利用指纹技术识别东部小流域颗粒态磷来源与关键源区

研究流域非点源磷的来源，定量分析各来源的相对贡献并识别关键源区，是提高流域非点源污染治理成效的重要前提。本项目通过对比分析流域出口悬浮泥沙和流域不同源区土壤的物理和地球化学特征，以建立泥沙和颗粒态磷输出与其来源的对应关系为出发点，揭示小流域不同源区对颗粒态磷输出的相对贡献，探讨采用指纹识别技术研究东部小流域颗粒态磷来源的可行性。在此基础上采用多因子综合分析方法识别流域颗粒态磷的关键源区，为提高流域非点源磷污染控制的成效提供可靠而实用工具。本项目的研究成果在基础监测资料缺乏的我国具有广阔的应用前景。

近年来，流域内泥沙及其吸附污染物（如磷）已经成为国内外水污染控制研究的热点。研究泥沙来源的位置、特征及各来源对泥沙输出的贡献，有助于针对重点源区实施水土流失以及水污染治理措施。目前通过直接建立磷的输出与来源对应关系来识别磷的来源还存在很大困难，而在农业小流域中磷的输出以泥沙吸附的颗粒态磷为主，研究泥沙来源可为探讨颗粒态磷的来源提供重要基础。复合指纹技术是一种可靠的泥沙源解析方法，在地质单元、土壤和土地利用类型差异明显的较大流域已经开展了较多研究。但在一些地表物质相对均一、输沙量较小、受人为因素影响较多的东部小流域，能否应用指纹识别法解析泥沙来源并探讨颗粒态磷来源还需要验证。本项目以东部南京市九乡河上游小流域为研究区，试图以指纹识别技术分析流域泥沙来源为基础，研究不同来源对颗粒态磷输出的相对贡献并识别颗粒态磷输出的关键源区。结果表明，最佳复合指纹由Na2O、Al2O3、P、Sn、N组合，对不同泥沙来源的正确判别率最高达到87.5%，混合模型拟合优度平均也达到0.93，结果基本可靠。农田对泥沙输出的相对贡献为25.3%-65.2%，道路与矿山用地的相对贡献为34.8%-74.7%，来源于林地的泥沙总体上不到0.1%；而颗粒态磷主要来源于农田，其相对贡献为52.2%-85.8%，平均贡献率84.8%；道路与矿山用地对颗粒态磷贡献达14.2%-47.7%，平均为15.1%；而林地颗粒态磷贡献总体不到0.1%。流域内颗粒态磷的关键源区主要分布在流域中部，距离水体较近的部位的土壤和磷的流失风险相对较高，具有极高风险和高风险的区域占流域面积的12%，在具有高风险的来源中，农田占到90%左右。关键源区识别研究的结果基本验证了上述指纹识别的研究结果。本研究进一步针对泥沙潜在源地的选择做了对比研究，认为泥沙潜在源地的分类和选择是影响指纹识别泥沙有效性的重要因素；同时又对源地土壤指纹因子作了粒径修正后的对比，认为源地土壤指纹因子的粒径修正对混合模型计算结果将产生明显的影响。本研究表明，复合指纹技术在地表物质相对均一、受人为因素影响较多的农业小流域能够有效识别泥沙来源，并且以泥沙来源识别研究颗粒态磷来源，能够为观测资料不充分条件下提高颗粒态磷来源识别的合理性以及流域非点源磷污染控制提供一种新的思路和方法。