侯文寧, 王海燕, 孟 海, 寧一泓, 趙 晗, 崔 雪

(北京林業(yè)大學(xué) 林學(xué)院/森林培育與保護(hù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京100083)

隨著點(diǎn)源污染的逐漸控制,以水體富營(yíng)養(yǎng)化為重要表現(xiàn)形式的面源污染已成為威脅生態(tài)環(huán)境的主要因素。氮和磷是水生生態(tài)系統(tǒng)中浮游植物生長(zhǎng)和分布的必需營(yíng)養(yǎng)元素,當(dāng)其濃度達(dá)到較高水平時(shí),將存在富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn),造成水質(zhì)惡化、公共飲用水安全風(fēng)險(xiǎn)以及漁業(yè)和其他行業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失[1]。三峽水庫(kù)是目前世界上規(guī)模最大的水利工程之一,是長(zhǎng)江流域重要的淡水資源戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備庫(kù),在長(zhǎng)江流域及國(guó)家資源戰(zhàn)略配置中的作用意義深遠(yuǎn)[2]。然而,自三峽大壩建成以來(lái),三峽庫(kù)區(qū)面源污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻,成為國(guó)內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)[3]。近年來(lái)工業(yè)發(fā)展迅速,人類(lèi)活動(dòng)加劇,化肥施用量逐漸增多,導(dǎo)致農(nóng)田肥料過(guò)剩,再加上庫(kù)區(qū)生態(tài)脆弱,水土流失嚴(yán)重,泥沙中攜帶的土壤氮、磷和未被利用的化肥顆粒在降雨或灌溉后通過(guò)地表徑流或地下水進(jìn)入水體,導(dǎo)致面源污染加劇[4]。

河岸帶是銜接“水—陸”生態(tài)系統(tǒng)的重要樞紐,其生境狀況由多個(gè)相對(duì)獨(dú)立、相互影響的環(huán)境體系按照生物地球化學(xué)循環(huán)的變化規(guī)律結(jié)合在一起,具有一定的生態(tài)邊界,主要由近岸土壤和水體等核心物質(zhì)構(gòu)成,且體系之間存在較高的相關(guān)性,其中以河流為主的水體和受流水作用的土壤是河岸帶物質(zhì)循環(huán)和能量交換的重要媒介[5-6]。河岸帶土壤是河岸帶物質(zhì)組成的基礎(chǔ),其與生境的關(guān)系極其密切,能夠隨時(shí)響應(yīng)河岸帶生境的變化,是研究河岸帶生態(tài)的重要內(nèi)容。有研究表明,河岸帶土壤受地形地貌、河流水體、沿岸土地利用及覆蓋植被等多重空間特征及其演變的影響,進(jìn)而影響土壤理化性質(zhì)的空間異質(zhì)性[7],最終導(dǎo)致河岸帶土壤有機(jī)碳、氮、磷元素分布特征的差異。近年來(lái),已有眾多學(xué)者對(duì)河岸帶土壤有機(jī)碳、氮、磷進(jìn)行相關(guān)研究,王智等[8]和楊春璐等[9]在分別研究崇明島和海城河河岸帶土壤養(yǎng)分分布特征后發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳和氮素在土壤表層聚集;Qian等[10]研究發(fā)現(xiàn)太湖流域河岸帶土壤各形態(tài)磷含量均隨土層深度的增加而降低;趙清賀等[11]發(fā)現(xiàn)群落結(jié)構(gòu)和海拔梯度對(duì)黃河中下游典型河段河岸帶土壤性質(zhì)的影響顯著;李銳等[12]對(duì)長(zhǎng)江上游江津段德感壩河岸帶進(jìn)行了1 a的研究后發(fā)現(xiàn),該河岸帶對(duì)陸源氮磷有較強(qiáng)的攔截作用。

重慶江津區(qū)是長(zhǎng)江上游兼三峽庫(kù)尾較為典型的生態(tài)脆弱區(qū),境內(nèi)流域面積最大的河流是筍溪河。筍溪河流域受華鎣山脈斷裂及川東褶皺帶的影響,河岸帶從上游到下游具有多個(gè)典型的地形地貌和相對(duì)固定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu),土地利用類(lèi)型相對(duì)穩(wěn)定,河岸植被類(lèi)型單一,表現(xiàn)出一定的生態(tài)適應(yīng)性[13]。同時(shí),筍溪河是三峽庫(kù)區(qū)典型的上游入庫(kù)河流,其河岸帶的生態(tài)健康狀況對(duì)三峽庫(kù)尾地區(qū)及長(zhǎng)江流域的生態(tài)環(huán)境治理具有重要的參考價(jià)值。近年來(lái)由于人口增長(zhǎng),城鎮(zhèn)化速度加快,為獲得最大經(jīng)濟(jì)效益,大量地帶性植被逐漸被農(nóng)田和園地所取代,加上大力發(fā)展旅游業(yè),導(dǎo)致人地矛盾突出,土地利用方式發(fā)生改變,植被覆蓋度降低,嚴(yán)重影響了河岸帶土壤有機(jī)碳、氮、磷的循環(huán)過(guò)程[14]。前人對(duì)于水體及河岸帶土壤有機(jī)碳、氮、磷的研究或集中在獨(dú)立的陸地生態(tài)系統(tǒng),或重在研究獨(dú)立的水體生態(tài)系統(tǒng)氮、磷的時(shí)空分布特征,又或是側(cè)重水體—沉積物間氮、磷元素的形態(tài)分布特征及相互轉(zhuǎn)化,而將陸地—水體綜合起來(lái),分析同時(shí)期內(nèi)河岸帶生態(tài)系統(tǒng)碳、氮、磷的含量特征和存在形態(tài)的研究較少。孟海等[13]研究了河岸帶水體—土壤—植物氮磷特征及其對(duì)環(huán)境因子的響應(yīng),但在土壤氮磷對(duì)水體面源污染的影響方面還有待深入。為此,本研究以重慶市江津區(qū)筍溪河流域干流的河岸帶為切入點(diǎn),基于沿河樣點(diǎn)地形信息對(duì)全河段進(jìn)行上、中、下游的劃分,依次研究各河段水體面源污染狀況以及河岸帶土壤的有機(jī)碳、氮、磷含量狀況,明晰河岸帶水體和土壤的空間異質(zhì)性,并分析河岸帶土壤有機(jī)碳、氮、磷含量對(duì)水體面源污染的影響程度,以期為筍溪河河岸帶的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

筍溪河(28°37′—29°13′N(xiāo),106°15′—106°31′E)坐落于重慶直轄市內(nèi)西南方向,屬于長(zhǎng)江上游及三峽庫(kù)尾區(qū)域。河長(zhǎng)120 km,流域面積1 198 km2,多年平均流速19.9 m3/s。自然落差980 m。河流自南向北,經(jīng)四面山鎮(zhèn)、柏林鎮(zhèn)、傅家鎮(zhèn)、中山鎮(zhèn)、李市鎮(zhèn)、夾灘鎮(zhèn),最終注入綦江?？傮w地勢(shì)南高北低,海拔落差大,在150～1 800 m間,地形屬川東丘陵。研究區(qū)為北半球亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候,多年平均氣溫16.7℃,月平均最低和最高氣溫分別在1月(-5.5℃)和8月(31.5℃)。河岸帶土壤受張力作用和外營(yíng)力(流水和地質(zhì)構(gòu)造)強(qiáng)烈沖蝕切割作用,抗侵蝕能力較弱。由于地形限制,其干流河岸帶以慈竹(Bambusaemeiensis)等竹類(lèi)植物為主,并形成帶狀林地,向河岸帶外向區(qū)域演替。

1.2 樣點(diǎn)選擇與區(qū)段劃分

在2018—2020年多次野外踏查的基礎(chǔ)上,依據(jù)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則地表水環(huán)境》(HJ2.3-2018)、《環(huán)境影響評(píng)價(jià)技術(shù)導(dǎo)則土壤環(huán)境》(HJ964-2018)和《生物多樣性觀測(cè)技術(shù)導(dǎo)則陸生維管植物》(HJ710.1-2014),在兼顧筍溪河實(shí)際情況和可操作性的基礎(chǔ)上,布設(shè)河岸帶樣點(diǎn)44個(gè)(圖1),樣點(diǎn)間隔為(3.0±1.0) km。同時(shí)根據(jù)記錄的各樣點(diǎn)海拔、坡度和坡向等環(huán)境信息,在R中進(jìn)行聚類(lèi)分析,從而將筍溪河河段劃分為上、中、下游,基本信息見(jiàn)表1。

表1 筍溪河樣點(diǎn)地理信息統(tǒng)計(jì)

圖1 筍溪河流域采樣點(diǎn)

1.3 樣品的采集與測(cè)定

2020年5月,在距離河岸3～5 m內(nèi)的河流中使用聚乙烯瓶進(jìn)行水樣采集,滴加硫酸調(diào)節(jié)pH為2左右,低溫保存于便攜式冰箱,帶回實(shí)驗(yàn)室。水體溶解氧采用電化學(xué)探頭法測(cè)定,化學(xué)需氧量采用重鉻酸鹽法,總氮采用堿性過(guò)硫酸鉀氧化—紫外分光光度法,硝酸鹽氮采用紫外分光光度法,總磷和可溶性磷酸鹽采用鉬酸銨分光光度法測(cè)定[16]。

在河岸帶各樣點(diǎn)100 m范圍內(nèi)的未受人為擾動(dòng)的林地,沿河岸“S”形隨機(jī)布設(shè)5個(gè)采樣點(diǎn),用土鉆分別采集0—20與20—40 cm的土樣,并混合均勻。部分新鮮土壤樣品存于便攜式冰箱,用于硝態(tài)氮的測(cè)定(酚二磺酸比色法),另一部分土樣經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)、過(guò)篩后測(cè)定有機(jī)碳(重鉻酸鉀容量法—稀釋熱法)、全氮(凱氏定氮法)、全磷(酸溶—鉬銻抗比色法)和有效磷(碳酸氫鈉浸提法)[17]。

1.4 數(shù)據(jù)計(jì)算

內(nèi)梅羅指數(shù)法在水質(zhì)評(píng)價(jià)中具有一定的普遍性,是最大值法中最典型和應(yīng)用最廣的方法,突出了最大分指數(shù)項(xiàng)的影響,兼顧了平均分指數(shù)的影響。計(jì)算公式[18]如下:

(1)

式中:p為綜合指數(shù);C測(cè)為指標(biāo)測(cè)量值;S標(biāo)為指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值;n為參與評(píng)價(jià)的水質(zhì)指標(biāo)數(shù)量;max為水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)的最大值。筍溪河水質(zhì)以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838-2002)的Ⅲ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ),選擇溶解氧、化學(xué)需氧量、總氮與總磷進(jìn)行內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)計(jì)算,得到本文污染等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

表2 筍溪河河岸帶水環(huán)境質(zhì)量分級(jí)Table 2 Classification of water environment quality in the riparian zone of the Sunxi River

1.5 數(shù)據(jù)處理

在Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理;使用ArcGIS 10.8繪制采樣點(diǎn)圖;使用R 4.1.3進(jìn)行聚類(lèi)分析;河岸帶水體不同形態(tài)氮、磷和土壤有機(jī)碳、氮、磷的全量和有效量的單因素方差分析和LSD多重比較、獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)以及河岸帶水體氮、磷與土壤有機(jī)碳、氮、磷間的相關(guān)性分析均在SPSS 23完成;運(yùn)用Canoco 5進(jìn)行河岸帶水體不同形態(tài)氮、磷與土壤有機(jī)碳、氮、磷全量和有效量之間的冗余分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 筍溪河水質(zhì)污染現(xiàn)狀評(píng)價(jià)

水質(zhì)的內(nèi)梅羅綜合評(píng)價(jià)指數(shù)在上、中、下游有較大的差異。上、中游的內(nèi)梅羅綜合評(píng)價(jià)指數(shù)分別為1.40與1.30,較為接近,均為Ⅳ類(lèi)水質(zhì),屬重度污染。下游內(nèi)梅羅綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為2.20,為劣Ⅴ類(lèi)水質(zhì),屬極度污染,且是上、中游的1.5倍多。從全河段來(lái)看,內(nèi)梅羅綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為1.60,屬?lài)?yán)重污染。

2.2 筍溪河水體氮、磷空間分布特征

水體的總氮、硝酸鹽氮、總磷和可溶性磷酸鹽隨河流走向表現(xiàn)出不同的變化規(guī)律(表3)。水體總氮與硝酸鹽氮在全河段的含量分別為(1.82±0.74),(1.29±0.27) mg/L,均高于上游與中游而低于下游,呈現(xiàn)出先減后增、總體增大的變化規(guī)律;全河段總磷與可溶性磷酸鹽含量分別為(0.05±0.02),(0.02±0.02) mg/L,高于其上游,低于下游,呈現(xiàn)出逐漸增大的趨勢(shì)。

表3 筍溪河河岸帶水體氮、磷空間分布特征Table 3 Spatial distribution characteristics of nitrogen and phosphorus in the riparian zone of the Sunxi River

上、中游總氮、總磷與可溶性磷酸鹽含量極顯著低于下游,硝酸鹽氮在下游極顯著高于中游(p<0.01),說(shuō)明水體總氮、硝酸鹽氮、總磷與可溶性磷酸鹽受河流區(qū)段的影響,下游與上、中游間存在較大差異。而水體N/P(總氮/總磷)在全河段差異不顯著(p>0.05)。

2.3 河岸帶土壤有機(jī)碳、氮、磷及其化學(xué)計(jì)量比空間分布特征

土壤有機(jī)碳、全氮、硝態(tài)氮、全磷和有效磷含量在河流區(qū)段和土壤垂直方向上有較大差異(表4)。土壤有機(jī)碳在0—20,20—40 cm土層表現(xiàn)出中游<上游<下游,即先減后增、總體增大的變化規(guī)律;筍溪河河流區(qū)段顯著影響著20—40 cm土層土壤有機(jī)碳的變化,表現(xiàn)為中游深層土壤有機(jī)碳顯著小于下游(p<0.05)。0—20,20—40 cm土層土壤全氮、硝態(tài)氮在各河段之間無(wú)顯著差異(p>0.05)。兩個(gè)土層土壤全磷和有效磷含量變化趨勢(shì)相同,表現(xiàn)為隨河流走向顯著增大。0—20 cm土壤全磷在中、下游顯著高于上游,20—40 cm土壤全磷與0—40 cm土壤有效磷在各河段間差異顯著,表現(xiàn)為上游<中游<下游(p<0.05)。各河段以及全河段的土壤有機(jī)碳、全氮、硝態(tài)氮、全磷和有效磷在不同土層間均表現(xiàn)出相同的變化趨勢(shì):0—20 cm土壤各指標(biāo)含量均顯著高于20—40 cm(p<0.05),表聚現(xiàn)象明顯。

表4 筍溪河河岸帶土壤有機(jī)碳、氮、磷及其化學(xué)計(jì)量比空間分布特征Table 4 Spatial distribution characteristics of soil organic carbon, nitrogen, phosphorus and their stoichiometric ratios in the riparian zone of the Sunxi River

河流區(qū)段對(duì)土壤C/N(有機(jī)碳/全氮)、C/P(有機(jī)碳/全磷)和N/P(全氮/全磷)的影響各不相同。在0—20,20—40 cm土層,河岸帶各區(qū)段土壤C/N之間差異不顯著(p>0.05),而土壤C/P和N/P變化趨勢(shì)相同,均表現(xiàn)為下游<中游<上游,即沿河流走向,C/P和N/P逐漸減小,0—20 cm土層上游C/P顯著高于下游,20—40 cm土層C/P與0—40 cm土層N/P在上游顯著高于中、下游(p<0.05)。各河段以及全河段的C/N,C/P和N/P均表現(xiàn)為0—20 cm高于20—40 cm,但僅中游和全河段C/P在兩個(gè)土層之間呈顯著差異(p<0.05)。

2.4 河岸帶水體氮、磷與土壤有機(jī)碳、氮、磷的相關(guān)分析

河岸帶水體氮、磷與土壤有機(jī)碳、氮、磷存在一定的相關(guān)關(guān)系(表5)。在0—20 cm土層,除土壤全磷與水體可溶性磷酸鹽無(wú)顯著相關(guān)性外,土壤全磷和有效磷均與水體總氮、硝酸鹽氮、總磷和可溶性磷酸鹽呈顯著或極顯著正相關(guān),土壤C/P和N/P與水體總氮和總磷呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05或p<0.01),其他指標(biāo)間無(wú)顯著相關(guān)性(p>0.05)。在20—40 cm土層,土壤有機(jī)碳、全磷和有效磷均與水體總氮、硝酸鹽氮、總磷呈極顯著正相關(guān)(p<0.01),土壤有效磷與水體可溶性磷酸鹽呈極顯著正相關(guān)(p<0.01),其他指標(biāo)間無(wú)顯著相關(guān)性(p>0.05)。由此可見(jiàn),土壤全磷和有效磷與水體各形態(tài)氮、磷存在密切關(guān)系。

表5 筍溪河河岸帶水體氮、磷與土壤有機(jī)碳、氮、磷的相關(guān)分析Table 5 Correlation analysis of water nitrogen and phosphorus with soil organic carbon, nitrogen and phosphorus in the riparian zone of the Sunxi River

2.5 筍溪河河岸帶土壤有機(jī)碳、氮、磷與水體氮、磷的冗余分析

為進(jìn)一步探究影響筍溪河水體面源污染的因素,以土壤有機(jī)碳、氮、磷及其化學(xué)計(jì)量比作為解釋變量,水體氮、磷和N/P作為響應(yīng)變量,進(jìn)行冗余分析(RDA)。由RDA排序圖(圖2)可得,對(duì)水體總氮、硝酸鹽氮、總磷和可溶性磷酸鹽影響較大的有土壤有效磷、全磷、C/P,N/P。RDA1約束軸的解釋率為59.84%,RDA2的解釋率為4.31%,這表明大部分水體氮、磷的變化都可以通過(guò)土壤有機(jī)碳、氮、磷來(lái)解釋。兩個(gè)土層土壤全磷和有效磷、20—40 cm有機(jī)碳與水體總氮、硝酸鹽氮、總磷、可溶性磷酸鹽之間夾角較小、方向相同,可以認(rèn)為具有較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系,0—20 cm土層C/P和N/P與水體總氮、總磷之間夾角較大、方向相反,具有較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系。土壤全磷、有效磷、C/P在RDA1軸上投影較長(zhǎng),因此對(duì)其貢獻(xiàn)較大,而RDA2軸只有土壤全磷、有效磷貢獻(xiàn)較大。由此可知,水體氮、磷受土壤有機(jī)碳、氮、磷的影響,主要來(lái)源于土壤全磷和有效磷的作用。水體總氮、總磷對(duì)土壤有機(jī)碳、氮、磷的響應(yīng)較硝酸鹽氮、可溶性磷酸鹽更加明顯。

注：N/P指水體總氮與總磷之比,C/N1,C/P1,N/P1和C/N2,C/P2,N/P2分別為土壤有機(jī)碳與全氮、有機(jī)碳與全磷、全氮與全磷在0—20與20—40 cm土層之比。

3 討 論

筍溪河水質(zhì)的變化特征,反映了水體的健康狀況和受污染程度,可為水環(huán)境的治理、保護(hù)提供支撐。筍溪河上游與中游水質(zhì)的內(nèi)梅羅綜合評(píng)價(jià)指數(shù)分別為1.40與1.30,屬重度污染;下游水質(zhì)的內(nèi)梅羅綜合評(píng)價(jià)指數(shù)為2.20,超過(guò)Ⅴ類(lèi)1.97的標(biāo)準(zhǔn),屬劣Ⅴ類(lèi),對(duì)匯入三峽水庫(kù)及長(zhǎng)江均存在較高的風(fēng)險(xiǎn)。

水環(huán)境特征及其承載力是衡量流域可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)之一[19]。筍溪河水體的總氮、硝酸鹽氮、總磷與可溶性磷酸鹽具有一定的空間異質(zhì)性,且受影響的程度因河流區(qū)段而異。水體的化學(xué)成分及其分布特征是流域水資源質(zhì)量、環(huán)境化學(xué)性質(zhì)和元素循環(huán)轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)[20]。在河流各區(qū)段的空間變化中,筍溪河水體總氮、硝酸鹽氮、總磷與可溶性磷酸鹽均呈極顯著差異(p<0.01)。其中,水體總氮與硝酸鹽氮表現(xiàn)出中游<上游<下游的變化規(guī)律;總磷與可溶性磷酸鹽呈現(xiàn)出上游<中游<下游的變化趨勢(shì)。研究結(jié)果與庫(kù)區(qū)香溪河、澎溪河的氮、磷空間分布規(guī)律相同,均表現(xiàn)為下游含量較高[1],但與Xiang等[21]三峽庫(kù)區(qū)中游總氮、總磷最高,上、下游次之的結(jié)論有所不同,這是因?yàn)楣S溪河上游海拔較高,河岸帶坡度大,硝酸鹽氮遷移能力強(qiáng),較中游而言,更容易隨地下水和地表徑流進(jìn)入河流。中下游村鎮(zhèn)漸多,人口有所增加,常有村民在河畔浣洗衣物,生活污水和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的輸入導(dǎo)致水體中離子濃度有所增加,加上中游存在回水區(qū),水流速度緩慢,且隨著兩條大支流的匯入積累了更多的磷,因此,總磷與可溶性磷酸鹽在中游略高于上游。下游海拔低,為取得更高的經(jīng)濟(jì)效益,抗侵蝕性強(qiáng)的林地逐漸被花椒園、果園及耕地等取代,此外,隨著人畜糞便、生活污水及未被耕地作物吸收的肥料進(jìn)入水體,導(dǎo)致下游各形態(tài)氮、磷顯著高于上、中游[22]。氮、磷作為限制水體中藻類(lèi)生長(zhǎng)繁殖的重要元素,可指示水體富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn)。已知N/P在10～15時(shí)為藻類(lèi)生長(zhǎng)的最佳條件,當(dāng)N/P<10時(shí),藻類(lèi)生長(zhǎng)受氮的限制,反之,當(dāng)N/P>15時(shí),藻類(lèi)生長(zhǎng)受磷的限制,而氮的供應(yīng)充足[23]。本研究結(jié)果顯示筍溪河流域水體N/P為50.67,說(shuō)明氮素供應(yīng)過(guò)多,是造成筍溪河水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要風(fēng)險(xiǎn)元素。

土壤有機(jī)碳、氮、磷及其化學(xué)計(jì)量比的空間分布狀況,直接關(guān)系著土壤質(zhì)量及河岸帶生境的穩(wěn)定性,也是生態(tài)價(jià)值評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。筍溪河0—20 cm土層的土壤有機(jī)碳、全氮和全磷分別為(7.85±2.34),(0.70±0.23),(0.29±0.11) g/kg,而20—40 cm土層為(4.96±1.89),(0.54±0.21),(0.23±0.09) g/kg,與庫(kù)區(qū)內(nèi)香溪河流域河岸帶土壤有機(jī)碳(24.80 g/kg),全氮(2.12 g/kg)和全磷(1.38 g/kg)和涪陵段王家溝流域的6種土地利用類(lèi)型的全氮(1.14～1.49 g/kg)和全磷(0.76～1.32 g/kg)的結(jié)果相比,均較小[24]。由前人的研究結(jié)果可知香溪河沿岸地帶工業(yè)開(kāi)采及農(nóng)業(yè)施肥較多,導(dǎo)致近河岸帶土壤吸收、截留了大量碳、氮、磷等物質(zhì),而筍溪河兩岸以天然慈竹林為主,樹(shù)種類(lèi)型及林分結(jié)構(gòu)過(guò)于單一,未能形成大量枯落物增加土壤養(yǎng)分含量,且受河流水文作用明顯,養(yǎng)分的累積量也較小,因此明顯低于相近流域不同土地利用類(lèi)型的土壤。筍溪河河岸帶0—20 cm土層的土壤有機(jī)碳、全氮、硝態(tài)氮、全磷和有效磷的含量均顯著高于20—40 cm土層(p<0.05),這與霍莉莉等[25]在興凱湖地區(qū)沼澤濕地和蔡雅梅等[26]在汾河河岸帶得出的隨土層深度增加,土壤養(yǎng)分逐漸減少的結(jié)論一致,由于表層枯枝落葉多,微生物活動(dòng)旺盛,供植物吸收利用的養(yǎng)分豐富,加上根系大多數(shù)存在于0—20 cm土層,其對(duì)土壤有機(jī)碳、氮、磷的吸收作用大于20—40 cm土層。筍溪河下游土壤有機(jī)碳、全磷和有效磷顯著高于上、中游(p<0.05),沿河流走向,海拔逐漸降低,影響土壤有機(jī)碳分解的水熱等環(huán)境條件發(fā)生變化,下游多農(nóng)田,施肥量大,在移動(dòng)過(guò)程中極易被河岸帶土壤固定[9]。研究區(qū)0—40 cm土層土壤C/N,C/P,N/P均值分別為11.55,26.71,2.38,其中C/N略小于中國(guó)陸地平均水平(11.9),C/P,N/P均明顯低于我國(guó)平均水平(61,5.2)[27],C/N是土壤氮素礦化的標(biāo)志,C/N越大,其釋放的有效氮量則越少[28],C/P,N/P分別是量度土壤微生物礦化有機(jī)質(zhì)釋放磷或從環(huán)境中固定磷的能力和判斷限制性養(yǎng)分的重要指標(biāo),較低的土壤C/P,N/P說(shuō)明微生物分解枯枝落葉受磷的限制較小,N/P<14說(shuō)明河岸帶土壤處于氮素缺乏狀態(tài),這主要是因?yàn)榈兹苡谒?易隨水流失,而磷是一種沉積性物質(zhì),在土壤中遷移率相對(duì)較低[29]。

筍溪河河岸帶水體總氮、硝酸鹽氮、總磷、可溶性磷酸鹽與土壤全磷和有效磷呈顯著正相關(guān)關(guān)系(p<0.05),而與土壤有機(jī)碳、C/P和N/P的相關(guān)性受土層深度的影響存在較大差異,如:水體總氮、總磷與0—20 cm土層土壤的C/P和N/P均呈顯著負(fù)相關(guān)(p<0.05),而總氮、硝酸鹽氮和總磷僅與20—40 cm土層的有機(jī)碳呈顯著正相關(guān)(p<0.05)。這與孫婷婷等[24]水體總氮與土壤全氮呈顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)論相反。香溪河位于三峽庫(kù)區(qū)庫(kù)首,其河岸帶土壤受河流水位漲消因素、沿岸土地利用類(lèi)型和污染原排放的影響較為強(qiáng)烈,而筍溪河位于三峽庫(kù)尾,所受影響較小。筍溪河河岸帶水體N/P為50.67,而土壤中N/P僅為2.38,河岸帶水體高氮低磷,而土壤則處于高磷低氮的狀態(tài),且土壤中全磷和有效磷與水體氮、磷含量密切相關(guān),說(shuō)明筍溪河河岸帶土壤全磷和有效磷含量是水體面源污染的主導(dǎo)因子,在今后的生產(chǎn)生活中應(yīng)注意減少磷肥的施用,減少生活污水及人畜糞便未經(jīng)處理直接排入河內(nèi)。水體氮、磷的含量受植被種類(lèi)、水文條件、地形地貌和土地利用等多種因素的影響,本文僅分析了土壤有機(jī)碳、氮、磷對(duì)其的影響,今后應(yīng)從多角度、多尺度、多因子探索筍溪河水體面源污染的原因,為保障三峽庫(kù)尾生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定提供更全面的數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié) 論

(1) 筍溪河水體全河段屬?lài)?yán)重污染,其中上、中游屬重度污染,下游屬極度污染。

(2) 水體氮、磷含量表現(xiàn)出明顯的空間異質(zhì)性?？偟⑾跛猁}氮、總磷與可溶性磷酸鹽均有明顯的下游匯聚現(xiàn)象,分別為(2.86±0.32),(1.50±0.28),(0.07±0.02),(0.04±0.01) mg/L,總氮和硝酸鹽氮呈現(xiàn)中游<上游<下游的變化規(guī)律,總磷與可溶性磷酸鹽為上游<中游<下游,逐漸增大。

(3) 土壤有機(jī)碳、全氮、硝態(tài)氮、全磷和有效磷含量均表現(xiàn)出表層富集和下游聚集的變化特征,有機(jī)碳、全氮和全磷在下游0—20 cm土層的含量分別為(8.80±2.47),(0.78±0.24),(0.37±0.10) g/kg。下游20—40 cm土層土壤有機(jī)碳含量顯著高于中游,20—40 cm土層土壤全磷和0—40 cm土層土壤有效磷在各河段間差異顯著(p<0.05),空間異質(zhì)性明顯。此外,河岸帶土壤有機(jī)碳、全氮、硝態(tài)氮、全磷和有效磷含量,以及中游和全河段土壤C/P在0—20,20—40 cm土層間均呈顯著差異(p<0.05);兩個(gè)土層的土壤N/P和20—40 cm C/P在上游顯著高于中、下游(p<0.05)。

(4) 水體氮、磷含量受土壤有機(jī)碳、氮、磷因素的影響。土壤全磷和有效磷是影響水體總氮、硝酸鹽氮、總磷和可溶性磷酸鹽含量變化的主導(dǎo)因子。