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結(jié)合流域數(shù)字高程模型(DEM)，采用GIS方法與流域分析擴(kuò)展模塊等技術(shù)手段，明晰流域水系流動(dòng)方向，基于每個(gè)排水泵站的管轄范圍，對24個(gè)排水單元的邊界加以準(zhǔn)確界定，試驗(yàn)監(jiān)測站點(diǎn)設(shè)置與對應(yīng)的排水單元分布，見圖3。于2010年2月、5月、8月、11月，分4次進(jìn)行采樣監(jiān)測分析。采樣時(shí)選取體積為600mL的塑料瓶采水器在溝渠中央水面下0.5m處采樣，沿2級(jí)排水泵站所在溝渠重復(fù)采樣5個(gè)，取樣同時(shí)用GPS(GARMINGPS72)精確定位取樣點(diǎn)的地理經(jīng)緯度?，F(xiàn)場測定溫度，利用雷磁JPB-607便攜式溶解氧測定儀測定DO，TN用堿性過硫酸鉀氧化-紫外分光光度法測定，NO3-N用酚二磺酸光度法測定，NH4-N用納氏比色法測定，TP采用過硫酸鉀氧化-鉬銻抗比色法測定，具體測定方法參照《水和廢水監(jiān)測分析方法》[15]進(jìn)行。

結(jié)果與分析

農(nóng)業(yè)面源污染空間分布特征分析對排水單元出水口的溝渠水體進(jìn)行多時(shí)段的定點(diǎn)采樣測試，運(yùn)用GIS手段建立了研究區(qū)農(nóng)業(yè)面源污染的基本空間信息庫，在野外水樣監(jiān)測和土地利用分類的基礎(chǔ)上，分析了四湖流域排水單元農(nóng)業(yè)面源污染的空間變化特征。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析得出，在所監(jiān)測的24個(gè)排水單元中，重復(fù)4次采樣測試溝渠水體數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，體現(xiàn)出較好地穩(wěn)定性。圖4為四湖流域TN、TP、NO3-N、NH4-N等不同形態(tài)的N、P濃度在各排水單元空間分布特征，分析發(fā)現(xiàn)TN、TP、NO3-N、NH4-N隨著排水單元空間變化具有明顯的相似性，基本上都滿足流域上區(qū)和下區(qū)相對較好，流域中區(qū)差的趨勢。其中，TN的平均值為1.3717mg/L，主要分布在0.4919~3.0924mg/L之間，最大值出現(xiàn)在中區(qū)萬全站(ID18)，最小值出現(xiàn)在下區(qū)洪湖棋盤西湖泵站(ID19)，數(shù)值之間的差異比較大，最高值與最低值的比值高達(dá)6.29。NO3-N的平均值為0.9904mg/L，主要分布在0.6973~1.2143mg/L之間，最大值出現(xiàn)在瞿家灣電排站(ID16)，最小值出現(xiàn)在下區(qū)洪湖棋盤西湖泵站(ID19)，且站點(diǎn)間NO3-N值的分布最為集中，最高值與最低值的比值僅為1.74。NH4-N的平均值為0.3722mg/L，主要分布在0.0517~1.0401mg/L，含量偏高的監(jiān)測站點(diǎn)主要分布在土地溝泵站(ID8)、田陽泵站(ID6)、高小河泵站(ID5)等流域中區(qū)監(jiān)測點(diǎn)，下區(qū)的6個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)NH4-N普遍居于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)中Ⅱ類水質(zhì)指標(biāo)限定的0.5mg/L左右。TP的平均值為0.1748mg/L，最大值出現(xiàn)在中區(qū)田陽泵站(ID6)。綜合特征來看，位于中區(qū)潛江市境的高小河電泵站(ID05)、田陽電泵站(ID06)，監(jiān)利縣境的土地溝電泵站(ID08)、東風(fēng)電泵站(ID11)，與洪湖市境的瞿家灣電排站(ID16)、萬全站(ID18)面源污染十分嚴(yán)重。洪湖以下的下區(qū)監(jiān)測站點(diǎn)面源污染狀況顯著好轉(zhuǎn)，這與王夏暉等[16]從流域尺度研究區(qū)域非點(diǎn)源污染排放格局時(shí)得出洪湖市、監(jiān)利縣和潛江市是區(qū)域非點(diǎn)源重點(diǎn)排放區(qū)域的結(jié)論一致。有研究表明[6]，土地利用變化改變下墊面特征，對水循環(huán)及物質(zhì)輸移產(chǎn)生極大影響，不同土地利用類型氮磷的輸出不同。通過以HJ-1AB影像為信息源，對排水單元2010年8月的土地利用進(jìn)行專題遙感分類，參照《土地利用現(xiàn)狀分類》及前人劃分的景觀類型[17-18]，共劃分了居民點(diǎn)、道路、溝渠、魚池、旱地、水田和林地7種土地利用類型。從各排水單元土地利用百分比（見圖2）可知，面源污染嚴(yán)重的中區(qū)以旱地、水田類型占較大的比重，而面源污染相對較輕的下區(qū)各排水單元中，魚池顯著增加并成為該區(qū)優(yōu)勢類型。為此，各排水單元內(nèi)土地利用類型與面源污染具有一定的關(guān)聯(lián)，其中人工濕地景觀（溝渠、漁池、水田）對水質(zhì)的影響作用相對突出，溝渠和漁池面積比例愈大，水質(zhì)指標(biāo)趨好，旱地與水田比例愈大，多數(shù)水質(zhì)指標(biāo)趨于惡化，這可能是導(dǎo)致這種分布的空間差異性的原因。

農(nóng)業(yè)面源污染時(shí)間變化特征分析本研究結(jié)合當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)季節(jié)特點(diǎn)，并考慮到本地區(qū)降水的季節(jié)差異特征[19]，于2010年2月、5月、8月、11月對泵站所在溝渠的進(jìn)水口進(jìn)行定點(diǎn)重復(fù)采樣，從中選取TN與TP這2個(gè)能基本反映本流域的生活污染源和農(nóng)業(yè)污染源對水系污染情況的指標(biāo)，進(jìn)行時(shí)間上的變化特征分析，以期了解流域排水單元氮磷面源污染的時(shí)間變化特征，圖5反映了流域排水單元24個(gè)監(jiān)測站點(diǎn)的TN、TP指標(biāo)在年內(nèi)變異特征。由圖5可知，11月全流域監(jiān)測站點(diǎn)TN含量顯著高于其他時(shí)段，平均值達(dá)到3.9328mg/L，2月次之。由于上述月份溝渠水位較低，部分渠段甚至干涸，水體流速下降，水體自凈能力驟減，水中大量固體微粒開始沉淀，并攜帶了大量有機(jī)物一起沉淀，致使秋冬季節(jié)的水環(huán)境質(zhì)量相對較差。較2月而言，11月水生植物殘?bào)w在水中大量的腐爛，也是使得其TN含量增加的誘因之一。5月與8月，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)所需氮肥的投入量增加，降雨量與徑流量也同步增加，故濃度增幅不大?？傮w來說，TN在時(shí)間季節(jié)上呈現(xiàn)出較大的分異，最高輸出濃度的季節(jié)，不是發(fā)生在雨水豐盛的夏秋季節(jié)，而是發(fā)生在枯水的冬春季節(jié)，這主要是與土地利用方式和降雨密切相關(guān)。從TP年內(nèi)變異分析可知，部分排水單元TP的含量在4個(gè)時(shí)段間差異較大，部分排水單元差異較小。但在空間上，4個(gè)時(shí)段的值表現(xiàn)出有規(guī)律的起伏波動(dòng)，除季節(jié)差異外，排水單元的景觀格局因素也是導(dǎo)致TP濃度增加的重要原因。

結(jié)論

（1）流域農(nóng)業(yè)面源污染空間分布格局總體上呈現(xiàn)兩頭好、中間差的態(tài)勢。此分布特征與流域內(nèi)土地利用類型有關(guān)，流域中區(qū)的17個(gè)排水單元以旱地、水田所占面積比重較大，下區(qū)的7個(gè)排水單元中，魚池顯著增加并成為下區(qū)優(yōu)勢類型，反映出農(nóng)業(yè)面源污染狀況與流域土地利用格局具有一定的關(guān)系。（2）對表征營養(yǎng)鹽濃度的指標(biāo)TN、TP時(shí)間上的變化特征分析。結(jié)果表明，TN在時(shí)間空間上呈現(xiàn)出較大的分異，冬、春季濃度明顯高于夏、秋季；部分排水單元TP的含量在4個(gè)時(shí)段間差異較大，部分排水單元差異較小。但在空間上，4個(gè)時(shí)段的值表現(xiàn)出有規(guī)律的起伏波動(dòng)?？赏茰y，除季節(jié)差異外，排水單元的景觀格局因素也是導(dǎo)致TN、TP濃度增加的重要原因。（3）優(yōu)化土地結(jié)構(gòu)，建立合理的土地利用格局，加強(qiáng)科學(xué)水肥耦合，對控制流域農(nóng)業(yè)面源污染具有一定的意義。

討論

（1）湖北四湖流域是中國典型濕地農(nóng)業(yè)區(qū)域，近年來農(nóng)業(yè)面源污染迅速增加，區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)面源污染受濕地農(nóng)業(yè)和平原湖區(qū)等人為和自然因素影響而具有與山丘區(qū)小流域不同的污染特征。目前，對基于流域尺度和景觀尺度的農(nóng)業(yè)面源污染研究較多，而相對濕地農(nóng)業(yè)區(qū)域排水單元尺度上農(nóng)業(yè)面源污染特征變化研究較少。本研究基于排水單元尺度，運(yùn)用試驗(yàn)和GIS研究四湖流域內(nèi)農(nóng)業(yè)面源污染時(shí)空分布特征。研究顯示，排水單元尺度農(nóng)業(yè)面源污染研究能較好地表征出平原濕地區(qū)域面源污染空間分布特征，對農(nóng)業(yè)面源污染研究和四湖流域農(nóng)業(yè)面源污染的綜合防控具有理論和應(yīng)用意義。（2）農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源主要包括種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)和農(nóng)村生活源四大類，本研究對排水單元的污染分布特征與污染源之間的關(guān)系尚未進(jìn)行系統(tǒng)地分析。另外，排水單元的污染分布與土地利用格局關(guān)系僅進(jìn)行了初步討論，后期研究的重點(diǎn)將開展排水單元水質(zhì)與土地利用格局相關(guān)性分析，并從排水單元尺度入手，對單元內(nèi)污染負(fù)荷進(jìn)行全面估算，為區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)面源污染提供參考。

作者：王有寧薛蓮金衛(wèi)斌單位：湖北工程學(xué)院特色果蔬質(zhì)量安全控制湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室黃岡師范學(xué)院化學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院