流域農(nóng)業(yè)保護(hù)措施對(duì)湖水質(zhì)量影響研究
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1結(jié)果與分析
1．1水透明度
盡管項(xiàng)目區(qū)已采取改變土地使用策略及貫徹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。在實(shí)施BMP后，最大的水透明度出現(xiàn)在夏季和秋季，范圍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年冬季應(yīng)用BMP之前水的透明度沒有受植被緩沖帶影響，但1998年冬季，透明度顯著增加144%;2001年冬季和春季保護(hù)耕作貫徹后，平均透明度深度增加44%～120%;2003年CRP貫徹后，平均透明度深度增加28%～360%;2005年斑鳩緩沖帶貫徹后，透明度深度持續(xù)增加44%～600%。透明度是判斷水澄清度的重要工具，水澄清度下降，通過懸浮固體影響光照，直接影響原始生物產(chǎn)量。
1．2總懸浮固體
1996—2009年貫徹管理措施后，Bealey湖總懸浮固體(TSS)濃度是下降的，TSS濃度范圍是4～869．5mg/L。冬季平均TSS濃度持續(xù)超過80mg/L，范圍是28．5mg/L(2008年)～396．5mg/L(1997年)。這是實(shí)施農(nóng)場(chǎng)管理策略的結(jié)果，項(xiàng)目區(qū)在收獲后清除殘茬，并在晚秋犁地，為春耕做準(zhǔn)備。春季平均TSS濃度范圍34mg/L(2008年)～869．5mg/L(1996年)。1996—2002年持續(xù)大于100mg/L，2003—2009年持續(xù)小于80mg/L，最低的TSS濃度出現(xiàn)在夏季和秋季，TSS濃度范圍4～149mg/L，平均濃度小于40mg/L，表明湖水中懸浮固體降低了。當(dāng)TSS大于80mg/L，水生轉(zhuǎn)化和群落多樣性降低。過量的TSS影響水生生物群，并間接影響食物鏈的食物供應(yīng)，對(duì)食物鏈產(chǎn)生消極影響。通過實(shí)施植被緩沖帶，春季湖水平均TSS濃度顯著降低67%～69%，但其他季節(jié)有增有減;2001年保護(hù)耕作貫徹后，除了夏季其他季節(jié)平均TSS濃度下降77%～81%;2003年CRP貫徹后，冬春秋TSS濃度下降60%～95%，夏季不明顯;2005年實(shí)施斑鳩緩沖帶之后，TSS下降57%～92%;2006—2009年秋季下降85%～95%，夏季不明顯。觀察到TSS變化與透明度深度變化成反比，表明湖水透明度直接取決于懸浮沉積物的輸入。冬季TSS濃度降低量大于74%，春季大于72%，夏季和秋季變量在60%～70%之間，表明后兩個(gè)季節(jié)懸浮固體對(duì)于水澄清度有較小的影響。本研究中，將適于耕種的土地改變?yōu)橹脖痪彌_帶和斑鳩緩沖帶后，春季進(jìn)入湖的TSS負(fù)荷持續(xù)降低。
1．3總?cè)芙夤腆w
湖水總?cè)芙夤腆w(TDS)是由溶解鹽類和有機(jī)殘?bào)w組成，這些組分通過來自高地的侵蝕和灌溉水，轉(zhuǎn)移到徑流最終進(jìn)入湖中。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)農(nóng)業(yè)土地比例大于50%、TDS濃度大于400mg/L時(shí)，魚群數(shù)量會(huì)降低，這說明過量的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)會(huì)增加水中TDS濃度。本研究期間，湖水中TDS濃度始終低于200mg/L，這一濃度不可能產(chǎn)生生態(tài)損害。由表1可知，植被緩沖帶貫徹后，2000年冬天平均TDS濃度較1996年前具有64%的顯著增加。2003年春季CRP貫徹后下降28%。2001年保護(hù)耕作之后，夏季平均TDS濃度顯著下降31%～39%;CRP之后夏季下降35%～40%;斑鳩緩沖區(qū)之后，夏季下降35%～44%。1996年植被緩沖帶后，秋季TDS濃度下降38%～40%;2003年實(shí)施CRP后，秋季TDS下降43%～45%;2006年實(shí)施斑鳩緩沖帶后，夏季和秋季TDS顯著下降35%～50%。
1．4回歸模型
在14a的監(jiān)測(cè)期中，水域周圍種植模式有顯著的改變。從最初傳統(tǒng)耕作玉米、大豆到玉米—大豆和蜀黍—大豆套種，轉(zhuǎn)變耕作模式的同時(shí)配套4種獨(dú)立的保護(hù)性BMP。使用線性和多元線性回歸模型評(píng)估這些BMP對(duì)湖水質(zhì)量的影響。VBS和CRP模式下水透明度、總懸浮固體和總?cè)芙夤腆w三種參數(shù)變化均明顯。冬季31%的水澄清度(r2=0．316)表明斑鳩緩沖區(qū)對(duì)變量的解釋最好。最佳的春季和秋季透明度深度模型表明CRP對(duì)水透明度變量的擬合和解釋最佳，分別為80%和69%。最佳的夏季透明度深度模型表明夏季降雨和CRP形成的組合對(duì)水透明度變量的解釋最佳，解釋達(dá)91%。冬季TSS濃度回歸分析表明在流域內(nèi)貫徹VBS解釋53%的冬季TSS變量;春季最好的TSS回歸模型表明湖北部采取的CRP措施解釋了67%的春季TSS變量;最好的夏季TSS回歸模型展示夏季降雨和CRP解釋69%的夏季TSS變量;而最好的秋季TSS回歸模型表明VBS僅解釋了38%的秋季TSS變量。冬季TDS濃度回歸分析提供了單一或組合型BMP無統(tǒng)計(jì)顯著的模型。平均TDS回歸模型表明VBS對(duì)春季和夏季湖水TDS濃度變量的解釋分別為54%和64%;秋季TDS數(shù)據(jù)僅提供了一個(gè)單一的統(tǒng)計(jì)顯著回歸模型，這說明CRP解釋42%的秋季TDS變量。本研究通過對(duì)水域的長(zhǎng)期(﹥10a)研究，了解農(nóng)業(yè)生產(chǎn)對(duì)湖水質(zhì)量的影響，并歸納總結(jié)出適宜湖域保護(hù)的相關(guān)策略。使用BMP降低農(nóng)業(yè)徑流的措施包括用植被緩沖帶代替耕地、采取保護(hù)耕作等策略。通過1996—2006年的持續(xù)觀察發(fā)現(xiàn)，多種BMP的聯(lián)合貫徹使湖水表面水質(zhì)量持續(xù)提高。BMP潛在的目的是減少進(jìn)入湖水的污染負(fù)荷，如懸浮固體。懸浮固體來源于降雨期間形成的農(nóng)業(yè)土壤侵蝕，是生態(tài)功能下降的原因之一。懸浮固體通過限制水透明度直接影響湖生態(tài)系統(tǒng)和原初生物產(chǎn)量并降低生物多樣性。由于多種BMP的完整貫徹，湖水表面TSS濃度下降，湖環(huán)境得到改善，例如富營(yíng)養(yǎng)化降低、藻類生物量增加、水透明度增加，湖水得到修復(fù)和維持。
2小結(jié)
項(xiàng)目區(qū)通過改變土地使用策略，歷時(shí)14a貫徹多種農(nóng)業(yè)BMP，湖水中懸浮固體減少了、湖水水質(zhì)量提高了，春季和夏季效果更明顯。在執(zhí)行4種BMP后，Beasly湖春季TSS含量幾乎每年均下降。在2001—2002年采取保護(hù)耕作、2003—2004年實(shí)施保護(hù)性儲(chǔ)備規(guī)劃、2006年設(shè)置斑鳩緩沖區(qū)后，湖水澄清度大幅提高。研究結(jié)果可為研究者和湖管理者維持健康穩(wěn)定生態(tài)系統(tǒng)提供參考。
作者：劉守寶 單位：國電電力朝陽水務(wù)環(huán)保有限公司
