流域農業保護措施對湖水質量影響研究

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1結果與分析

1．1水透明度

盡管項目區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。在實施BMP后，最大的水透明度出現在夏季和秋季，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濃度持續超過80mg/L，范圍是28．5mg/L(2008年)～396．5mg/L(1997年)。這是實施農場管理策略的結果，項目區在收獲后清除殘茬，并在晚秋犁地，為春耕做準備。春季平均TSS濃度范圍34mg/L(2008年)～869．5mg/L(1996年)。1996—2002年持續大于100mg/L，2003—2009年持續小于80mg/L，最低的TSS濃度出現在夏季和秋季，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TSS大于80mg/L，水生轉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，對食物鏈產生消極影響。通過實施植被緩沖帶，春季湖水平均TSS濃度顯著降低67%～69%，但其他季節有增有減;2001年保護耕作貫徹后，除了夏季其他季節平均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，表明后兩個季節懸浮固體對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為植被緩沖帶和斑鳩緩沖帶后，春季進入湖的TSS負荷持續降低。

1．3總溶解固體

湖水總溶解固體(TDS)是由溶解鹽類和有機殘體組成，這些組分通過來自高地的侵蝕和灌溉水，轉移到徑流最終進入湖中。研究發現，當農業土地比例大于50%、TDS濃度大于400mg/L時，魚群數量會降低，這說明過量的農業生產會增加水中TDS濃度。本研究期間，湖水中TDS濃度始終低于200mg/L，這一濃度不可能產生生態損害。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年實施CRP后，秋季TDS下降43%～45%;2006年實施斑鳩緩沖帶后，夏季和秋季TDS顯著下降35%～50%。

1．4回歸模型

在14a的監測期中，水域周圍種植模式有顯著的改變。從最初傳統耕作玉米、大豆到玉米—大豆和蜀黍—大豆套種，轉變耕作模式的同時配套4種獨立的保護性BMP。使用線性和多元線性回歸模型評估這些BMP對湖水質量的影響。VBS和CRP模式下水透明度、總懸浮固體和總溶解固體三種參數變化均明顯。冬季31%的水澄清度(r2=0．316)表明斑鳩緩沖區對變量的解釋最好。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形成的組合對水透明度變量的解釋最佳，解釋達91%。冬季TSS濃度回歸分析表明在流域內貫徹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無統計顯著的模型。平均TDS回歸模型表明VBS對春季和夏季湖水TDS濃度變量的解釋分別為54%和64%;秋季TDS數據僅提供了一個單一的統計顯著回歸模型，這說明CRP解釋42%的秋季TDS變量。本研究通過對水域的長期(﹥10a)研究，了解農業生產對湖水質量的影響，并歸納總結出適宜湖域保護的相關策略。使用BMP降低農業徑流的措施包括用植被緩沖帶代替耕地、采取保護耕作等策略。通過1996—2006年的持續觀察發現，多種BMP的聯合貫徹使湖水表面水質量持續提高。BMP潛在的目的是減少進入湖水的污染負荷，如懸浮固體。懸浮固體來源于降雨期間形成的農業土壤侵蝕，是生態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系統和原初生物產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，湖環境得到改善，例如富營養化降低、藻類生物量增加、水透明度增加，湖水得到修復和維持。

2小結

項目區通過改變土地使用策略，歷時14a貫徹多種農業BMP，湖水中懸浮固體減少了、湖水水質量提高了，春季和夏季效果更明顯。在執行4種BMP后，Beasly湖春季TSS含量幾乎每年均下降。在2001—2002年采取保護耕作、2003—2004年實施保護性儲備規劃、2006年設置斑鳩緩沖區后，湖水澄清度大幅提高。研究結果可為研究者和湖管理者維持健康穩定生態系統提供參考。

作者：劉守寶 單位：國電電力朝陽水務環保有限公司