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近年来美国提出磷指数体系,用来识别农业非点源磷污染高负荷区(关键源区),评价流域磷流失的危险性,并广泛应用于美国的各流域。而国内目前在较大流域并未开展此项工作。巢湖为我国五大淡水湖之一,位于安徽省中部,长江、淮河两河流之间,流域总面积13349 km<2>。相关研究表明,巢湖水体富营养化,其中较大负荷来自农业非点源污染。而引起水体富营养化的关键元素是氮和磷,其中磷是淡水生态系统最重要的限制因子。比之80年代,流域土壤的全磷和速效磷水平在大部分土类中都有不同程度的提高,并且化肥施川量平均每年增加7.86%,如不采取措施,农业非点源磷污染负荷将会加大。因此本文从解决巢湖的富营养化问题出发,在流域尺度上关注农业非点源磷污染,旨在建立识别框架,找出引起磷流失的高负荷区,以便针对性地采取对策。
本文的研究单元为1km×1km的栅格,综合运用了GIS技术、采样分析和统计分析等方法。研究的具体步骤为:
(1)建立农业非点源磷污染高负荷区识别体系。本研究的识别体系由迁移因子和源因子组成,迁移因子为土壤侵蚀、地表径流和流域尺度上的潜在污染源距水体距离;源冈子为土壤磷素水平。其中土壤侵蚀因子利用通用土壤流失方程(USLE)估算。(2)收集各因子的图形资料和文本数据,利用ArcGIS进行图形和属性编辑,生成各因子的栅格图。其中图形资料有1:250000的地形图,土壤图、土地利用现状图、森林植被图;文本资料有流域2003年采样分析(分析单元为4km<2>)获得的土壤有机质和全磷含量数据,流域及周边10个气象站22(1980-2001)年的日降雨数据。(3)确定因子的等级和权重。(4)通过加权叠加牛成流域农业非点源磷污染高负荷区分布图。
通过本文的分析和计算,得出如下结论:
(1)迁移因子:
a)流域内土壤侵蚀模数的范围在0-29.94间(均值为0.13)。流域内94.77%的区域土壤侵蚀模数小于0.5,98.84%区域小于3,仅有0.02%的区域大于15,0.23%的区域大于7.5。土壤侵蚀模数相对较大的区域分布在流域西南部大别山区、东部、东南部和南部的低山丘陵区。土壤侵蚀模数是降雨、地形、土壤和植被4个因子共同作用的结果,只有这四个因子都较大的区域它才较大。
b)年径流深在流域内的范围为402.8-542.8mm,均值为463.6mm。年径流深与降雨量的分布特征基本相同,由北向西南减少。
c)潜在污染源距河流的距离在0-14.42km问。潜在污染源距河流小于1km的区域占流域总面积的34.74%,1-3km的占流域的29.69%,3-6km的占流域的24.86%,6-10km的占流域的9.33%,大于10km的占流域的1.38%。
d)沿河的迁移因子影响较大。迁移因子最大的为流域西南和南部的低山丘陵区的沿河两侧,即土壤侵蚀、地表径流大的和距河距离近的地区受迁移因子影响较大。
(2)源因子:巢湖流域土壤全磷含量在0.23-3.74g/kg间(均值为0.54),含量较高的分布在杭埠河、南淝河、兆河和裕溪河附近:其中含量小于0.41g/kg的占流域面积的18.8%,0.4-0.61间的占流域的63.0%,0.6-0.81间的占11.5%,0.8-1.0间的占4.2%,大于1.0的占2.5%。
(3)农业非点源磷污染高负荷区:将负荷区分为四级,其中极高负荷区(>4)分布在西南的杭埠河、南部的兆河附近,所占面积较小,仪占流域的0.38%;高负荷区(2-4)分布在杭埠河、兆河、南淝河和裕溪河沿岸的部分地段,占流域的2.65%;中负荷区(0.5-2)分布在流域西南的杭埠河、丰乐河沿岸,流域北部的南淝河、巢湖北岸,流域南部的兆河及流域出口处的裕溪河,占流域24.43%;低负荷(<0.5)的地区占整个流域的72.53%。结果表明:磷污染的极高和高负荷区相对较小,高负荷和中等负荷的地区主要分布在主要入湖河流两岸;磷污染负荷空间差异显著,不同单元的污染物发生量可相差两三个数量级;源因子和迁移因子都较大的区域磷流失的危险性更高。
(4)从源冈子和迁移冈子两方面针对性地采取措施控制磷的积累和迁移。
本文首次在国内较大流域建立农业非点源磷污染高负荷区识别的框架,并对巢湖流域进行了初步识别。