流域土地利用与湖泊富营养化研究进展

流域土地利用与湖泊水体富营养化研究进展王琪（云南大学环境科学与生态修复研究所暨云南生物资源保护与利用国家重点实验室培育基地，昆明650091）AdvancesinBasinLand-useandLakeEutrophicationWANGQi（InstituteofEnvironmentalScienceandEcologicalRestoration&KeyLaboratoryforConservationandUtilizationofBio-ResourceofYunnan,YunnanUniversity,Kunming650091）摘要湖泊富营养化是水环境生态领域的重要热点问题。湖泊富营养化是由于人类活动的干扰，打破了湖泊生态系统的营养平，使水体内营养元素和相关物质的浓度升高而产生的。目前有关引起湖泊富营养化的各种原因、作用机理及防治措施等方面已经做了大量研究。但是，关于土地利用方式对富营养化的贡献的研究比较少，本文就此展开了讨论，论述了流域不同土地利用方式对湖泊富营养化的影响，提出了相关的防治对策，为有效控制富营养化提供参考，也为深入开展这方面的研究奠定基础。关键词土地利用方式；湖泊；富营养化AbstractRecently,thestudyoflakeeutrophicationisoneofthemostimportanthotspotsinthefieldofwaterecologicalenvironmentsintheworld.Duetohumanactivities,thebalanceofnutritionhadbeenchangedinlakeecosystems,andthuscausedlakeeutrophication.Currently,therehasbeendonemanyresearchesonthereasons,mechanismandcontrolmeasuresoflakeeutrophication.However,thestudyonthecontributionoflandusetothelakeeutrophicationisless.Thisarticlediscussestheinfluenceofthedifferentbasinland-useonthelakeeutrophication,andputforwardrelevantcontrolmeasures,notonlyprovideareferenceforthecontrolofeutrophication,butalsotolaythefoundationforthedeeplyresearchofthisfield.Keywordsland-use;lake;eutrophication1前言水体富营养化是指湖泊、水库和海湾等封闭或半封闭性水体某些特征性藻类（主要为蓝藻、绿藻）异常增殖，使水质恶化的过程(屈冉等，2008)。水体发生富营养现象之后，水生生物种类的稳定性和多样性降低，水体生态服务功能衰退。富营养化湖泊的主要特征为：蓝绿藻为绝对优势种，在夏秋季节疯狂爆发，恶化水质，影响其他水生生物的生长，甚至释放有毒物质，给社会、经济和人体健康造成极大危害（HorneandGoldman，1994）。由于富营养化会带来很多危害以及严重的经济损失，因而富营养化问题一直是学术界研究的焦点之一，同时湖泊富营养化的机制及治理已成为当今世界水生态系统研究的热点（张宇等，2009）。早在20世纪初，水体富营养化问题引起了国外生态学家、湖沼学家的注意，同时也得到一些国际组织、国家政府及社会各界人士的关注与重视，而到了20世纪50年代到60年代初期，国内的专家学者才开始注意到有关富营养化问题(赵永宏等，2010)。我国是一个多湖泊的国家，全国共有1平方公里以上的湖泊2759个，总面积达91019平方公里，占国土面积的0.95%，其中约1/3为淡水湖泊，主要分布在东部沿海与长江中下游地区，占全国淡水湖泊总数的60%-70%(秦伯强，2007)。目前在我国131个主要湖泊中，已达富营养程度的湖泊有67个，占51.2%。在39个代表性水库中，达富营养程度的有12座，占30%。在五大淡水湖中，太湖、洪泽湖、巢湖已达富营养程度，鄱阳湖、洞庭湖目前虽维持中营养水平，但磷、氮含量偏高，正处于向富营养过渡阶段（韦立峰，2006）。湖泊富营养化本身是一个自然过程，但是近20年来，随着全球人口的不断增加，工业化、城市化以及农业现代化的快速推进，富营养化进程被大大提高(赵永宏等，2010)。我国富营养化湖泊主要分布在长江中下游湖区、云贵湖区、部分东北山地及平原湖区与蒙新湖区。主要淡水湖泊除了位于人烟稀少地区和处于原始状态的部分湖泊外，其营养盐水平基本上均达到了发生富营养化的标准(金相灿等，2007)。富营养化形式严峻。造成湖泊富营养化的原因是多方面的，但最主要原因是由于水体氮、磷营养盐数量剧增。在生态系统中，养分运动的载体是水分。生态系统所获能量(太阳能)的95%用于水分的驱动以维持系统的功能。土壤是生态系统养分的主要库。土壤养分的运动又直接与土地利用方式相关，二者呈反馈控制关系。很明显，不同土地利用方式改变了系统水分运动途径从而影响系统养分的运移（孟庆华等，2000）。因而，不同的土地利用方式通过各种途径影响营养物质的循环和流动从而对水体富营养化产生深刻的影响（何锋等，2010）。土地利用方式的变化不仅改变了流域的景观格局，也改变了湖泊与陆地之间物质和能量方面的交换与联系，从而改变了流域生态系统的结构和自身修复功能，使湖泊日益受到富营养化的严重威胁（Hanskietal.，2000；MiskaLuotoetal.,2003）。近年来，有关学者对土地利用方式与水体富营养化的关系做了大量研究，并取得的一定的成果（董莉丽等，2009；刘红玉等，2007；高超等，2005）。由于农业用地是流域最主要的，同时也是对氮磷等造成水体富营养化的营养元素影响最大的土地利用方式之一，因此本文着重从农业用地方面探讨了不同土地利用方式与湖泊富营养化关系，并进一步阐述了治理农业面源污染方面存在的问题和应采取的措施。2流域土地利用与湖泊富营养化研究进展2．1流域土地利用方式研究概念及分类土地作为人类一切活动的载体，在整个生态系统中占据重要地位。任何生态环境问题都与土地利用活动紧密相关，不同的土地利用方式决定了不同的生态环境压力（黄磊昌等，2004）。土地利用指土地的使用状况或土地的社会、经济属性。土地利用既包括土地生物物理特点的利用方式，也包括隐藏在控制土地生物物理特点之下的意图，即利用土地的目的（王秀兰等，1999）。因此，土地利用变化主要体现在土地利用类型变化、土地利用类型数量变化、土地资源生态背景质量变化、土地利用程度变化及土地利用变化的区域差异等方面。不同的土地利用方式往往决定了土地覆盖情况，从而影响土壤中营养物质的输出情况。广义地讲，流域土地利用方式可以分为非农业用地即工矿业用地、建设用地和农业用地三大部分，其中各分又可再细分为各种不同的土地利用方式（高杨等，2006）。2．2非农业用地与水体富营养化研究概况非农业用地包括工矿业用地和建设用地两大类。改革开放以来，随着经济的不断发展，工业化进程的不断提高，各种高耗能、高排放的工厂应运而生。为了方便排污减少治污成本，不少工厂依河而建，将大量未处理的污水直接排放到河中，导致了大面积水源的污染。与此同时，为了支撑工业发展，采矿业也在不断发展。但在开采过程中往往忽视环境的保护，对生态系统造成了极大的破坏，而废弃的尾矿也没有进行妥善的管理，导致土壤中的营养元素随地表径流进入水体，造成水体的富营养化。而随着人口、经济的增长，城镇和交通用地也在不断扩张，建设时由于地表植被的破坏、土壤的大规模开挖和随意堆放，极易发生土壤侵蚀，导致营养物质的流失。随着城镇化建设的发展、人口的增多以及城市街道路面的不透水性，使得人类生产和生活中所产生的大量垃圾、污水随雨水流入河流和湖泊，导致水体营养盐急剧增多，水质恶化，富营养化加剧（高杨等，2006）。从20世纪80-90年代起，我国由于工业污染严重，点源污染研究、治理一直被视为环境污染治理的重点。随着科技的进步和对工业污染治理力度的加大，工业污染已经得到了有效地控制（王海云等，2006）。与此同时，随着经济的发展，城市基础设施建设的跟进，各种排污管道系统的建设，城市生活污水也得以进行集中处理，大大减少了城市污水对水体的污染。虽然对点源污染的治理取得了一定的成效，有效地降低了水体营养物质的负荷量，但水质状况并未因此而得到明显改善。至此，人们才开始意识到农业面源污染在水体富营养化中扮演的重要角色，并开始把精力集中到农业面源污染的治理中（全为民等，2002）。2．3农业用地也湖泊富营养化研究概况这里的农业指大农业，不仅包括种植业，同时包括养殖。导致湖泊富营养化发生的主要原因是由于水体氮、磷营养盐数量剧增，而农业生产会导致大量氮、磷营养盐流入水体，因而农业在富营养化发生过程中起到重要作用（SCHRÖDERetal.,2004）。有关研究表明非点源污染的主要来源就是农业，农业在湖泊外源磷的贡献率方面超过其他污染源（Bechmann,etal.，2005）。研究表明，在中国水体严重污染的流域，农田/农村畜禽养殖和城乡结合部的生活排污是造成水体氮磷富营养化的主要原因，其贡献率超过来自工业和城市生活的点源污染（崔键，2006）。中国农业科学院土壤肥料研究所在太湖流域、滇池流域的多点长期定位试验，在江苏、浙江、云南、山东、北京、上海等十多个省市上百个县的实地考察和5000余个田间的采样调查显示，在中国流域面积大的水域，如滇池、五大湖泊、三峡库区等，水体富营养化最主要的驱动因素有以下3个（张维理等，2004）。：（1）高氮、磷肥料用量的菜果花(蔬菜、水果、花卉）农田面积大幅度增长；（2）流域农村地区畜禽养殖业密集发展；（3）基础设施差的城乡结合部地带城镇建设快速扩展。因此，深入的了解农业土地利用方式与湖泊富营养化之间的关系具有深远意义。2．3．1种植业与湖泊富营养化研究概况（1）不同土地利用方式下水土流失现象水土流失是水体富营养化的一个重要源头(谌芸等，2010)。水土流失危害极大，尤其是农地水土流失，不仅带走大量的径流泥沙，造成土壤养分的大量流失，还加剧耕地所在区的地下水污染和湖泊等水体的富营养化（林大仪，2004）。而不同土地利用（植被覆盖）对土壤侵蚀及其氮、磷的流失起着决定性的作用，典型小流域降雨径流流失的悬浮泥沙量、氮、磷流失量与植被覆盖度和降雨量成反比；而且氮的主要流失形态为溶解态，磷的流失形态主要为泥沙结合态（黄云凤等，2004）。一般来说，农业用地的生态功能明显强于非农建设用地，而在农业用地中，耕地和园地具有相当的自然生态功能，承载半人工半自然的生态环境；林地和草地是以发挥自然生态功能为主的土地，具有良好的生态服务价值；林地、草地和园地在保护水土、调节气候、保护生物多样性方面的功能又强于耕地（谢跟踪等，2008）。将农用地转化为建设用地、开垦滩涂等土地开发方式虽然可以增加土地收益和耕地面积，但同时也会导致植被破坏、水土流失等、水体富营养化等生态环境问题。有关不同土地利用类型下的土壤侵蚀方面做了大量研究。陈松林（2000）以福建省延平区为例，在GIS软件ARC/NFO的支持下，将土壤侵蚀图与土地利用的现状图进行叠置处理，得出结论：不同土地利用类型的土壤侵蚀程度差异显著。各种土地利用类型的土壤侵蚀率(土壤侵蚀面积占该地类面积的百分数)顺序为：园地耕地林地草地。邹亚荣，张增祥等（2002）以广东惠东区为例，以TM影像为主要数据源，通过在GIS中将土壤侵蚀强度与土地利用迭加得出结论，土壤侵蚀分布与土地利用分布是相互关联的，土地利用方式是土壤侵蚀的主要原因，合理的土地利用方式可有效地控制土壤侵蚀。傅伯杰等（1999）以延安市羊圈沟流域为例研究了土地利用变化对流域土地侵蚀的影响