流域农业保护措施对湖水质量影响研究

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1结果与分析

1．1水透明度

尽管项目区已采取改变土地使用策略及贯彻BMP等措施，但湖水透明度仍很低。1996—2009年冬季湖水透明度4～41cm，除了1998年(22cm)、2003年(17cm)和2008年(41cm)，其余各年透明度均小于15cm;春季透明度5～38cm。在实施BMP后，最大的水透明度出现在夏季和秋季，范围7．5～69．5cm，大部分大于30cm，透明度是冬季的2倍多。由表1可知，1996年冬季应用BMP之前水的透明度没有受植被缓冲带影响，但1998年冬季，透明度显著增加144%;2001年冬季和春季保护耕作贯彻后，平均透明度深度增加44%～120%;2003年CRP贯彻后，平均透明度深度增加28%～360%;2005年斑鸠缓冲带贯彻后，透明度深度持续增加44%～600%。透明度是判断水澄清度的重要工具，水澄清度下降，通过悬浮固体影响光照，直接影响原始生物产量。

1．2总悬浮固体

1996—2009年贯彻管理措施后，Bealey湖总悬浮固体(TSS)浓度是下降的，TSS浓度范围是4～869．5mg/L。冬季平均TSS浓度持续超过80mg/L，范围是28．5mg/L(2008年)～396．5mg/L(1997年)。这是实施农场管理策略的结果，项目区在收获后清除残茬，并在晚秋犁地，为春耕做准备。春季平均TSS浓度范围34mg/L(2008年)～869．5mg/L(1996年)。1996—2002年持续大于100mg/L，2003—2009年持续小于80mg/L，最低的TSS浓度出现在夏季和秋季，TSS浓度范围4～149mg/L，平均浓度小于40mg/L，表明湖水中悬浮固体降低了。当TSS大于80mg/L，水生转化和群落多样性降低。过量的TSS影响水生生物群，并间接影响食物链的食物供应，对食物链产生消极影响。通过实施植被缓冲带，春季湖水平均TSS浓度显著降低67%～69%，但其他季节有增有减;2001年保护耕作贯彻后，除了夏季其他季节平均TSS浓度下降77%～81%;2003年CRP贯彻后，冬春秋TSS浓度下降60%～95%，夏季不明显;2005年实施斑鸠缓冲带之后，TSS下降57%～92%;2006—2009年秋季下降85%～95%，夏季不明显。观察到TSS变化与透明度深度变化成反比，表明湖水透明度直接取决于悬浮沉积物的输入。冬季TSS浓度降低量大于74%，春季大于72%，夏季和秋季变量在60%～70%之间，表明后两个季节悬浮固体对于水澄清度有较小的影响。本研究中，将适于耕种的土地改变为植被缓冲带和斑鸠缓冲带后，春季进入湖的TSS负荷持续降低。

1．3总溶解固体

湖水总溶解固体(TDS)是由溶解盐类和有机残体组成，这些组分通过来自高地的侵蚀和灌溉水，转移到径流最终进入湖中。研究发现，当农业土地比例大于50%、TDS浓度大于400mg/L时，鱼群数量会降低，这说明过量的农业生产会增加水中TDS浓度。本研究期间，湖水中TDS浓度始终低于200mg/L，这一浓度不可能产生生态损害。由表1可知，植被缓冲带贯彻后，2000年冬天平均TDS浓度较1996年前具有64%的显著增加。2003年春季CRP贯彻后下降28%。2001年保护耕作之后，夏季平均TDS浓度显著下降31%～39%;CRP之后夏季下降35%～40%;斑鸠缓冲区之后，夏季下降35%～44%。1996年植被缓冲带后，秋季TDS浓度下降38%～40%;2003年实施CRP后，秋季TDS下降43%～45%;2006年实施斑鸠缓冲带后，夏季和秋季TDS显著下降35%～50%。

1．4回归模型

在14a的监测期中，水域周围种植模式有显著的改变。从最初传统耕作玉米、大豆到玉米—大豆和蜀黍—大豆套种，转变耕作模式的同时配套4种独立的保护性BMP。使用线性和多元线性回归模型评估这些BMP对湖水质量的影响。VBS和CRP模式下水透明度、总悬浮固体和总溶解固体三种参数变化均明显。冬季31%的水澄清度(r2=0．316)表明斑鸠缓冲区对变量的解释最好。最佳的春季和秋季透明度深度模型表明CRP对水透明度变量的拟合和解释最佳，分别为80%和69%。最佳的夏季透明度深度模型表明夏季降雨和CRP形成的组合对水透明度变量的解释最佳，解释达91%。冬季TSS浓度回归分析表明在流域内贯彻VBS解释53%的冬季TSS变量;春季最好的TSS回归模型表明湖北部采取的CRP措施解释了67%的春季TSS变量;最好的夏季TSS回归模型展示夏季降雨和CRP解释69%的夏季TSS变量;而最好的秋季TSS回归模型表明VBS仅解释了38%的秋季TSS变量。冬季TDS浓度回归分析提供了单一或组合型BMP无统计显著的模型。平均TDS回归模型表明VBS对春季和夏季湖水TDS浓度变量的解释分别为54%和64%;秋季TDS数据仅提供了一个单一的统计显著回归模型，这说明CRP解释42%的秋季TDS变量。本研究通过对水域的长期(﹥10a)研究，了解农业生产对湖水质量的影响，并归纳总结出适宜湖域保护的相关策略。使用BMP降低农业径流的措施包括用植被缓冲带代替耕地、采取保护耕作等策略。通过1996—2006年的持续观察发现，多种BMP的联合贯彻使湖水表面水质量持续提高。BMP潜在的目的是减少进入湖水的污染负荷，如悬浮固体。悬浮固体来源于降雨期间形成的农业土壤侵蚀，是生态功能下降的原因之一。悬浮固体通过限制水透明度直接影响湖生态系统和原初生物产量并降低生物多样性。由于多种BMP的完整贯彻，湖水表面TSS浓度下降，湖环境得到改善，例如富营养化降低、藻类生物量增加、水透明度增加，湖水得到修复和维持。

2小结

项目区通过改变土地使用策略，历时14a贯彻多种农业BMP，湖水中悬浮固体减少了、湖水水质量提高了，春季和夏季效果更明显。在执行4种BMP后，Beasly湖春季TSS含量几乎每年均下降。在2001—2002年采取保护耕作、2003—2004年实施保护性储备规划、2006年设置斑鸠缓冲区后，湖水澄清度大幅提高。研究结果可为研究者和湖管理者维持健康稳定生态系统提供参考。

作者：刘守宝 单位：国电电力朝阳水务环保有限公司