不同土地利用变化下面源多形态磷输出对湖泊磷累积的影响研究

Land use/cover change (LUCC) is acknowledged as a critical driving force for watershed non-point source (NPS) pollution and lake nutrient enrichment. In view of the relative separation between the aquatic scale research and watershed scale research, currently there is a lack of mechanism analysis of the LUCC impact on NPS phosphorus pollution and lake phosphorus accumulation at different research scales. Therefore, four typical LUCC patterns in Hongze Lake Basin, including wetland protection, rapid urbanization, arable land and mixed land use, were selected as the study site for the research. The technical methods used in this study include remote sense, model simulation, field experiments and sediment analysis, to calculate the NPS loads of multi phosphorus forms since 1990, and obtain the lake phosphorus enrichment tendency in its corresponding temporal and spatial scales Then the relationship among watershed LUCC, NPS phosphorus loads and lake phosphorus enrichment amount will be developed with a long temporal sequence. Finally, the impact of NPS pollution on lake phosphorus under different LUCCs can be revealed from different aspects such as the phosphorus loss forms, flux of NPS phosphorus and its contribution to the lake. This study can extend the understanding of watershed NPS pollution, and show the significance of integrated research of watershed-lake scales. In addition, it can provide the scientific basis for LUCC management oriented to protect lake environment.

土地利用变化是流域面源污染和湖泊营养盐富集的重要驱动力。针对当前湖泊与流域尺度研究相对割裂，流域土地利用变化对面源磷输出与湖泊磷累积的影响缺乏机理性表征的问题，本研究在洪泽湖流域选取湿地保护、农用地主导、快速城市化等四种典型土地利用变化模式，综合利用卫星遥感、模型模拟、小区径流试验以及表层沉积物标定等技术手段，定量化表征1990以来流域面源多形态磷（有机磷、铁铝结合态磷等）载荷的时空变化特征，并获取对应时相内的湖泊磷累积变化量，从而构建长时间序列下流域土地利用变化、面源磷输出与湖泊磷累积间的对应关系；以此为基础，研究从面源磷流失形态、磷入湖通量以及对湖泊磷的贡献等角度出发，全面揭示不同土地利用变化下面源多形态磷输出对湖泊磷累积的影响机理。本研究可丰富流域面源污染的研究内涵，对流域-湖泊一体化研究发展具有一定的科学借鉴意义，也可为面向湖泊水环境安全的流域土地利用空间管控提供科技支撑。

针对当前湖泊与流域尺度研究相对割裂，流域土地利用变化对面源磷输出与湖泊磷累积的影响缺乏机理性表征的问题，本研究在洪泽湖流域选取湿地保护、农用地主导、快速城市化等四种典型土地利用变化模式，旨在通过卫星遥感、模型模拟、小区试验以及表层沉积物标定等技术手段，在1990年以来流域面源多形态磷和湖泊磷累积量的定量化表征基础上，全面揭示不同土地利用变化下面源多形态磷输出对湖泊磷累积的影响机理。研究主要成果包括：（1）重构了土地利用变化下的流域面源磷载荷和输出量的时空变化特征：流域面源磷以颗粒态磷的输出为主，在空间上呈现出淮河支流流域 > 高松河流域 >汴河流域的趋势，在时间上呈现出“流失严重-流失减轻-流失加剧-平稳降低”的四阶段特征；耕地、湿地和林地是影响面源磷输出的最关键地类。（2）通过表层沉积物标定的方式获取了对应时相下湖泊磷累积特征：不同流域内表层沉积物沉积速率集中在0.40 cm/a-0.42 cm/a间，TP含量主要保持在800 mg/kg−1和1200 mg/kg−1附近；（3）证明了在相对封闭的湖湾里，特定深度下的表层沉积物可以有效地反映流域面源输出对湖泊磷的影响特征，其中最有效的响应深度为6.7cm-15cm之间，而最直接的响应形态为钙磷（Ca-P）。同时，这种响应特征受降雨、沉积物再悬浮、流域湖滨带土地利用构成与变化等影响，在不同流域空间内呈现出明显差异。综上，研究证明了土地利用变化对面源磷输出和湖泊磷响应的影响，为下一步深入揭示不同土地利用构成和变化特征下的面源磷响应机理，从而指导面向面源管控的土地利用空间布局优化提供了科学依据。