Figure 4 Redundancy analysis（RDA）ranking of TN and TP from NPS sources

RDA 分析結(jié)果中，不同污染源對湖泊氮磷濃度影響差異的解釋率分為兩部分，一是5 類污染源在平水期和豐水期對氮磷濃度影響的總體解釋率；二是5類污染源分別對氮磷濃度變化的解釋率大小。具體結(jié)果表現(xiàn)如下：

（1）平水期（3 月）流域非點源污染對巢湖TN、TP變化的影響程度略高于豐水期（8 月）。5 種來源的非點源污染對巢湖氮磷濃度變化的總體解釋率如表3所示。RDA 分析結(jié)果中，各軸解釋率為累積解釋率，從表3 可知，第一軸的解釋率遠高于其他幾軸，因此非點源污染對TN、TP 的解釋率主要取決于第一軸。其中，3 月非點源污染對TN、TP 的總體解釋率為80.5%，高于8月的71.6%。

表3 非點源污染對TN、TP的總體解釋率Table 3 The overall interpretation of water quality by NPS pollution

（2）由大氣沉降和農(nóng)村生活污水排放引起的非點源污染對巢湖TN、TP 變化的影響在平水期和豐水期表現(xiàn)出明顯差異（表4）。其中平水期（3月）農(nóng)村生活污水排放對TN、TP 的解釋率達到43.8%，而大氣沉降僅為6.3%；豐水期（8月）大氣沉降解釋率達到46.4%，而農(nóng)村生活污水排放量的解釋率下降到7.0%。無論在平水期還是豐水期，二者總和都超了總解釋率的50%，但兩種污染源在平水期和豐水期的解釋率表現(xiàn)出如此大的差異，需要在后續(xù)研究中進行深入分析。

（3）種植地、畜禽養(yǎng)殖以及水產(chǎn)養(yǎng)殖3 種污染源對TN、TP 的影響程度相差不大，解釋率均在10%～20%范圍內(nèi)（表4）。三者解釋率在平水期和豐水期略有差異，但差異不大。其中，平水期水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響程度相對更高一些，其次是畜禽養(yǎng)殖，種植地影響最低；豐水期畜禽養(yǎng)殖的影響程度最高，其次是種植地，水產(chǎn)養(yǎng)殖影響最低。雖然3 種污染源單獨的影響不高，但作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的3 種主要形式，三者解釋率之和接近總體解釋率的50%。因此，三者都是非點源污染治理與防控過程中不可忽略的重要污染源。

表4 各污染源對TN、TP變化的解釋率Table 4 Interpretation rate of each NPS source to TN and TP changes

3 討論

本研究在以往研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合研究區(qū)的實際情況，在豐水期和平水期兩個季節(jié)較為全面地考慮了非點源污染的五大重要來源對湖泊氮磷濃度的影響，即種植地、畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖、農(nóng)村生活污水排放和大氣沉降。

與現(xiàn)有研究相比，本研究再次印證了平水期NPS污染源對湖泊氮磷濃度的影響要高于豐水期，但同時，本研究還進一步發(fā)現(xiàn)了不同污染源對湖泊水質(zhì)影響在季節(jié)變化上也存在較大差異。此外，與現(xiàn)有研究相比，本研究發(fā)現(xiàn)種植地對湖泊氮磷濃度的影響在一定程度上被高估，而農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖（特別是水產(chǎn)養(yǎng)殖）的影響卻被以往研究所忽視。

3.1 NPS 對湖泊氮磷濃度的影響研究應(yīng)考慮季節(jié)性差異

首先，本研究結(jié)果再次印證了在平水期非點源污染對湖泊氮磷濃度的影響要高于豐水期[27-28]。在本研究結(jié)果中，平水期（3 月）的非點源污染對水質(zhì)TN、TP 的總體解釋率為80.5%，稍高于豐水期（8 月）的71.6%。造成這種結(jié)果的原因可能有兩點：①植被的截留與緩沖作用。豐水期植被生長旺盛，植被覆蓋率顯著高于平水期，氮磷等污染物在匯入湖泊的過程中部分被植被吸附與截留，導致流域尺度上輸出的氮磷等污染物在輸移過程中被削減，從而影響了非點源污染對湖泊氮磷濃度的貢獻；②流量原因。豐水期流量大，雨水對輸入到湖泊的氮磷等污染物起到了稀釋作用，使得污染物濃度降低，從而導致非點源污染對湖泊氮磷濃度的影響降低。

其次，本研究進一步發(fā)現(xiàn)，并非所有污染源都會表現(xiàn)出明顯的季節(jié)性差異，針對本研究而言，種植地、畜禽養(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖這3 種污染源的季節(jié)差異相對較小，而大氣沉降和農(nóng)村生活污水排放對氮磷濃度的影響在季節(jié)上卻表現(xiàn)出明顯差異性。

從本研究結(jié)果來看，由大氣沉降帶來的非點源污染對湖泊水體污染的影響是不可忽略的，特別是豐水期，其解釋率在40%以上。在流域尺度上，由大氣沉降帶來的TN、TP 總負荷可達湖泊總輸入量的一半左右[29]。因此，在考慮造成水體污染的非點源污染來源時大氣沉降也是十分重要的一項。大氣沉降分為干沉降和濕沉降兩種形式，其中大部分以濕沉降的形式伴隨著降水直接落入湖泊或是形成地表徑流后匯入湖泊[30]，因此受季節(jié)性影響較大，在豐水期會給水體造成更加嚴重的污染，同時在2017 年，流域內(nèi)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不夠優(yōu)化，工礦企業(yè)數(shù)量繁多，據(jù)《安徽統(tǒng)計年鑒》顯示，2017 年流域所在地級市存在大中型工業(yè)企業(yè)超700 家，且存在一批重污染企業(yè)[31]，工業(yè)產(chǎn)生的部分廢氣以及燃燒產(chǎn)生的部分污染物等也會以大氣沉降的形式返回地面，伴隨地表徑流匯入湖體，這也是造成豐水期大氣沉降解釋率在40%以上的原因之一。

豐水期大氣濕沉降作用強烈也是導致農(nóng)村生活污水排放解釋率在平水期和豐水期差異較大的重要原因。巢湖流域人口密集，農(nóng)村人口占比超過60%，且流域內(nèi)氣候條件適宜，農(nóng)村人居生活方式較為固定，農(nóng)村生活污水排放量雖然隨季節(jié)變化具有一定的差異[28]，但在大氣沉降的對比下，季節(jié)差異可忽略不計。因此，隨著豐水期的到來，大氣沉降所帶來的氮磷污染物對巢湖水體污染影響顯著提高時，農(nóng)村生活污水排放對水體污染的影響程度相對下降。

因此，在進行非點源污染對湖泊氮磷濃度影響的研究時，考慮季節(jié)性差異是十分必要的，應(yīng)在厘清不同季節(jié)不同來源的非點源污染對湖泊氮磷濃度影響的機理以及作用程度后，有針對性地提出湖泊水體富營養(yǎng)化的防控與治理建議。

3.2 種植地對湖泊氮磷濃度的影響在一定程度上被高估

現(xiàn)有研究普遍認為，以農(nóng)產(chǎn)品種植為主的用地類型，特別是耕地所產(chǎn)生的非點源污染對流域內(nèi)水體的污染影響重大，其中TN、TP負荷占入湖總量的40%以上[32]。但本研究發(fā)現(xiàn)種植地對湖泊氮磷濃度的影響存在被高估的可能性。在本研究中，種植地對巢湖TN、TP濃度變化的解釋率僅占13%，且在平水期和豐水期沒有表現(xiàn)出明顯的差異。

造成這一現(xiàn)象的原因可以從以下兩方面進行考慮：一方面是在巢湖流域內(nèi)，種植地主要包含水田、旱地和園地3 種類型，其中水田面積在各子流域的平均占比超過95%（表5）。而為了控制灌溉和排水過程水田一般設(shè)有溝渠系統(tǒng)，因此可將其視為一個微型水生生態(tài)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)內(nèi)植物吸收、礦化作用以及其他復(fù)雜的水生過程會對耕作中產(chǎn)生的氮磷污染物進行攔截[33]，緩沖了這些污染物向湖泊水體中的遷移；另一方面，以土地利用為切入點的非點源污染研究，在進行土地利用信息提取與分類時，一般不考慮畜禽養(yǎng)殖用地和水產(chǎn)養(yǎng)殖用地，這兩種用地類型具有面積較小、分布較散等特點，常因分布在農(nóng)田周圍而被歸為耕地一類，這也是造成現(xiàn)有研究結(jié)果中耕地所產(chǎn)生的氮磷負荷較高的原因之一。而本研究將畜禽養(yǎng)殖、水產(chǎn)養(yǎng)殖作為單獨污染源，與以水田為主的種植用地進行并列分析，發(fā)現(xiàn)三者作用相當，解釋率之和近50%。因此，種植地、畜禽養(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖都是非點源污染防治中不可忽略的重要因素。

表5 巢湖流域種植地類型及面積統(tǒng)計Table 5 Statistics of planting land type and area in Chaohu Lake basin

但值得注意的是，大量種植地分布在裕溪河流域（圖5），其中水田、旱地面積占子流域首位，而裕溪河流域內(nèi)分布著巢湖流域唯一一條出湖水系裕溪河，因此，裕溪河流域內(nèi)的污染物會有部分伴隨著裕溪河匯入長江，因而流域內(nèi)種植地對巢湖氮磷濃度的實際貢獻可能更低。因此，后續(xù)研究應(yīng)該將污染源的貢獻按出湖水系和入湖水系進行分區(qū)探討。

圖5 巢湖流域種植地分布Figure 5 Distribution of planting land in Chaohu Lake basin

3.3 水產(chǎn)養(yǎng)殖的影響應(yīng)當被重視

畜禽養(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖是農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖的兩種主要方式。以往研究對養(yǎng)殖帶來的非點源污染對湖泊水質(zhì)的影響關(guān)注較少，尤其是水產(chǎn)養(yǎng)殖。我國在2000 年前后開始對畜禽養(yǎng)殖污染進行研究，并出臺了相關(guān)政策進行控制[34-35]，而相比之下，水產(chǎn)養(yǎng)殖對環(huán)境造成的污染并未得到充分重視。巢湖流域以湖泊水體為主導的生態(tài)系統(tǒng)，為水產(chǎn)養(yǎng)殖提供了最基本和豐富的生存環(huán)境，特別是“十二五”規(guī)劃后，養(yǎng)殖坑塘的面積以及水產(chǎn)養(yǎng)殖的數(shù)量均逐年增長，因此必須考慮其排放的污染物對巢湖水體氮磷濃度的影響。

本研究結(jié)果顯示，水產(chǎn)養(yǎng)殖對TN、TP 的影響程度在平水期和豐水期略有差異，在平水期解釋率為18.8%，而豐水期降為13.0%，與種植地的影響相當，甚至在平水期解釋率還略高于種植地。水產(chǎn)養(yǎng)殖對巢湖氮磷濃度變化的影響體現(xiàn)在數(shù)值上雖然不高，但近年來養(yǎng)殖坑塘的面積以及水產(chǎn)養(yǎng)殖的數(shù)量在逐年增長，其產(chǎn)生的氮磷污染物也會相應(yīng)增加。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展與湖泊水環(huán)境變化是相互依賴的，良好的湖泊水質(zhì)是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的基本前提與保障，而水產(chǎn)養(yǎng)殖的量與度又同時影響著湖泊水質(zhì)的變化趨勢。因此，在巢湖流域內(nèi)考慮非點源污染對湖泊水環(huán)境的影響時，水產(chǎn)養(yǎng)殖這一重要來源不應(yīng)被忽略，制定高效合理的養(yǎng)殖政策將促進實現(xiàn)流域內(nèi)湖泊水環(huán)境保護和水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的雙贏。

3.4 不足與展望

本研究以巢湖流域為例，探究了非點源污染中不同的污染源對湖泊氮磷濃度的影響，目前鮮有研究從非點源污染的多來源角度出發(fā)，探究不同的污染來源對湖泊氮磷濃度的影響差異，本研究首次嘗試將非點源污染中的五大來源進行綜合考慮及差異分析。因此，研究中存在一定不確定性，需要在未來研究中進一步改進。第一，本研究考慮了不同污染源對TN 和TP 濃度變化的復(fù)合影響，但污染源對TN 和TP 的影響機制和規(guī)律可能存在差異，后續(xù)研究中值得進一步深入分析；第二，在空間上，未來研究需要對流域內(nèi)的入湖水系和出湖水系進行區(qū)別化考慮；第三，在時間上，未來可以考慮進行長時間范圍的研究與分析，進一步確定不同的污染源對湖泊水環(huán)境的影響程度與差異。

4 結(jié)論

本研究以巢湖流域為例，基于冗余分析方法，在平水期和豐水期兩個季節(jié)分別解析了5 種重要的農(nóng)業(yè)非點源污染源對巢湖氮磷濃度的影響，揭示了非點源污染的多來源對富營養(yǎng)化湖泊水體氮磷濃度影響的差異，得到如下結(jié)論：

（1）整體上，平水期非點源污染對湖泊氮磷濃度的影響高于豐水期，但不同污染源受季節(jié)影響的差異不同。種植地、畜禽養(yǎng)殖和水產(chǎn)養(yǎng)殖這3 種污染源受季節(jié)因素影響不明顯，但大氣沉降和農(nóng)村生活污水排放對湖泊氮磷濃度的影響在平水期和豐水期表現(xiàn)出較大差異。

（2）現(xiàn)有研究中種植地對湖泊氮磷濃度的影響在一定程度上被高估。一是因為現(xiàn)有研究大多將畜禽養(yǎng)殖用地和水產(chǎn)養(yǎng)殖用地與耕地劃分為一類進行研究；二是因為湖泊流域水網(wǎng)分布密集，種植地大多以水田為主，而水田對氮磷污染物的輸移具有緩沖作用。

（3）水產(chǎn)養(yǎng)殖對湖泊氮磷濃度的影響需要被重視，特別是在以湖泊水體為主導的生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)依靠天然的優(yōu)勢在不斷發(fā)展的同時，也對湖泊水環(huán)境產(chǎn)生了威脅。

致謝：感謝國家科技資源共享服務(wù)平臺-國家地球系統(tǒng)科學數(shù)據(jù)中心湖泊-流域分中心（http：//lake.geodata.cn）提供數(shù)據(jù)支持。