基于生態(tài)化學(xué)計(jì)量方法識(shí)別農(nóng)業(yè)面源污染防控重點(diǎn)區(qū)域

吳曉妮,付登高,彭珮媛,趙洛琪

(1.昆明學(xué)院 農(nóng)學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院,昆明 650214;2.云南大學(xué) 生態(tài)學(xué)與環(huán)境學(xué)院暨云南省高原山地生態(tài)與退化環(huán)境修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,昆明 650091)

農(nóng)田面源污染是水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要來(lái)源之一，由于污染源頭多、范圍廣、污染產(chǎn)生和輸移過(guò)程復(fù)雜、時(shí)空變動(dòng)不確定等特點(diǎn)，成為湖泊污染削減和富營(yíng)養(yǎng)化治理的難題[1-2]。面源污染物從農(nóng)田地塊中產(chǎn)生，經(jīng)溝渠、池塘、河道等后進(jìn)入湖泊，由于其在流域內(nèi)不同景觀單元之間的循環(huán)和輸移，導(dǎo)致污染物含量在不同景觀單元發(fā)生一定的改變[3-4]。因此，有效識(shí)別流域面源污染防控重點(diǎn)景觀單元是流域環(huán)境管理的重要內(nèi)容。根據(jù)面源污染產(chǎn)生的特點(diǎn)，“源”(介質(zhì)本身具有的污染物含量)、“流”(介質(zhì)中污染物的遷移性)和“匯(介質(zhì)對(duì)污染物的截留)共同決定了不同景觀類(lèi)型面源污染的最終產(chǎn)生量和輸移量[5-6]。基于這個(gè)特點(diǎn)，對(duì)流域內(nèi)不同景觀單元進(jìn)行“源—流—匯”過(guò)程的評(píng)價(jià)可有效識(shí)別面源污染防控的重點(diǎn)區(qū)域。

生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)是研究生態(tài)相互作用中的能量與多種化學(xué)元素平衡的一門(mén)分支學(xué)科[7]。目前，生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)作為一種新的生態(tài)學(xué)研究手段已廣泛應(yīng)用于生態(tài)學(xué)研究的各個(gè)層次。與此同時(shí)，生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)也為研究面源污染物在輸移過(guò)程中的流動(dòng)及循環(huán)特征提供了契機(jī)。氮、磷是限制自養(yǎng)生物生長(zhǎng)最主要的限制因子，除養(yǎng)分含量高低外，氮磷計(jì)量比也決定了生物養(yǎng)分限制的程度，并控制著生態(tài)系統(tǒng)中物種之間的相互關(guān)系[8-9]。因此，在流域尺度，養(yǎng)分含量及其計(jì)量比不僅可以反映不同景觀單元內(nèi)生物系統(tǒng)對(duì)養(yǎng)分的響應(yīng)特征，還可以控制系統(tǒng)的反饋?zhàn)饔眠M(jìn)而影響生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)及功能的發(fā)揮。例如已有研究表明農(nóng)田流域內(nèi)由于不同種植結(jié)構(gòu)，其養(yǎng)分輸出的氮磷計(jì)量比在30∶1到300∶1，其中以作物種植為主的農(nóng)業(yè)區(qū)域養(yǎng)分輸出中的氮磷計(jì)量比相對(duì)較高，而以畜牧業(yè)為主的農(nóng)業(yè)區(qū)域氮磷計(jì)量比則相對(duì)較低[10-11]。另外，氮磷計(jì)量比還可以用來(lái)評(píng)估植物生長(zhǎng)的主要限制因子，對(duì)農(nóng)業(yè)區(qū)域內(nèi)的生態(tài)溝渠的植被修復(fù)、水華控制等均具有一定的指導(dǎo)意義[12]。因此，了解流域內(nèi)不同景觀單元內(nèi)養(yǎng)分輸出中氮磷計(jì)量比的變化特征對(duì)養(yǎng)分的利用特征及其面源污染防控具有重要意義。然而養(yǎng)分輸出特征不僅取決農(nóng)業(yè)景觀類(lèi)型，同時(shí)也受土壤養(yǎng)分“源”形態(tài)及其含量的影響，而目前利用生態(tài)化學(xué)計(jì)量比特征分析不同景觀類(lèi)型“源—流”動(dòng)態(tài)變化的研究卻很少。

滇池是我國(guó)富營(yíng)養(yǎng)化程度比較嚴(yán)重的湖泊，柴河作為滇池重要的入湖河流之一，其流域內(nèi)農(nóng)業(yè)面源污染突出，流域內(nèi)復(fù)雜多樣的景觀類(lèi)型(磷礦區(qū)、坡耕地、壩平地、大棚種植區(qū)、河道)為探討流域內(nèi)面源污染物的輸移特征及其防控策略提供了基礎(chǔ)。以往很多研究多利用3S 技術(shù)通過(guò)調(diào)查污染負(fù)荷，結(jié)合行政地理單元評(píng)估流域內(nèi)面源污染流失風(fēng)險(xiǎn)，而在流域內(nèi)匯水片區(qū)尺度上利用計(jì)量學(xué)特征分析和評(píng)估農(nóng)業(yè)不同景觀單元面源污染風(fēng)險(xiǎn)的研究很少。因此，本文以柴河流域內(nèi)的一個(gè)主要匯水片區(qū)為例，在對(duì)片區(qū)內(nèi)不同景觀單元土壤養(yǎng)分含量及徑流污染物含量分析的基礎(chǔ)上，利用生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)指標(biāo)綜合分析面源污染的“源—流”風(fēng)險(xiǎn)，以此識(shí)別匯水區(qū)內(nèi)面源污染防控的重點(diǎn)區(qū)域，為流域內(nèi)景觀類(lèi)型的優(yōu)化配置及面源污染有效防控提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)概況

柴河子流域(24°36′—24°37′N(xiāo)，102°41′—102°42′E)位于云南省昆明市晉寧縣，是滇池流域3個(gè)面積超過(guò)300 km2的子流域之一，海拔1 936～2 236 m，地貌為丘陵山地，土壤類(lèi)型為山地黃紅壤和棕紅壤。年平均氣溫14.6℃，年平均降水量925.4 mm，干濕兩季分明，雨季主要集中在5—10月。研究區(qū)位于柴河水庫(kù)至觀音山之間，由于受上游柴河水庫(kù)的控制，該片區(qū)上游來(lái)水量較少，觀音山處的柴河河道是該區(qū)域的唯一出水處，因此該片區(qū)可以作為一個(gè)較為封閉的流域匯水區(qū)來(lái)研究。

該匯水片區(qū)內(nèi)主要農(nóng)業(yè)景觀類(lèi)型以山地、坡耕地、壩平地、大棚種植區(qū)為主。大多數(shù)山地位于晉寧磷礦帶上，故土壤平均全磷量(7.31 mg/g)相對(duì)較高，山地原生性植被為半濕潤(rùn)常綠闊葉林，但由于人為活動(dòng)及礦區(qū)開(kāi)采等影響已不復(fù)存在，目前山地區(qū)廣泛分布著以蔗茅(Erianthusrufipilus)、馬桑(Coriarianepalensis)為優(yōu)勢(shì)物種的灌草叢和云南松(Pinusyunnanensis)針葉林。坡耕地和壩平區(qū)內(nèi)的農(nóng)業(yè)以蔬菜、作物、果樹(shù)種植為主，大棚種植區(qū)主要以蔬菜和花卉種植為主。柴河流域農(nóng)業(yè)面源氮污染負(fù)荷約342.67 t/a，磷污染負(fù)荷為31.84 t/a。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源及分析

于2011年6月選擇研究區(qū)域內(nèi)的6種典型景觀類(lèi)型，根據(jù)不同景觀類(lèi)型在匯水片區(qū)內(nèi)的面積大小，采用網(wǎng)格化采樣方法共采集了60個(gè)0—20 cm的土壤樣品，景觀類(lèi)型及樣品數(shù)量分別為：磷礦區(qū)(n=5)、富磷區(qū)林地(n=15)、坡耕地(n=16)、壩平地(n=6)、大棚種植區(qū)(n=12)和柴河河道(n=6)。分析土壤全氮(TN)、堿解氮(AN)、全磷(TP)、有效磷(AP)含量。同時(shí)，在6種景觀類(lèi)型土壤采樣點(diǎn)的基礎(chǔ)上，選擇了20個(gè)可獨(dú)立收集地表徑流的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用人工蓄水池收集地表徑流樣品，每個(gè)采樣景觀類(lèi)型及樣品數(shù)量分別為：磷礦區(qū)(n=3)、富磷區(qū)林地(n=5)、坡耕地(n=3)、壩平地(n=4)、大棚種植區(qū)(n=4)和柴河河道(n=1)。于6—9月對(duì)20個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)共采集了6場(chǎng)降雨后的地表徑流水樣(6月份1次，7月份3次，8月份1次，9月份1次，降水量分別是7，21，62，6，10，46 mm)，共采集了120個(gè)地表徑流樣品。分析徑流中TN，TP、溶解態(tài)氮(DN)和溶解態(tài)磷(DP)含量。不同景觀類(lèi)型下土壤養(yǎng)分及徑流養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)分別見(jiàn)吳曉妮等[12]和付登高等[13]文獻(xiàn)。本文旨在整合土壤與徑流數(shù)據(jù)，并利用生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)相關(guān)參數(shù)綜合評(píng)價(jià)不同景觀類(lèi)型面源污染流失風(fēng)險(xiǎn)。

基于土壤樣品及徑流樣品的氮、磷含量，首先對(duì)所有土壤及徑流養(yǎng)分的計(jì)量比總體特征進(jìn)行分析并對(duì)二者進(jìn)行相關(guān)性分析；其次計(jì)算不同景觀類(lèi)型下氮、磷的可利用性、流失系數(shù)和遷移系數(shù)；最后綜合評(píng)估匯水區(qū)內(nèi)不同景觀類(lèi)型下氮、磷污染物的“源—流”過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而確定面源污染防控的重點(diǎn)區(qū)域。其中，不同景觀類(lèi)型下地表徑流的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)采用N∶P<7與N∶P>30作為徑流氮、磷限制的參考值[14]，分析地表徑流的富營(yíng)養(yǎng)化特征。為了評(píng)估養(yǎng)分“源—流”過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)，采用了如下計(jì)量學(xué)指標(biāo)：

養(yǎng)分可利用性=土壤(或徑流)可利用養(yǎng)分/土壤(或徑流)總含量

養(yǎng)分流失系數(shù)=徑流中養(yǎng)分總含量/土壤養(yǎng)分總含量

養(yǎng)分遷移系數(shù)=徑流溶解態(tài)養(yǎng)分含量/土壤養(yǎng)分總含量

利用土壤及徑流中養(yǎng)分的可利用性指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)污染物“源”強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；利用養(yǎng)分流失系數(shù)和養(yǎng)分遷移系數(shù)綜合評(píng)價(jià)污染物“流”失風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)；“源”強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與“流”失風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)之和為不同景觀總體風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，并以此確認(rèn)匯水區(qū)中面源污染重點(diǎn)防控區(qū)域；最后通過(guò)計(jì)算“源”強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與“流”失風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)所占總體風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的比例，識(shí)別不同景觀類(lèi)型面源污染防控的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤養(yǎng)分及其生態(tài)化學(xué)計(jì)量比特征

匯水區(qū)內(nèi)不同景觀類(lèi)型下土壤養(yǎng)分及其計(jì)量比特征見(jiàn)表1。其中大棚區(qū)土壤與柴河底泥氮含量較高，大棚區(qū)內(nèi)土壤TN和AN含量高達(dá)2.99 g/kg和0.63 g/kg。而磷礦區(qū)和富磷區(qū)林地具有較高的TP和AP，最高分別為20.00 g/kg和3.69 g/kg。生態(tài)化學(xué)計(jì)量比分析發(fā)現(xiàn)壩平地、大棚種植區(qū)和柴河底泥具有較高的TN/TP比和AN/AP比。通過(guò)表1可發(fā)現(xiàn)壩平地、大棚種植區(qū)和柴河底泥的氮素含量較高，具有較高的氮“源”，而磷礦區(qū)和富磷區(qū)林地具有較低的TN/TP比和AN/AP比，說(shuō)明土壤中具有較高的磷“源”。

表1 匯水區(qū)內(nèi)不同景觀類(lèi)型土壤及徑流養(yǎng)分及其計(jì)量比特征

2.2 徑流養(yǎng)分含量及其計(jì)量比特征

不同景觀類(lèi)型地表徑流氮、磷含量及其計(jì)量比特征見(jiàn)表1和圖1。其中磷礦區(qū)、富磷區(qū)林地和大棚區(qū)徑流具有較高的溶解態(tài)磷；而大棚區(qū)、坡耕地徑流及柴河下游徑流具有較高的溶解態(tài)氮含量。根據(jù)徑流溶解態(tài)氮磷比特征，坡耕地、壩平地、大棚區(qū)及柴河下游徑流溶解態(tài)氮磷比均比磷礦區(qū)和富磷區(qū)林地有明顯增加，說(shuō)明隨著徑流輸移，氮素含量增加速度比磷素增加的速度要高，而富磷區(qū)林地和磷礦區(qū)的徑流溶解態(tài)氮含量幅度變化較小，但溶解態(tài)磷流失卻快速增加。對(duì)比水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)估的營(yíng)養(yǎng)物限制性劃分標(biāo)準(zhǔn)，柴河流域內(nèi)壩平地與坡耕地的徑流為磷限制(氮磷比大于30)，富磷區(qū)林地和磷礦區(qū)的地表徑流為氮限制(氮磷比小于7)，大棚區(qū)地表徑流及柴河下游水體則不受養(yǎng)分的限制(氮磷比在7～30)。

圖1 不同景觀單元徑流溶解態(tài)氮磷比的分布特征

2.3 土壤養(yǎng)分與徑流污染物之間相關(guān)性

土壤養(yǎng)分與徑流污染物之間的相關(guān)性分析結(jié)果表明：土壤TN與AN，TP與AP以及TN與TP之間均具有顯著相關(guān)性(p<0.05)，徑流TN和DN以及TP和DP之間具有極顯著相關(guān)性(p<0.01)，但未發(fā)現(xiàn)土壤養(yǎng)分與徑流中污染物具有顯著的相關(guān)性(p>0.05)(表2)。

表2 土壤養(yǎng)分與徑流養(yǎng)分之間相關(guān)性分析

2.4 污染物“源-流”風(fēng)險(xiǎn)分析

不同景觀類(lèi)型下土壤污染物“源”強(qiáng)及徑流污染物“流”失風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)分析結(jié)果見(jiàn)表3。其中，柴河底泥與大棚種植區(qū)的污染物的“源”強(qiáng)較高，主要表現(xiàn)在徑流中污染物的可利用性上，而土壤中養(yǎng)分的可利用性并未呈現(xiàn)出較高的數(shù)值；在污染物“流”風(fēng)險(xiǎn)中，大棚種植區(qū)和磷礦區(qū)具有較高的養(yǎng)分流失風(fēng)險(xiǎn)，其中表現(xiàn)為壩平地、大棚種植區(qū)和坡耕地具有較高的氮流失系數(shù)及氮遷移系數(shù)，磷礦區(qū)具有較高的磷流失系數(shù)和磷遷移系數(shù)，另外大棚種植區(qū)的磷遷移系數(shù)也較高。對(duì)“源—流”過(guò)程綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明大棚種植區(qū)、柴河底泥和磷礦區(qū)具有較高的總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，表明其在面源污染過(guò)程中具有較高的污染流失潛力。

表3 不同景觀類(lèi)型下土壤“源”強(qiáng)及徑流污染物“流”失風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

“源”強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與“流”失風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在總風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)中所占比例結(jié)果表明：磷礦區(qū)的面源污染主要表現(xiàn)在養(yǎng)分的遷移和流失上，而富磷區(qū)林地和柴河河道底泥的面源污染則主要體現(xiàn)在其土壤或底泥具有較高的養(yǎng)分含量；坡耕地、壩平地和大棚種植區(qū)的面源污染其“源”強(qiáng)和污染物“流”失風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)所占比例相似。

3 討 論

3.1 土壤與徑流養(yǎng)分的生態(tài)化學(xué)計(jì)量學(xué)特征

通過(guò)對(duì)土壤與徑流養(yǎng)分相關(guān)分析結(jié)果表明二者并不具有顯著相關(guān)性(表2)，該結(jié)果說(shuō)明土壤養(yǎng)分并不能顯著解釋徑流中養(yǎng)分流失的變化。徑流中養(yǎng)分的流失不僅受到土壤養(yǎng)分的影響，同時(shí)還受降水、土地利用類(lèi)型、坡度、土壤組成、植被覆蓋等多方面的共同影響[15]。從土壤養(yǎng)分方面來(lái)看，研究結(jié)果表明壩平地、大棚種植區(qū)具有較高的TN/TP比和AN/AP比，這說(shuō)明這兩種土地利用方式具有較高的氮“源”，這與農(nóng)業(yè)種植區(qū)內(nèi)大量使用含氮化肥有密切關(guān)系[13]。研究表明該區(qū)域農(nóng)田來(lái)自施加化肥的氮、磷年輸入量平均為137 g/m2，31 g/m2[16]。同時(shí)柴河底泥也具有較高的氮磷比，說(shuō)明來(lái)自陸地系統(tǒng)中的氮輸入量要高于磷素輸入。另外，磷礦區(qū)和富磷區(qū)林地由于具有較低的氮磷比，其土壤磷素含量較高，這與該流域內(nèi)大型磷礦區(qū)分布有關(guān)[17]。坡耕地的氮磷比居中則是由人工施肥加之土壤高磷素背景值共同作用而導(dǎo)致的[16]。

從徑流氮磷比來(lái)看，坡耕地、壩平地、大棚區(qū)及柴河下游徑流溶解態(tài)氮磷比較高，說(shuō)明這些土地利用方式是氮富集區(qū)域，氮素的流失風(fēng)險(xiǎn)要高于磷素。通過(guò)水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)估的營(yíng)養(yǎng)物限制性劃分標(biāo)準(zhǔn)，除大棚區(qū)及柴河下游水質(zhì)不受營(yíng)養(yǎng)鹽的限制外，其他不同景觀類(lèi)型下的徑流均受氮或磷的限制[14]，該結(jié)果表明：(1) 大棚種植區(qū)徑流中氮磷污染嚴(yán)重，其徑流水質(zhì)極易增加水體富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)；(2) 雖然其他景觀類(lèi)型徑流受氮或磷的影響，但由于所有徑流均會(huì)匯集到柴河河道，因此當(dāng)農(nóng)田區(qū)域的徑流(水質(zhì)磷限制)與富磷山地區(qū)域的徑流(水質(zhì)氮限制)匯入柴河河道后，其徑流污染物的變化會(huì)明顯增加富營(yíng)養(yǎng)化的風(fēng)險(xiǎn)，河道徑流水質(zhì)(氮磷比在7～30)不受氮、磷限制的結(jié)果也說(shuō)明了這一點(diǎn)。

基于土壤與徑流養(yǎng)分，整合分析二者的計(jì)量關(guān)系對(duì)理解養(yǎng)分循環(huán)過(guò)程及養(yǎng)分流失具有重要作用。通過(guò)對(duì)比養(yǎng)分的流失系數(shù)與遷移系數(shù)，發(fā)現(xiàn)農(nóng)田具有較高的氮流失系數(shù)和遷移系數(shù)，這與農(nóng)田大量施加可溶性化肥密切相關(guān)[16]，同時(shí)也說(shuō)明農(nóng)田是氮流失的主要污染源。前期研究也表明該區(qū)域內(nèi)農(nóng)田中溶解態(tài)的氮(主要是硝態(tài)氮)是氮流失的主要形式，其比例在60%以上[12]。磷礦區(qū)和大棚種植區(qū)具有較高的磷流失系數(shù)和磷遷移系數(shù)，磷礦區(qū)內(nèi)植被退化，地表易產(chǎn)生徑流和嚴(yán)重的土壤侵蝕，加上磷素大多以顆粒態(tài)磷形式流失，故導(dǎo)致磷礦區(qū)的磷流失系數(shù)最高[12]；而大棚種植區(qū)內(nèi)由于其地形平坦及大棚覆蓋，加上人工施肥的原因，導(dǎo)致其徑流中可溶性磷高，而顆粒態(tài)磷低，進(jìn)而導(dǎo)致其磷遷移系數(shù)較高[18]。

3.2 面源污染防控重點(diǎn)區(qū)域與環(huán)節(jié)的識(shí)別及建議

評(píng)估流域面源污染，往往通過(guò)“源—流—匯”進(jìn)行系統(tǒng)評(píng)價(jià)，由于不同景觀類(lèi)型土壤本身既可能作為“源”，也可以作為污染物的“匯”。因此，不同景觀類(lèi)型下土壤中養(yǎng)分的流失就是對(duì)“源”和“匯”的綜合評(píng)價(jià)[5-6]。為此，結(jié)合土壤“源”強(qiáng)指數(shù)及養(yǎng)分的“流”失指數(shù)綜合分析評(píng)價(jià)不同景觀類(lèi)型的面源污染風(fēng)險(xiǎn)對(duì)流域的富營(yíng)養(yǎng)化防控和管理具有一定的意義。結(jié)果發(fā)現(xiàn)大棚種植區(qū)和柴河底泥具有較高的“源”強(qiáng)，而磷礦區(qū)和大棚種植區(qū)具有較高的污染物“流”失風(fēng)險(xiǎn)；二者相重疊的部分為大棚種植區(qū)，即表明大棚種植區(qū)不僅具有較高的污染“源”強(qiáng)，同時(shí)也具有較高的“流”失性，為匯水區(qū)內(nèi)污染防控的重點(diǎn)區(qū)域。

通過(guò)“源”強(qiáng)指數(shù)與“流”失指數(shù)占總體風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的比例結(jié)果與分析，匯水區(qū)內(nèi)不同景觀類(lèi)型其“源”強(qiáng)特征與“流”失特征有一定差異。其中磷礦區(qū)雖然具有很高的“源”強(qiáng)，但由于其地表少覆蓋，加上坡度較陡，導(dǎo)致其污染物的流失風(fēng)險(xiǎn)較高，因此磷礦區(qū)內(nèi)如何控制地表侵蝕是該區(qū)域污染防控的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。富磷區(qū)林地與柴河底泥則表現(xiàn)為源強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)較高，富磷區(qū)林地已具備一定的植物群落結(jié)構(gòu)，可有效減少地表侵蝕，因此在富磷區(qū)林地通過(guò)不同措施“固定”土壤磷素要比水土流失防控更為重要；柴河底泥既含有大量可利用性的養(yǎng)分，同時(shí)也受河道徑流量、流速、水位變化等多因素的影響，但相比之下減少底泥可利用養(yǎng)分是河道內(nèi)源污染防控的重點(diǎn)。農(nóng)田種植區(qū)(坡耕地、壩平地和大棚種植區(qū))由于其源強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)與流失風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)所占比例相似，說(shuō)明強(qiáng)烈受人為管理影響的土地利用方式其面源污染防控既要控“源”還要減“流”。

鑒于大棚種植區(qū)離河道距離近、大量人為施肥等原因，如何有效控制大棚種植區(qū)的面源污染問(wèn)題一直是農(nóng)業(yè)面源污染防控的難點(diǎn)和重點(diǎn)?；谖覀兊难芯拷Y(jié)果，我們建議可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行有的放矢的整治：(1) 減量施肥：目前已在很多流域進(jìn)行，通過(guò)減量施肥或施加有機(jī)肥、緩釋肥等方式減少土壤中養(yǎng)分的含量或其有效性，進(jìn)而降低養(yǎng)分的流失風(fēng)險(xiǎn)[1-2,14]；(2) 大棚區(qū)內(nèi)污染物的循環(huán)利用：通過(guò)養(yǎng)分循環(huán)利用降低“流”失風(fēng)險(xiǎn)，減少整體污染物的向外輸移；(3) 土地利用方式改變：鑒于河岸帶的生態(tài)重要性，建議部分大棚種植區(qū)搬離至坡耕地區(qū)域，在原有大棚種植區(qū)內(nèi)建立河岸緩沖帶，大棚區(qū)搬至地形改造后的坡耕地區(qū)域，既可以減少水土流失，又可以增加大棚種植區(qū)離河道的距離，增加污染物在遷移過(guò)程中的滯留時(shí)間，促進(jìn)其他土地利用類(lèi)型(壩平地、河岸緩沖帶)對(duì)污染物的有效截留和吸收。該方式目前已在柴河流域進(jìn)行工程實(shí)施，并取得了一定的效果。

根據(jù)不同景觀類(lèi)型下面源污染防控重點(diǎn)環(huán)節(jié)，應(yīng)通過(guò)有效的土地整理或生態(tài)恢復(fù)控制磷礦區(qū)的土壤侵蝕，如坡面減緩、構(gòu)筑攔砂壩、種植適生植物等方法；在富磷區(qū)林地，通過(guò)改善林地結(jié)構(gòu)屬性增加有機(jī)質(zhì)或鐵鋁含量，以此加強(qiáng)土壤中磷素的固定與吸附；在柴河河道通過(guò)定期清淤及返還農(nóng)田的方法達(dá)到既減少河道內(nèi)源污染又實(shí)現(xiàn)養(yǎng)分循環(huán)利用的目的。對(duì)于農(nóng)業(yè)種植區(qū)，則需要從減肥控流等多個(gè)環(huán)節(jié)同時(shí)進(jìn)行，才可有效降低農(nóng)業(yè)種植區(qū)內(nèi)的面源污染風(fēng)險(xiǎn)[1-2,6]。

本研究方法可為生態(tài)環(huán)境管理提供一定的借鑒。以前在中、大尺度上識(shí)別或評(píng)價(jià)面源污染風(fēng)險(xiǎn)多基于人口、化肥施用、養(yǎng)殖情況等方面資料，利用合適的模型估算農(nóng)業(yè)面源污染負(fù)荷，然后利用降水、土壤侵蝕、地形特征及植被覆蓋等因子修正農(nóng)田污染負(fù)荷得到污染負(fù)荷最終值[19]。本研究利用生態(tài)化學(xué)計(jì)量的方法可有效整合和評(píng)估土壤—徑流系統(tǒng)中的面源污染情況，對(duì)有效修正污染負(fù)荷參數(shù)，提升面源污染評(píng)估準(zhǔn)確性有一定的應(yīng)用價(jià)值，但如何在模型中應(yīng)用還需要進(jìn)一步研究。

4 結(jié) 論

(1) 壩平地、大棚種植區(qū)土壤和柴河底泥具有較高的氮“源”，而磷礦區(qū)和富磷區(qū)林地土壤具有較高的磷“源”。

(2) 富磷區(qū)林地和大棚區(qū)徑流中溶解態(tài)磷含量較高；而大棚區(qū)和坡耕地徑流及柴河下游水體中溶解態(tài)氮含量較高。

(3) 土壤氮磷總量與有效態(tài)之間以及徑流氮磷總量與溶解態(tài)之間具有顯著相關(guān)性，但土壤—徑流之間氮、磷含量相關(guān)性不顯著；

(4) 大棚種植區(qū)和柴河底泥具有較高的“源”強(qiáng)，大棚種植區(qū)和磷礦區(qū)具有較高的污染物“流”失風(fēng)險(xiǎn)。其中大棚種植區(qū)是該匯水區(qū)內(nèi)“源”強(qiáng)“流”高的污染物防控重點(diǎn)區(qū)域。

(5) 磷礦區(qū)面源污染流失過(guò)程、富磷區(qū)林地土壤和河道底泥中較高的養(yǎng)分“源”是各自景觀類(lèi)型下面源污染防控的重點(diǎn)環(huán)節(jié)；而農(nóng)業(yè)種植區(qū)(坡耕地、壩平地和大棚區(qū))的“源”和“流”均是該景觀類(lèi)型下面源污染防控的重點(diǎn)環(huán)節(jié)。