土壤侵蚀背景下的西南山区典型水库富营养化历史反演

Soil erosion is one of the main reasons for the large-scale, heavy hazard non-point source pollution in mountainous areas. It will also carry a large amount of N, P and other harmful substances into the water while losing the organic matter in the surface layer, resulting in the eutrophication of many lakes, reservoirs and other water. Eutrophication has become the primary water quality issue for most of the freshwater in the world, it causes the structure and function degradation of the lake ecosystem, and seriously restricts sustainable development of the social and economic. The biomarkers in lake sedimentary sequences document long-term historical records, which could contribute directly to a better understanding change in the water quality. In this study, the research objects were the sediment cores of three different functional water in Changshouhu reservoir, then screening the special biomarkers in surface sediments of different nutrition levels, and using the biomarkers to reflect the history of water eutrophication, and revealing the relationship between spatial and temporal variability in water quality and human activities. And analyzing the coupling mechanism between the water eutrophication and landscape in the typical agricultural catchment. The research results will be beneficial to water quality protection for drinking water reservoirs.

土壤侵蚀引起的水土流失是山区大规模、重危害面源污染频发的主要原因之一，它在损失表层有机质层的同时也会携带大量N、P及其它有害物质进入水体，造成诸多湖泊、水库等水体富营养化。湖泊富营养化是世界范围内普遍存在的环境问题，它造成湖泊生态系统结构和功能退化，严重制约着社会和经济的可持续发展。湖泊沉积物中的分子标志物记录历史时期湖泊的富营养化历史。本研究以长寿湖水库三种不同功能型水体沉积物为研究对象，通过对不同营养化程度沉积物中分子标志物分析，筛选出表征水体富营养化的特征分子标志物，以此反演不同水域功能型水体的富营养化历史，揭示水质变化与人类活动之间的关系；分析典型农业小流域水体富营养化状况与流域景观背景的内在耦合机制，为山区水库型水源地水质安全保护提供科学依据。

传统的泥沙指纹识别方法是根据源地之间因地质条件或土地利用类型的差异造成的土壤属性差异来区分沉积物来源。但是，如果流域的地质条件和土地利用类型相似，指纹泥沙识别法是否依旧有效？或者在何种条件下才能使用？为了进一步了解泥沙指纹识别法的应用范围，本研究选取了重庆市涪陵区珍溪镇王家沟流域为研究对象，该流域由2个子流域A和B组成。在这个流域，玉米(Zea mays L.)是旱地比例最高的物种，也是最主要农作物之一。此外，该农业小流域的地质条件是一致的，土壤是从侏罗纪系统的紫色岩层发育的饱和疏松岩性土(Eutric Regosol)，土壤侵蚀严重。.本研究在子流域A和B中共收集了85个源样本，并且在雨季(6月至10月)的每个子汇水面积的出口处各收集了11个沉积物样本。使用ICP-OES分析了48种地球化学元素作为潜在的指纹因子。子流域A中，通过K-W检验以及多元逐步判别分析，筛选出最佳复合指纹，该因子组合由五个独立的地球化学元素(Zn，Ce，La，Li和Eu)组成；而在子流域B中，最佳指纹因子由四个地球化学元素(Mn，La，Ni和Lu)组成。这些最佳指纹因子组合在各个子流域中对各源地泥沙表现出100％的辨别力。.研究结果显示以下几点：首先，多元混合模型可以计算出各沉积物来源的泥沙贡献率；其次，该模型的拟合优度(GOF)在两个子流域中均大于95％；最重要的是子流域A和B各源地的沉积物泥沙不确定性均在5％以内。这些结果表明，指纹识别方法可用于土地利用和地质条件差异较小的地区。土壤侵蚀造成的泥沙分选以及pH，有机质等共同影响了该流域内地球化学元素的分布。研究结果显示，子流域A中的坡耕地和子流域B中的桑园土壤侵蚀需要重点关注。在这一地区，高强度的人类活动(即不合理的沟道开挖和高强度机械耕作)已经使某些水土保持措施无效化。因此，为了减少水土流失，确保现有水土保持措施的有效性，农民应实施合理的沟道管理，推广少耕或免耕。此外，为提高农业生态系统的肥料利用率，应推广肥料深施和秸秆还田技术。