流域農業保護措施對湖水質量影響研究論文
1結果與分析
1．1水透明度
儘管專案區已採取改變土地使用策略及貫徹BMP等措施，但湖水透明度仍很低。1996—2009年冬季湖水透明度4～41cm，除了1998年(22cm)、2003年(17cm)和2008年(41cm)，其餘各年透明度均小於15cm;春季透明度5～38cm。在實施BMP後，最大的水透明度出現在夏季和秋季，範圍7．5～69．5cm，大部分大於30cm，透明度是冬季的2倍多。由表1可知，1996年冬季應用BMP之前水的透明度沒有受植被緩衝帶影響，但1998年冬季，透明度顯著增加144%;2001年冬季和春季保護耕作貫徹後，平均透明度深度增加44%～120%;2003年CＲP貫徹後，平均透明度深度增加28%～360%;2005年斑鳩緩衝帶貫徹後，透明度深度持續增加44%～600%。透明度是判斷水澄清度的重要工具，水澄清度下降，透過懸浮固體影響光照，直接影響原始生物產量。
1．2總懸浮固體
1996—2009年貫徹管理措施後，Bealey湖總懸浮固體(TSS)濃度是下降的，TSS濃度範圍是4～869．5mg/L。冬季平均TSS濃度持續超過80mg/L，範圍是28．5mg/L(2008年)～396．5mg/L(1997年)。這是實施農場管理策略的結果，專案區在收穫後清除殘茬，並在晚秋犁地，為春耕做準備。春季平均TSS濃度範圍34mg/L(2008年)～869．5mg/L(1996年)。1996—2002年持續大於100mg/L，2003—2009年持續小於80mg/L，最低的TSS濃度出現在夏季和秋季，TSS濃度範圍4～149mg/L，平均濃度小於40mg/L，表明湖水中懸浮固體降低了。當TSS大於80mg/L，水生轉化和群落多樣性降低。過量的TSS影響水生生物群，並間接影響食物鏈的食物供應，對食物鏈產生消極影響。透過實施植被緩衝帶，春季湖水平均TSS濃度顯著降低67%～69%，但其他季節有增有減;2001年保護耕作貫徹後，除了夏季其他季節平均TSS濃度下降77%～81%;2003年CＲP貫徹後，冬春秋TSS濃度下降60%～95%，夏季不明顯;2005年實施斑鳩緩衝帶之後，TSS下降57%～92%;2006—2009年秋季下降85%～95%，夏季不明顯。觀察到TSS變化與透明度深度變化成反比，表明湖水透明度直接取決於懸浮沉積物的輸入。冬季TSS濃度降低量大於74%，春季大於72%，夏季和秋季變數在60%～70%之間，表明後兩個季節懸浮固體對於水澄清度有較小的影響。本研究中，將適於耕種的土地改變為植被緩衝帶和斑鳩緩衝帶後，春季進入湖的TSS負荷持續降低。
1．3總溶解固體
湖水總溶解固體(TDS)是由溶解鹽類和有機殘體組成，這些組分透過來自高地的侵蝕和灌溉水，轉移到徑流最終進入湖中。研究發現，當農業土地比例大於50%、TDS濃度大於400mg/L時，魚群數量會降低，這說明過量的農業生產會增加水中TDS濃度。本研究期間，湖水中TDS濃度始終低於200mg/L，這一濃度不可能產生生態損害。由表1可知，植被緩衝帶貫徹後，2000年冬天平均TDS濃度較1996年前具有64%的顯著增加。2003年春季CＲP貫徹後下降28%。2001年保護耕作之後，夏季平均TDS濃度顯著下降31%～39%;CＲP之後夏季下降35%～40%;斑鳩緩衝區之後，夏季下降35%～44%。1996年植被緩衝帶後，秋季TDS濃度下降38%～40%;2003年實施CＲP後，秋季TDS下降43%～45%;2006年實施斑鳩緩衝帶後，夏季和秋季TDS顯著下降35%～50%。
1．4迴歸模型
在14a的監測期中，水域周圍種植模式有顯著的改變。從最初傳統耕作玉米、大豆到玉米—大豆和蜀黍—大豆套種，轉變耕作模式的同時配套4種獨立的保護性BMP。使用線性和多元線性迴歸模型評估這些BMP對湖水質量的影響。VBS和CＲP模式下水透明度、總懸浮固體和總溶解固體三種引數變化均明顯。冬季31%的水澄清度(r2=0．316)表明斑鳩緩衝區對變數的解釋最好。最佳的春季和秋季透明度深度模型表明CＲP對水透明度變數的擬合和解釋最佳，分別為80%和69%。最佳的夏季透明度深度模型表明夏季降雨和CＲP形成的組合對水透明度變數的解釋最佳，解釋達91%。冬季TSS濃度迴歸分析表明在流域內貫徹VBS解釋53%的.冬季TSS變數;春季最好的TSS迴歸模型表明湖北部採取的CＲP措施解釋了67%的春季TSS變數;最好的夏季TSS迴歸模型展示夏季降雨和CＲP解釋69%的夏季TSS變數;而最好的秋季TSS迴歸模型表明VBS僅解釋了38%的秋季TSS變數。冬季TDS濃度迴歸分析提供了單一或組合型BMP無統計顯著的模型。平均TDS迴歸模型表明VBS對春季和夏季湖水TDS濃度變數的解釋分別為54%和64%;秋季TDS資料僅提供了一個單一的統計顯著迴歸模型，這說明CＲP解釋42%的秋季TDS變數。本研究透過對水域的長期(﹥10a)研究，瞭解農業生產對湖水質量的影響，並歸納總結出適宜湖域保護的相關策略。使用BMP降低農業徑流的措施包括用植被緩衝帶代替耕地、採取保護耕作等策略。透過1996—2006年的持續觀察發現，多種BMP的聯合貫徹使湖水錶面水質量持續提高。BMP潛在的目的是減少進入湖水的汙染負荷，如懸浮固體。懸浮固體來源於降雨期間形成的農業土壤侵蝕，是生態功能下降的原因之一。懸浮固體透過限制水透明度直接影響湖生態系統和原初生物產量並降低生物多樣性。由於多種BMP的完整貫徹，湖水錶面TSS濃度下降，湖環境得到改善，例如富營養化降低、藻類生物量增加、水透明度增加，湖水得到修復和維持。
2小結
專案區透過改變土地使用策略，歷時14a貫徹多種農業BMP，湖水中懸浮固體減少了、湖水水質量提高了，春季和夏季效果更明顯。在執行4種BMP後，Beasly湖春季TSS含量幾乎每年均下降。在2001—2002年採取保護耕作、2003—2004年實施保護性儲備規劃、2006年設定斑鳩緩衝區後，湖水澄清度大幅提高。研究結果可為研究者和湖管理者維持健康穩定生態系統提供參考。
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