亚热带丘陵区小流域塘库水体磷动态特征及其主控因子研究

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磷(Phosphorus,P)是水体富营养化的主导限制性因子,塘库湿地已成为控制与治理农业面源磷污染的有效手段。塘库不仅广泛地存在于我国南方小流域内且数量众多,作为流域内蓄水排水重要的水系节点,其对农业面源磷污染的消纳具有成本低廉、绿色生态、可持续发展等优势。然而前人的研究多聚焦于大型水体,塘库因其体量相对较小、汇水排水过程复杂且影响因素较多等特点未被得到广泛关注,且目前塘库对农业面源磷污染的截留消纳研究尚存不足。本文以亚热带丘陵区小流域(金井小流域)内塘库为研究对象,在2017年6月至2018年10月间,通过塘库水质定期监测和塘库监测样点实地调查等手段,分析研究小流域内所存在的六种类型塘库(林地型、茶园型、农田型、居民型、投草养殖型和饲料养殖型)水体中总磷(Total Phosphorus,TP)、颗粒态磷(Particulate Phosphorus,PP)、溶解态磷(Dissolved Phosphorus,DP)、溶解态无机磷(Dissolved Inorganic Phosphorus,DIP)和溶解态有机磷(Dissolved Organic Phosphorus,DOP)这五种形态磷素浓度与其磷素形态构成(PP、DP、DIP及DOP分别占TP的比例)的特征及动态变化(月份及季节)规律,并从塘库水体磷素来源及水体环境因子两方面探明其主控因子,为量化塘库对流域内磷的截留消纳贡献及塘库水体中磷的生物化学过程提供数据支撑,并为亚热带丘陵区小流域农业面源污染防控及治理提供科学理论支撑。本文主要结论如下:(1)金井小流域内塘库水质不容乐观,I~III类水占比为仅为6.7%,IV~V类水占比为51.2%,劣V类水占比为42.1%;在观测期内,秋冬季水质较优于春夏季水质,且呈现逐步恶化的趋势。从磷素形态浓度来看,五种磷素形态由高到低排序为TP>PP>DP>DOP>DIP;从磷素形态构成来看,PP约占TP的60%,为塘库水体的主要磷素组份,DP占TP比例约40%,DOP占TP比例在20%~25%之间,DIP占TP比例略低于DOP占TP比例,约20%。六种塘库类型间磷素形态构成无明显差异,但各磷素形态浓度差异显著,其六种类型塘库水体磷素浓度由高到低排序为饲料养殖型>居民型>投草养殖型>农田型>林地型≈茶园型,且与六种类型塘库水质由劣至优排序相同。表明小流域内塘库受人类生产生活扰动越大,其磷素浓度越高,水质越差。(2)塘库水体磷素形态浓度的动态特征较为显著,而磷素形态构成的动态特征较不明显。对于磷素形态浓度而言,其整体呈现由秋季至冬季下降再至春夏季上升趋势,且TP、DP及DOP浓度的上升趋势较为明显,同时PP浓度的动态变化程度较小,而DIP浓度较大。对于磷素形态构成而言,各月份及季节间差异不大,且动态变化程度较磷素形态浓度更小,然而不同磷素组份占TP比例的动态变化各异,PP占比呈现由秋季至冬季降低而至夏季升高的趋势,DP占比的动态变化趋势与PP占比相反,DIP占比呈现夏季低而秋冬春季高的趋势,DOP占比呈现由秋季至冬季升高而至夏季下降的趋势,且DIP占比的动态变化程度相较DOP浓度占比更大。在六种类型塘库中,林地型和茶园型塘库的动态特征相异于其他类型塘库,而其余类型塘库的动态特征与塘库整体的动态特征趋同。(3)塘库水体磷素的主控因子为塘库水产产量、汇水区内林地占比、水体总悬浮物(Total Suspended Substance,TSS)浓度和可见深(Secchi Disc,SD),其影响由强至弱排序为水产产量>林地占比>水体TSS浓度>SD,且水产产量和水体TSS浓度与塘库水体磷素呈正相关,汇水区内林地占比和SD与塘库水体磷素呈负相关。在六种类型塘库间,塘库水体中五种形态磷素浓度与其主控因子间的相关性存在一定差异。整体而言,投草养殖型塘库水体磷素主要受水产产量、林地占比及水体TSS浓度的影响,饲料养殖型塘库水体磷素主要受水产产量及SD的影响,而其余类型塘库水体磷素受主控因子的影响相对较小。因此合理控制塘库水产养殖密度以及合理规划土地利用方式是控制农业面源磷污染的有效管理措施。
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