流域場(chǎng)鎮(zhèn)發(fā)展下三峽水庫(kù)典型入庫(kù)河流水體碳、氮、磷時(shí)空特征及富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)*

龔小杰，王曉鋒，劉婷婷，袁興中,3**，孔維葦，劉 歡

(1:長(zhǎng)江上游濕地科學(xué)研究重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401331) (2:重慶師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，重慶 401331) (3:重慶大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，重慶 400030)

碳、氮、磷是自然界最基本的生源要素，人類(lèi)活動(dòng)(工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)活動(dòng)、城市擴(kuò)張以及生活污水排放等)已經(jīng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的生源要素特征產(chǎn)生了重要影響. 河流作為連接陸域與水域的關(guān)鍵通道，在全球碳、氮、磷的輸移和轉(zhuǎn)化過(guò)程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，也是受人類(lèi)活動(dòng)影響最嚴(yán)重的生態(tài)系統(tǒng)之一[1]. 人類(lèi)活動(dòng)導(dǎo)致河流碳、氮、磷輸入增加，并在下游湖泊、水庫(kù)、河口、近海等區(qū)域不斷累積，造成了全球范圍的水體富營(yíng)養(yǎng)化和營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)改變，成為21世紀(jì)最具挑戰(zhàn)的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題[2-4]. 河流水體中生源要素的積累主要是流域內(nèi)面源污染、點(diǎn)源污染及水體內(nèi)部的生物吸附等等. 近30年來(lái)，不同研究者從點(diǎn)源控制、面源削減、過(guò)程調(diào)控、出口截留等方面對(duì)河流污染開(kāi)展了大量研究，并取得了一系列成效[5-8]. 然而，隨著由于城市化、農(nóng)業(yè)活動(dòng)以及城鎮(zhèn)—農(nóng)業(yè)過(guò)渡過(guò)程中陸域人類(lèi)活動(dòng)的不斷變化，河流污染過(guò)程愈加復(fù)雜，影響河流自身的生態(tài)功能. 河流在越來(lái)越強(qiáng)烈的“人為—自然”二元干擾下，水體碳、氮、磷的分布特征及控制方面仍然存在來(lái)源解析、生物地球化學(xué)過(guò)程分析、要素的生物轉(zhuǎn)化以及不同形式人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度下的環(huán)境閾值等一系列基礎(chǔ)問(wèn)題尚不清楚.

近年來(lái)，大量學(xué)者關(guān)注城市河流水體碳、氮、磷污染特征以及流域城市化的綜合影響. Sickman等[9]對(duì)Sacramento河流域城市化對(duì)有機(jī)質(zhì)負(fù)荷的影響研究中，城市徑流中總有機(jī)碳(TOC)濃度遠(yuǎn)高于Sacramento河自然河段，流域城市化帶來(lái)的綜合TOC輸入對(duì)下游河流水體年負(fù)荷貢獻(xiàn)達(dá)17%；我國(guó)學(xué)者從河網(wǎng)尺度探討了重慶[10-11]、天津[8]、嘉興[12]等地區(qū)城市化帶來(lái)的水體氮、磷綜合污染特征. 上述研究均肯定了城市發(fā)展對(duì)河流水體氮、磷污染的影響. 隨著城市污水處理能力的不斷提高、城市河流生態(tài)治理技術(shù)的發(fā)展以及我國(guó)河長(zhǎng)制全面推行，城市河流氮、磷的污染在一定程度上得到了緩解. 但在全球城市化進(jìn)程不斷加快的背景下，流域人類(lèi)活動(dòng)對(duì)河流生源要素(碳)的影響研究仍是水環(huán)境治理的基礎(chǔ)[13]. 與城市影響的面狀特征不同，近年來(lái)，隨著我國(guó)城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展戰(zhàn)略的實(shí)施，流域城鎮(zhèn)化速度較快，但薄弱的污水處理能力及流域土地類(lèi)型的顯著變化，導(dǎo)致小流域水體氮、磷污染進(jìn)一步加劇[14]，但關(guān)于城鎮(zhèn)發(fā)展的綜合影響研究并不多. 作為三峽地區(qū)(特別是重慶地區(qū))城鎮(zhèn)發(fā)展的重要模式，場(chǎng)鎮(zhèn)式發(fā)展近年來(lái)受到廣泛推廣[15]. 場(chǎng)鎮(zhèn)式發(fā)展多是在三峽庫(kù)區(qū)眾多支流沿河建鎮(zhèn)，導(dǎo)致這些河流兩岸形成串聯(lián)的多級(jí)城鎮(zhèn)分布，而這種模式導(dǎo)致人類(lèi)活動(dòng)壓力的點(diǎn)狀聚集，可能對(duì)河流水體碳、氮、磷含量造成不可預(yù)測(cè)的累積影響，形成了一種具有“點(diǎn)-面雙重特征”的污染過(guò)程，對(duì)三峽水庫(kù)的水環(huán)境安全造成威脅. 流域“串珠狀”場(chǎng)鎮(zhèn)的分布格局也可能對(duì)河流的自凈能力產(chǎn)生連續(xù)脅迫，威脅整個(gè)河流生態(tài)系統(tǒng)的健康. 然而，目前大多數(shù)研究仍集中在城市或工業(yè)污染嚴(yán)重的河段，對(duì)流域串級(jí)場(chǎng)鎮(zhèn)分布特征與水體生源要素碳、氮、磷污染的失控關(guān)系的研究并不多見(jiàn)，導(dǎo)致這種特殊的人類(lèi)活動(dòng)空間模式的環(huán)境影響也被忽視.

重慶市是三峽庫(kù)區(qū)的腹心區(qū)，近年來(lái)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，成為我國(guó)城市化進(jìn)程最快的區(qū)域之一，對(duì)三峽庫(kù)區(qū)水環(huán)境安全具有重要影響. 據(jù)統(tǒng)計(jì)，重慶市主要次級(jí)河流水質(zhì)均高于《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002)中的Ⅴ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)[16]，王曉鋒等[17]對(duì)主城區(qū)梁灘河的研究中，指出水體全年TN濃度均遠(yuǎn)高于地表水劣Ⅴ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，大部分監(jiān)測(cè)斷面TP濃度屬Ⅴ～劣Ⅴ類(lèi). 黑水灘河是重慶主城區(qū)受城市化影響較弱的次級(jí)支流，屬嘉陵江左岸的一級(jí)支流. 但近年來(lái)，受重慶主城區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展規(guī)劃的帶動(dòng)，黑水灘河流域內(nèi)原本分布的眾多小型場(chǎng)鎮(zhèn)迅速發(fā)展，形成一系列點(diǎn)狀污染源，對(duì)其自身及三峽水庫(kù)水環(huán)境安全造成一定威脅. 為了研究流域場(chǎng)鎮(zhèn)發(fā)展對(duì)河流水環(huán)境，特別是水體碳、氮、磷生源要素的潛在影響及可能的累積效應(yīng)，本研究以重慶市黑水灘河為研究對(duì)象，對(duì)流域內(nèi)主要場(chǎng)鎮(zhèn)前后的河流斷面表層水體進(jìn)行一個(gè)完整水文年的監(jiān)測(cè)，分析了場(chǎng)鎮(zhèn)分布對(duì)河流水體不同形態(tài)的碳、氮、磷含量的時(shí)空特征的影響，并采用對(duì)數(shù)型冪函數(shù)普適指數(shù)公式計(jì)算水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)綜合指數(shù)，得出黑水灘河水體的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，估算了黑水灘河對(duì)三峽水庫(kù)生源要素的輸入特征，以期為三峽水庫(kù)水環(huán)境保護(hù)等提供科學(xué)支撐，為研究人類(lèi)活動(dòng)影響下水生態(tài)過(guò)程提供參考.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

黑水灘河位于重慶市北碚區(qū)，屬于三峽水庫(kù)一級(jí)支流嘉陵江的二級(jí)支流，黑水灘河干流全長(zhǎng)68 km，流域面積328 km2，多年平均流量5.55 m3/s，年徑流總量1.75×108m3. 干流發(fā)源于華鎣山寶頂南坡華秦鄉(xiāng)華云村，流經(jīng)北碚區(qū)金刀峽鎮(zhèn)、三圣鎮(zhèn)、復(fù)興鎮(zhèn)，在水土鎮(zhèn)東南獅子口注入嘉陵江(圖1). 流域內(nèi)有柳蔭河、靜觀河兩條主要支流，分別流經(jīng)重慶市北碚區(qū)柳蔭鎮(zhèn)和靜觀鎮(zhèn). 北碚區(qū)主要場(chǎng)鎮(zhèn)均沿黑水灘河分布，在河流兩岸形成一系列串珠狀人類(lèi)活動(dòng)聚集點(diǎn). 黑水灘河屬典型山地河流，河流比降較大，流速較快，流域內(nèi)場(chǎng)鎮(zhèn)多沿河分布，發(fā)展速度較快，且場(chǎng)鎮(zhèn)規(guī)模從上游到下游依次提高，嚴(yán)重威脅河流水環(huán)境質(zhì)量. 流域處于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨熱同季，雨量充沛，年均溫度19.4℃，全年降雨量為1100 mm，85%降雨集中在5—10月.

圖1 嘉陵江黑水灘河采樣斷面分布Fig.1 Sampling sites distribution in Heishuitan River, a branch of Jialingjiang River

1.2 采樣斷面布設(shè)與樣品采集

根據(jù)流域場(chǎng)鎮(zhèn)分布及水文特征，分別在黑水灘河干、支流流經(jīng)不同場(chǎng)鎮(zhèn)前、后設(shè)置采樣斷面，位置分別為：黑水灘河干流流經(jīng)金刀峽鎮(zhèn)前后(S1-1、S1-2)、三圣鎮(zhèn)前后(S2-1、S2-2)、復(fù)興鎮(zhèn)前后(S3-1、S3-2)、水土鎮(zhèn)前后(S3-2、S4)；支流柳蔭河流經(jīng)柳蔭鎮(zhèn)前后(S5-1、S5-2)；支流靜觀河流經(jīng)靜觀鎮(zhèn)前后(S6-1、S6-2)，共設(shè)11個(gè)采樣斷面(圖1)，其中S4斷面為黑水灘河河口. 分別于2014年9月(秋季)、12月(冬季)和2015年3月(春季)、6月(夏季)進(jìn)行黑水灘河干支流不同斷面表層水樣的采集. 采樣過(guò)程中，利用有機(jī)玻璃采樣器采集500 mL表層水樣裝入塑料瓶中，每個(gè)采樣斷面采集河道中心和左右兩側(cè)1～2 m處3個(gè)重復(fù)樣，所采集樣品通過(guò)裝有足夠冰袋的保溫箱低溫保存后運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室后，置于4℃冰箱內(nèi)，5 d內(nèi)完成指標(biāo)測(cè)定. 現(xiàn)場(chǎng)采樣時(shí)，利用矯正的多參數(shù)水質(zhì)分析儀MantaTM2(Eureka Company, USA)測(cè)定原位表層水體水溫、pH、電導(dǎo)率、葉綠素a、溶解氧(DO)和濁度(表1).

1.3 監(jiān)測(cè)指標(biāo)與分析方法

1.4 數(shù)據(jù)分析

EIj=10.77(lnxj)1.1826

(1)

(2)

表1 黑水灘河表層水體基本理化指標(biāo)的時(shí)空分布

式中，EIj為指標(biāo)j的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)普適指數(shù)，xj為指標(biāo)j的“規(guī)范值”，計(jì)算方法見(jiàn)文獻(xiàn)[20]；Wj為指標(biāo)j的歸一化權(quán)重值，本研究將各指標(biāo)視作等權(quán)重.

利用三峽庫(kù)區(qū)次級(jí)河流平水期流量與污染物濃度，估算黑水灘河碳、氮、磷對(duì)三峽水庫(kù)的輸入負(fù)荷，其計(jì)算公式[21]為：

污染物負(fù)荷(g/s)=污染物濃度(mg/L)×流量(m3/s)

(3)

研究原始數(shù)據(jù)均在Excel 2010中進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理與計(jì)算，應(yīng)用SPSS 19(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，所有統(tǒng)計(jì)顯著性水平為P<0.05. 所有制圖均采用Excel 2010和Sigmaplot12.0.

2 結(jié)果與分析

2.1 碳、氮、磷含量分布

2.1.1 河流不同形態(tài)碳濃度的時(shí)空分布特征 黑水灘河干、支流水體TOC、DOC和POC的濃度范圍分別為4.5～39.2、3.2～31.4和0.87～7.78 mg/L(平均值分別為17.23±8.6、14.0±7.1和3.26±1.29 mg/L)，流域內(nèi)3種碳形態(tài)濃度均有較大的變異，而且在場(chǎng)鎮(zhèn)前后均有不同程度的增長(zhǎng)(圖2a)，增幅范圍為4.7%～61.3%、1.2%～57.5%和16.1%～84.1%(平均增幅達(dá)33.8%、33.4%和37.4%)(圖3a). 從增幅分布圖看，金刀峽鎮(zhèn)前后水體碳含量增幅較大，其他場(chǎng)鎮(zhèn)增幅相似，可見(jiàn)場(chǎng)鎮(zhèn)污染負(fù)荷具有一定相似性(圖3a). 干流水體TOC、DOC和POC的濃度從上游向下游沿場(chǎng)鎮(zhèn)分布呈現(xiàn)明顯的階梯增長(zhǎng)(圖2a)，表現(xiàn)出場(chǎng)鎮(zhèn)影響的累積效應(yīng).水體碳含量季節(jié)變化不明顯，但總體上TOC和DOC在秋季(19.6±9.7 和16.1±8.3 mg/L)略高，春冬季(枯水期)次之，夏季(豐水期)最低(14.7±6.2和11.9±5.5 mg/L)；POC在春秋季(3.58±2.16和3.46±1.55 mg/L)稍高于冬夏季(3.18±1.71和2.84±1.02 mg/L)(圖2b).

圖2 黑水灘河表層水體碳、氮、磷的時(shí)空分布(箱圖中實(shí)線為中位值，虛線為均值)Fig.2 Spatial and temporal distribution of carbon, nitrogen and phosphorus in surface water of Heishuitan River (solid line is the median value in the box chart, and the dotted line is the mean value)

圖3 黑水灘河場(chǎng)鎮(zhèn)前后碳、氮、磷各形態(tài)濃度增幅百分比Fig.3 Increase percentage of carbon, nitrogen and phosphorus concentrations before and after the field town of Heishuitan River

2.2 場(chǎng)鎮(zhèn)對(duì)水體碳、氮、磷分布的影響

圖4 黑水灘河碳、氮、磷濃度與人口數(shù)量的回歸關(guān)系Fig.4 Regression relationship between the increment of carbon, nitrogen and phosphorus concentrations in Heishuitan River and population quantity

2.3 黑水灘河碳、氮、磷輸出特征

2.4 黑水灘河水體富營(yíng)養(yǎng)化特征分析

黑水灘河干、支流各監(jiān)測(cè)斷面不同季節(jié)水體營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)綜合指數(shù)值(EI)的空間分布見(jiàn)圖5a. 流域內(nèi)EI指數(shù)在不同季節(jié)之間變化較小，但空間變化顯著(波動(dòng)范圍達(dá)9.5～63.1). 依據(jù)對(duì)數(shù)型冪函數(shù)普適指數(shù)公式各級(jí)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，黑水灘河干、支流水體全年屬于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)水平以上(>39.42)，具有較高的富營(yíng)養(yǎng)化風(fēng)險(xiǎn). 空間變化上，干流在S1-1斷面EI值最低，經(jīng)過(guò)金刀峽鎮(zhèn)之后EI值迅速提高，隨后呈“階梯狀”增長(zhǎng)，每流經(jīng)一個(gè)場(chǎng)鎮(zhèn)，水體EI指數(shù)都會(huì)有明顯升高，直至河口達(dá)到最大，呈重富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)；而干流水體在沒(méi)有場(chǎng)鎮(zhèn)分布的河段(S1-2～S2-1、S2-2～S3-1)EI變化不大甚至略有降低，表現(xiàn)出河流一定的自凈能力. 支流水體柳蔭河EI值低于靜觀河，且場(chǎng)鎮(zhèn)前后水體EI值顯著增加. 總體上EI值變化與碳、氮、磷含量空間變化規(guī)律一致.

氮磷比(N/P)是評(píng)價(jià)河流水體營(yíng)養(yǎng)鹽的限制因子和浮游植物群落的調(diào)節(jié)因子，也是影響水體藻類(lèi)水華暴發(fā)的重要指標(biāo)[23]. Guildford等[24]提出的水中營(yíng)養(yǎng)物限制性標(biāo)準(zhǔn)中，N/P≤20(摩爾比，換算為質(zhì)量比為9.0)為氮限制狀態(tài)，N/P≥50(摩爾比，換算為質(zhì)量比為22.6)為磷限制狀態(tài)，處于兩者之間表明氮磷均可能是主要限制因子. 計(jì)算結(jié)果表明，黑水灘河水體N/P變化范圍為17.21～86.50，有4.5%屬于氮限制狀態(tài)，有27.3% 屬于磷限制狀態(tài)，其余大部分均處在兩者之間(圖5b). 干流水體N/P空間上除S1-1～S1-2段有明顯增長(zhǎng)外，其他場(chǎng)鎮(zhèn)分布對(duì)水體N/P影響并不顯著，但總體上下游河段N/P略高于上游. 季節(jié)變化對(duì)水體N/P影響較大，干流大多數(shù)斷面冬、夏季高于春、秋季.

圖5 水體富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)綜合指數(shù)值及氮磷比的變化Fig.5 EI values and nitrogen to phosphorus ratio of the water

盡管黑水灘河水體N/P分析均屬于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，但調(diào)查中僅河口(S3-2和S4斷面)在春季出現(xiàn)水華，其他斷面均未發(fā)現(xiàn)(表1). 相關(guān)分析表明，葉綠素a與水體TN、TP濃度均不顯著，主要因?yàn)樯降睾恿髁魉佥^快，不利于藻類(lèi)的生長(zhǎng)和繁殖，但一旦有流速緩慢的河段，則具有較高的發(fā)生水華的風(fēng)險(xiǎn). 水體各形態(tài)碳、氮、磷濃度均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01，表2)，可見(jiàn)流域內(nèi)水體碳、氮、磷的變化規(guī)律具有一致性，這可能與流域場(chǎng)鎮(zhèn)的連續(xù)分布特征相關(guān)，且場(chǎng)鎮(zhèn)的分布格局使得水體碳、氮、磷濃度呈現(xiàn)同步的累積效應(yīng).

表2 黑水灘河水體碳、氮、磷濃度及其他參數(shù)之間的Pearson相關(guān)性

*表示顯著性水平P<0.05,** 表示顯著性水平P<0.01.

3 討論

3.1 場(chǎng)鎮(zhèn)分布影響河流碳、氮、磷的分布格局

場(chǎng)鎮(zhèn)發(fā)展是我國(guó)三峽地區(qū)城鄉(xiāng)統(tǒng)籌發(fā)展的重要模式，與大型城市相比，場(chǎng)鎮(zhèn)的人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較弱，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響通常被忽視. 然而，在三峽地區(qū)，場(chǎng)鎮(zhèn)沿河多級(jí)串聯(lián)的分布模式下，可能形成具有“點(diǎn)-面雙重特征”的潛在污染系統(tǒng)，對(duì)流域水體產(chǎn)生不可忽視的負(fù)面影響. 黑水灘河作為一個(gè)流域內(nèi)場(chǎng)鎮(zhèn)連續(xù)分布的典型山地河流，其水體碳、氮、磷等生源要素空間格局受到場(chǎng)鎮(zhèn)分布的顯著影響(圖2).

黑水灘河流域水體TOC濃度為4.5～39.2 mg/L(平均為17.2±8.7 mg/L)，高于世界大部分自然河流[25-26]和青藏高原區(qū)的典型河流[27]，甚至高于重慶主城區(qū)次級(jí)支流盤(pán)溪河[16]. 一方面，黑水灘河屬于典型的山地河流，其水體有機(jī)碳總量與流域植被覆蓋及強(qiáng)烈的土壤侵蝕密切相關(guān)，另一方面，場(chǎng)鎮(zhèn)密集分布帶來(lái)的人為源的輸入使得水體TOC含量顯著增加(圖3a). 同時(shí)，在無(wú)場(chǎng)鎮(zhèn)分布的河段，水體TOC含量變化不大，可能是流速較快，對(duì)水體碳代謝消耗能力較弱. DOC是河流TOC的主要組成部分，與流域化學(xué)侵蝕、植物生產(chǎn)、城鎮(zhèn)污水輸入等直接相關(guān)，并且受氣溫、降水的影響顯著[25]. 黑水灘河流域水體DOC濃度范圍為3.2～31.4 mg/L(平均為14.0±7.1 mg/L)，高于世界河流的平均水平(5～6 mg/L)[26]及植被生產(chǎn)力較高的三江源地區(qū)的河流[28]. 對(duì)比發(fā)現(xiàn)，黑水灘河各監(jiān)測(cè)斷面中受人類(lèi)活動(dòng)影響較小的S1-1和S5-1斷面DOC濃度近似于三江源地區(qū)的河流[28]，但流經(jīng)單個(gè)場(chǎng)鎮(zhèn)后水體DOC濃度達(dá)到1.6～1.9倍，表明場(chǎng)鎮(zhèn)發(fā)展帶來(lái)陸源環(huán)境的綜合變化對(duì)河流水體DOC具有重要貢獻(xiàn). 進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，黑水灘河水體中DOC濃度占TOC濃度的比例達(dá)75%，高于全球平均值(55.3%)[25]. 一般認(rèn)為，山地河流具有較高的有機(jī)質(zhì)輸入和較高的氧化率，DOC占TOC比例通常較低[27]. 而黑水灘河水體較高的DOC比例表明存在明顯的外源DOC的直接輸入. 同TOC一致，DOC濃度在水體流經(jīng)場(chǎng)鎮(zhèn)前后均有顯著增加，而在無(wú)場(chǎng)鎮(zhèn)分布的河段表現(xiàn)基本穩(wěn)定，使得黑水灘河干流從上游向下游DOC濃度呈現(xiàn)“階梯式”增長(zhǎng)(平均增幅達(dá)33.4%，圖3)，表明流域場(chǎng)鎮(zhèn)發(fā)展導(dǎo)致河流人為源碳輸入明顯增加. 葉琳琳等[29]在對(duì)太湖入湖河流DOC的研究中也發(fā)現(xiàn)流域人類(lèi)活動(dòng)是河流中DOC增加的主要原因. 黑水灘河水體POC濃度(3.26±1.29 mg/L)較低，這與其濁度較低形成呼應(yīng). 自然河流中水體POC主要源于陸源輸入以及水體內(nèi)部浮游生物的繁殖和代謝[30]，本研究中葉綠素a與POC濃度存在顯著相關(guān)關(guān)系(P<0.01)(表2)，春季藻類(lèi)繁殖旺盛期POC濃度高于其他季節(jié)，均表明浮游生物生長(zhǎng)對(duì)水體POC具有一定的貢獻(xiàn). 而同時(shí)，場(chǎng)鎮(zhèn)發(fā)展帶來(lái)的陸域環(huán)境的綜合改變對(duì)水體POC濃度也可能產(chǎn)生一些直接影響，但本研究缺乏直接證據(jù)，因此未來(lái)研究中需要采樣同位素技術(shù)辨析POC濃度變化的主導(dǎo)過(guò)程. 綜上，本研究認(rèn)為，作為一種綜合的環(huán)境影響，流域場(chǎng)鎮(zhèn)的發(fā)展格局顯著改變?nèi)龒{入庫(kù)河流水體碳含量及空間部分格局，進(jìn)而影響水體碳代謝和輸移.

最后，初步估算黑水灘河每年向三峽水庫(kù)輸入氮、磷總量遠(yuǎn)超同尺度的入庫(kù)支流花溪河(TN：8.9 g/s，TP：1.22 g/s)[21]，因此急需加強(qiáng)河口污染物輸出控制. 隨著三峽地區(qū)場(chǎng)鎮(zhèn)發(fā)展模式的不斷推進(jìn)，陸域人類(lèi)活動(dòng)的外源污染物輸入顯著改變各場(chǎng)鎮(zhèn)流經(jīng)河流流域內(nèi)的碳、氮、磷輸入格局，連續(xù)場(chǎng)鎮(zhèn)分布對(duì)河流污染的累積效應(yīng)及其與河流自凈能力的對(duì)沖作用應(yīng)該成為未來(lái)水環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn).

3.2 季節(jié)變化及其影響因素分析

3.3 水體富營(yíng)養(yǎng)化

4 結(jié)論

1)黑水灘河干、支流受陸域外源污水輸入影響，水體TN濃度嚴(yán)重超標(biāo)，年均濃度(3.61±1.48 mg/L)為地表水V類(lèi)的1.8倍，而TP濃度范圍為0.078～0.454 mg/L，大部分監(jiān)測(cè)斷面濃度處于Ⅲ～Ⅴ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)；流域場(chǎng)鎮(zhèn)發(fā)展對(duì)水體生源要素的濃度影響顯著，黑水灘河流域水體流經(jīng)場(chǎng)鎮(zhèn)前后，各形態(tài)碳、氮、磷濃度均明顯增加，且沿程的場(chǎng)鎮(zhèn)格局帶來(lái)的污染有明顯的累積效應(yīng)，從源頭斷面S1-1到干流入江口S4，水體TOC、TN和TP濃度增幅高達(dá)207.7%、208.0%和101.8%；無(wú)場(chǎng)鎮(zhèn)分布的河段，水體碳變化不大，而氮、磷呈不同程度降低，因此黑水灘河干流水體碳含量自上游向下游呈“階梯式”增長(zhǎng)，而氮、磷則呈“波動(dòng)式”增長(zhǎng). 流域場(chǎng)鎮(zhèn)發(fā)展顯著改變水體有機(jī)碳和營(yíng)養(yǎng)鹽的空間分布，且給河流自凈帶來(lái)了較大的壓力，在未來(lái)水環(huán)境治理中需要得到關(guān)注.

2)流域水體各形態(tài)有機(jī)碳季節(jié)波動(dòng)不大，春秋季略高于冬夏季；不同形態(tài)的氮、磷濃度季節(jié)波動(dòng)較大，雨季(夏秋季)低于旱季(春冬季)，降雨導(dǎo)致徑流增加，帶來(lái)的水體氮、磷稀釋效應(yīng)是這種季節(jié)模式的主要驅(qū)動(dòng)力；黑水灘河流域水體各營(yíng)養(yǎng)鹽濃度在春季均較高，具有較大的水華暴發(fā)風(fēng)險(xiǎn). 總體上，黑水灘河碳、氮、磷季節(jié)變異受到降雨、山地河流水文活動(dòng)等因素綜合影響.

3)本研究中，黑水灘河表層水體氮污染嚴(yán)重，磷污染較低，兩者均超過(guò)發(fā)生富營(yíng)養(yǎng)化條件，但葉綠素a與TN、TP濃度無(wú)顯著相關(guān)性，主要是山地河流流速較快，不利于藻類(lèi)的生長(zhǎng)和繁殖. 河流富營(yíng)養(yǎng)化綜合指數(shù)表明，黑水灘河干、支流各監(jiān)測(cè)斷面全年屬于富營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)以上，受外源污染物輸入影響，各監(jiān)測(cè)斷面營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)分布特征與碳、氮、磷一致. 因此，需建立完善沿河場(chǎng)鎮(zhèn)的污水處理系統(tǒng)，嚴(yán)格做到控源截污，減輕入庫(kù)污染負(fù)荷.

4)初步估算，黑水灘河每年向三峽水庫(kù)輸入碳、氮、磷總量達(dá)到4057、1001和47 t/a，盡管水體污染水平低于重慶地區(qū)大多數(shù)城市污染的河流，但流域場(chǎng)鎮(zhèn)發(fā)展帶來(lái)的河流水體連續(xù)污染物積累對(duì)三峽水庫(kù)水環(huán)境安全的威脅仍需予以重視.