太湖典型入湖河道营养盐时空分布及影响因素

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入湖河道是湖泊营养盐负荷的主要来源,入湖河道的水质是—些湖泊蓝藻水华暴发的根本驱动因素。太湖是我国长期受蓝藻水华问题困扰的典型湖泊。入湖河道水质的保护和治理关乎了太湖水质的安全,也与环湖城市的社会经济发展息息相关。人类活动与气候因素是最常见影响河道水环境的主要原因。因此,深入研究人类活动和气候变化对入湖河道水质的影响过程与驱动机制,能为河流水质治理和太湖水质保护提供科学支撑。本研究以太湖典型入湖河道大浦河、殷村港和乌溪港流域的不同水体为研究对象,通过周年高频日监测、台风雨和梅雨期间的加密调查,以及乌溪港流经不同土地利用区河段水质的逐月监测,结合流域土地利用类型分析,刻画了强降雨过程、梅雨过程中河道水质的变化特征,揭示了降雨过程对平原河网地区河道氮、磷浓度的影响机制,探讨了土地利用类型对河道水质的影响。论文主要研究结果如下:1、研究区两年内共发生到16次强降雨,50%发生在夏季;此外,强降雨过程的雨量占总降雨量的41.33%。强降雨后殷村港与大浦河水体中各形态氮、磷浓度有所增加,其中颗粒态磷的响应最快,多在强降雨当天出现峰值;总氮峰值出现存在2~5 d的延迟;强降雨引发的河道营养盐浓度增高持续时间短,通常1~2 d。流域面积大的大浦河水体氮、磷浓度对强降雨过程的响应速度较殷村港慢。河道各形态氮、磷浓度对强降雨过程的响应特征还受河道两岸局地土地利用状况的影响,农业面源为氮磷主要来源的河段比城镇河段对强降雨的响应更快。2、2020年梅雨期降雨过程对河道氮、磷浓度影响显著。梅雨的长期连续降雨显著增加了乌溪港上游山区和水库的氮浓度,而对下游生活区和入湖河段的高污染区的氮则起到显著稀释作用。梅雨的降水补给过程中河道不同水体的磷均得到了稀释。梅雨也会显著减少水库浮游植物量与生物多样性以及小幅稀释太湖湖体的氮、磷浓度。此外,梅雨的降雨时段不同对氮磷浓度的影响也存在不同;首次降雨对上游山区的氮、磷以及水库的氮浓度影响迅速且显著;在降雨后期河道各水体氮、磷浓度波动不大,基本保持稳定。3、河道水质与土地利用类型联系紧密。旱地农田和建筑用地占比对河道氮、磷、有机碳及浮游植物叶绿素a等水质指标影响大,果园用地占比也与河道营养盐浓度正相关,而林地占比则与营养盐浓度负相关。流域水域的利用情况及其面积占比也显著影响河道营养盐。河流及水库等的水域面积占比与河道溶解性总氮及硝态氮浓度负相关,自然坑塘及鱼塘等水域面积占比则与河道硝态氮和氨氮浓度负相关,而河流及鱼塘面积占比与河道溶解性总磷、溶解性有机碳和高锰酸盐指数等浓度呈正相关,自然坑塘面积占比与河道颗粒态磷和浮游植物叶绿素a浓度呈正相关。土地利用类型对河道水质的影响程度还受其距河远近的影响。上述调查研究说明:平原河网地区强降雨带来的河道水体氮、磷浓度波动小,各形态氮、磷响应过程受局地环境背景影响大,但强降雨的发生偶然性大,对平原河网地区河道入湖氮、磷负荷的突发影响很大,需要重点关注;季节性梅雨会带来较大的雨量,对平原河网区河道水体氮磷有显著的稀释作用;太湖等平原河网地区营养盐的面源污染控制中应当将土地与湿地的利用管控作为重要抓手实施管理,将湿地水域的自净能力提升纳入流域营养盐控制方案,并特别重视下游河道两岸旱地及建筑用地的面源污染削减。
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