付凱，高紅杰，李發(fā)東，吳坤，張秋英*，李兆，，毛珊珊，李曹樂(lè)，王健祺

（1.中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100012；2.新疆師范大學(xué)地理科學(xué)與旅游學(xué)院，烏魯木齊 830054；3.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101；4.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；5.茂名市生態(tài)環(huán)境局，廣東 茂名 525400）

我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展在取得巨大成就的同時(shí)，面臨著水資源短缺、耕地?cái)?shù)量減少、農(nóng)業(yè)環(huán)境污染和水環(huán)境污染等問(wèn)題[1?2]。隨著農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進(jìn)，農(nóng)業(yè)區(qū)水環(huán)境形勢(shì)愈發(fā)嚴(yán)峻[3]。與城市河流相比，農(nóng)業(yè)區(qū)河流面積廣，水環(huán)境污染不僅直接影響居民的日常生活，還影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[4]。我國(guó)人均水資源占有率遠(yuǎn)低于世界平均水平，且地理分布極其不均衡[5]，保護(hù)水資源對(duì)生態(tài)環(huán)境至關(guān)重要[6]。水質(zhì)評(píng)價(jià)是水資源管理的關(guān)鍵[7]，通過(guò)水質(zhì)評(píng)估可以了解水質(zhì)的狀況、趨勢(shì)并確定水質(zhì)變化的關(guān)鍵決定因素[8]。水質(zhì)評(píng)價(jià)有多種方法，包括統(tǒng)計(jì)分析、模型模擬和水質(zhì)指數(shù)（Water Quality Index，WQI）等方法，水質(zhì)指數(shù)廣泛應(yīng)用于地表水（尤其是河流）和地下水的水質(zhì)評(píng)價(jià)[9?10]。Gao 等[11]采用WQI對(duì)長(zhǎng)江、黃河、淮河、海河和遼河流域微量元素進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明五個(gè)流域整體水質(zhì)優(yōu)良；Tong等[12]采用WQI評(píng)價(jià)我國(guó)地表水和地下水微量元素，結(jié)果表明大部分地表水微量元素平均值高于地下水；Ustao?lu 等[13]采用WQI評(píng)價(jià)土耳其亞熱帶河流水質(zhì)，結(jié)果表明水質(zhì)特征很好。

白沙河位于廣東省高州市，河流水質(zhì)目標(biāo)為Ⅳ類。白沙河流域工業(yè)化和城鎮(zhèn)化正處于快速發(fā)展時(shí)期，流域內(nèi)主要土地利用類型為水田和農(nóng)村居民用地。白沙河經(jīng)過(guò)多年治理，雖有成效，但是河流污染問(wèn)題仍未從根本上得到解決。根據(jù)實(shí)地調(diào)查和資料分析，白沙河流域以農(nóng)業(yè)種植為主，農(nóng)業(yè)種植集約化和信息化程度較低，農(nóng)藥和化肥被大量使用，導(dǎo)致面源污染問(wèn)題相對(duì)突出；流域內(nèi)生活污水處理設(shè)施不完善，并開(kāi)展水產(chǎn)養(yǎng)殖和畜禽養(yǎng)殖，生活廢水和養(yǎng)殖廢水進(jìn)入河流造成污染；同時(shí)，流域內(nèi)還存在工業(yè)污染。本研究通過(guò)采集白沙河干支流樣品，運(yùn)用多元統(tǒng)計(jì)、主成分分析和水質(zhì)指數(shù)等方法，研究白沙河流域水污染的時(shí)空變化特征、來(lái)源及水質(zhì)狀況。本研究旨在：（1）比較旱季和雨季河流水質(zhì)及影響因素；（2）比較旱季和雨季河流灌溉水質(zhì)及影響因素；（3）探討河流水質(zhì)與土地利用類型之間的關(guān)系。研究結(jié)果可以為白沙河流域水環(huán)境污染綜合治理、水資源利用和可持續(xù)發(fā)展提供重要數(shù)據(jù)信息。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

白沙河流域位于廣東省高州市西南端，年平均氣溫22.8 ℃，年降雨量1 892.7 mm，雨季為4—9 月，旱季為10 月至次年3 月。流域內(nèi)地形地貌復(fù)雜，丘陵、平原交錯(cuò)，地勢(shì)東北高、西南低，河床平緩，水流自北向南流動(dòng)。白沙河是小東江一級(jí)支流，發(fā)源于高州市泗水鎮(zhèn)謝牛嶺（左源）及石仔嶺街道塘背村五指山（右源），流經(jīng)深河、車田屋等村，最后于鄒屋附近流入茂南區(qū)[14]。白沙河全長(zhǎng)40 km，總流域面積234 km2，枯水期流量約0.5～2.0 m3·s?1，平均流量5.72 m3·s?1。白沙河在高州市境內(nèi)的流域面積為76.9 km2，干流（主河道）長(zhǎng)度為12 km。白沙河高州段農(nóng)業(yè)活動(dòng)劇烈，沿岸以種植水稻為主，同時(shí)還分布荔枝、龍眼、香蕉和玉米等農(nóng)作物。目前沿岸僅存一家大型生豬養(yǎng)殖場(chǎng)，水產(chǎn)養(yǎng)殖分布廣泛，牛、雞和鴨等畜禽養(yǎng)殖零散分布。沿岸工業(yè)主要集中于金山工業(yè)園以及下游造紙廠。

1.2 樣品采集

分別于2022 年3 月和6 月采集水樣35 個(gè)，共70個(gè)，采集時(shí)用GPS 記錄采樣點(diǎn)坐標(biāo)（圖1）。采樣瓶浸入水面下20～50 cm，樣品用蒸餾水清洗過(guò)的聚乙烯塑料瓶保存，每個(gè)點(diǎn)采集水樣500 mL，采用便攜式多參數(shù)儀（SL1000，HACH，美國(guó)）現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定pH 和電導(dǎo)率（EC）。樣品在野外避光保存，運(yùn)回后立即存放在4～5 ℃冰箱中。經(jīng)0.45μm 濾膜過(guò)濾后，總磷（TP）、銨態(tài)氮（?N）用紫外分光光度計(jì)（UV?2550，島津公司，日本）測(cè)定，在中國(guó)科學(xué)院禹城綜合實(shí)驗(yàn)站完成。主要陽(yáng)離子（Ca2+、Mg2+、Na+、K+）用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀（ICP?OES，PerkinElmer，美國(guó)）測(cè)定，陰離子用離子色譜儀（ICS?900，Thermo Fish?er Scientific，美國(guó)）測(cè)定，所有元素分析誤差控制在5%以內(nèi)，測(cè)試精度為±0.001 mg·L?1，樣品水化學(xué)分析在中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所完成。

圖1 白沙河流域高州段采樣點(diǎn)分布Figure 1 Sampling points distribution of Baisha River basin

1.3 研究方法

1.3.1 水質(zhì)評(píng)價(jià)

水質(zhì)指數(shù)（WQI）是常用的水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)，計(jì)算方法如公式（1）和公式（2）所示。根據(jù)WQI值，水質(zhì)可分為五類：WQI<50，水質(zhì)優(yōu)；50≤WQI<100，水質(zhì)良好；100≤WQI<200，水質(zhì)差；200≤WQI<300，水質(zhì)很差；WQI≥300，不能飲用[6]。

式中：wi為每個(gè)參數(shù)的權(quán)重；∑wi為所有參數(shù)的權(quán)重之和[15]；Ci為測(cè)量的微量元素濃度，mg·L?1；Si為飲用水標(biāo)準(zhǔn)的微量元素濃度，mg·L?1。

1.3.2 灌溉用水評(píng)價(jià)

地下水中高濃度的鹽分會(huì)導(dǎo)致鹽漬土的產(chǎn)生，而灌溉水中的高鈉會(huì)提高堿度。灌溉用水中鈉的危害可以用鈉吸附比（SAR）表示。SAR是評(píng)估鈉與鈣和鎂濃度相關(guān)的危害的指標(biāo)[16]，計(jì)算方法見(jiàn)公式（3）：

灌溉水質(zhì)也可以通過(guò)鈉百分比（SP）評(píng)估[17]，計(jì)算方法見(jiàn)公式（4）：

1.4 土地利用數(shù)據(jù)

土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心數(shù)據(jù)平臺(tái)。數(shù)據(jù)分辨率為30 m×30 m，包括7種土地利用類型的信息（圖2、表1）：①水田；②旱地；③林地；④草地；⑤水庫(kù)坑塘；⑥農(nóng)村居民點(diǎn)；⑦建設(shè)用地。

表1 子流域土地利用分布（%）Table 1 Land use distribution at the sub?basin（%）

在地理空間數(shù)據(jù)云下載30 m×30 m 分辨率的數(shù)字高程模型（DEM），利用ArcGIS 10.8 提取流域范圍。基于流域DEM 和河流水系，劃分8 個(gè)子流域（圖1），比較土地利用類型與水質(zhì)之間的關(guān)系。利用ArcGIS 10.8 計(jì)算8 個(gè)子流域的土地利用類型比例。在結(jié)合先前研究[18?20]的基礎(chǔ)上，根據(jù)白沙河流域?qū)嶋H情況，選擇50、100、150、200、250 m和300 m（圖2）為緩沖區(qū)半徑，并與土地利用類型數(shù)據(jù)疊加獲得不同空間尺度的土地利用數(shù)據(jù)。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)于水質(zhì)特性，分別計(jì)算旱季和雨季流域的兩個(gè)統(tǒng)計(jì)特征，即平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。對(duì)對(duì)數(shù)轉(zhuǎn)換后的水質(zhì)值進(jìn)行單向方差分析（ANOVA 檢驗(yàn)），以確定兩個(gè)季節(jié)之間的差異顯著性。

采用約束排序分析法分析土地利用類型對(duì)河流水質(zhì)的解釋能力，典型對(duì)應(yīng)分析（CCA）和冗余分析（RDA）是約束排序分析的兩種方法，這兩種方法均可獲得因變量和解釋變量之間的關(guān)系。在排序分析之前需對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行除趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析（DCA）。本研究以水質(zhì)為因變量，以土地利用類型為解釋變量，分析土地利用類型對(duì)水質(zhì)指標(biāo)的解釋能力，同時(shí)用二維排序圖直觀展示出來(lái)。利用SPSS 26.0、Canoco 5 和Origin 2022b實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分析和繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 白沙河流域土地利用分布

表1 顯示了各子流域的土地利用分布情況。水田、農(nóng)村居民點(diǎn)和林地是該流域最常見(jiàn)的土地利用類型。旱地、草地、水庫(kù)坑塘和建設(shè)用地是子流域中相對(duì)較小的組成部分。水田是大多數(shù)子流域的主要土地利用類型，面積占比從29.27%到71.56%不等（平均約為54%）。在大多數(shù)子流域觀察到大量的農(nóng)村居民點(diǎn)，占比在7.10%～26.04%之間。8 個(gè)子流域中有7個(gè)擁有大量林地（>2.0%），其中南再嶺段子流域林地面積占比達(dá)42.48%。

2.2 水質(zhì)參數(shù)的時(shí)空分布特征

旱季河水表現(xiàn)為輕度堿性特征，pH值為7.09～9.34，平均值為8.09；雨季河水表現(xiàn)為輕度酸性特征，pH值為4.47～7.27，平均值為5.60（表2）。河水的EC值在旱季為74.40～590.00μS·cm?1，雨季為55.50～157.60μS·cm?1。

表2 白沙河理化參數(shù)及WQI計(jì)算參數(shù)統(tǒng)計(jì)Table 2 Statistics of physicochemical parameters and parameters used for WQI calculation in the Baisha River

白沙河不同采樣點(diǎn)水質(zhì)參數(shù)濃度季節(jié)變化見(jiàn)圖3。pH 和EC 的峰值分別為9.34 和590.00 μS·cm?1，和F?的峰值分別為9.20、7.07、39.42、10.05、70.10、42.27、75.01、40.85、66.06 mg·L?1和0.7 mg·L?1，均出現(xiàn)在旱季。水質(zhì)參數(shù)平均值呈現(xiàn)季節(jié)變化特征季節(jié)變化較大，TP、F?和季節(jié)變化較小。TP在旱季平均值為劣Ⅴ類，雨季為Ⅳ類。

圖3 白沙河流域旱季和雨季水質(zhì)空間對(duì)比Figure 3 Spatial comparisons of water quality indexes in dry season and rainy season in Baisha River basin

續(xù)圖3 白沙河流域旱季和雨季水質(zhì)空間對(duì)比Continued figure 3 Spatial comparison of water quality in dry season and rainy season in Baisha River basin

2.3 水質(zhì)評(píng)價(jià)

將本研究白沙河水質(zhì)參數(shù)與《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838—2002）[22]和《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084—2021）[25]進(jìn)行比較：旱季20% 的樣品TP 超過(guò)地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅳ類標(biāo)準(zhǔn)，雨季達(dá)到54%；旱季26%的樣品pH 值超過(guò)農(nóng)田灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)（>8.5），雨季46%的樣品則低于農(nóng)田灌溉用水標(biāo)準(zhǔn)（<5.5）。

旱季W(wǎng)QI值介于24.12～804.98之間（圖4）。水樣WQI值為“優(yōu)”的樣品約占29%，42%的樣品為“良好”，20%的樣品為“差”，9%的樣品為“不能飲用”。白沙河中WQI值為“差”的樣點(diǎn)分布于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)、工廠和居民區(qū)周邊；分布在工業(yè)園排水口下游、居民點(diǎn)和農(nóng)田下游的水樣WQI值為“不能飲用”。對(duì)水樣WQI值貢獻(xiàn)最大的兩個(gè)參數(shù)是和TP，旱季和TP濃度高，主要來(lái)源于排放的生活污水和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)施用的氨肥、磷肥[26?27]。

圖4 白沙河流域WQI空間分布格局Figure 4 Spatial distribution pattern of WQI in the Baisha River basin

雨季的WQI值介于22.59～137.23 之間。大約66%的樣品質(zhì)量為“優(yōu)”，31%的樣品質(zhì)量為“良好”，3%的樣品質(zhì)量為“差”。B34 采樣點(diǎn)樣品為“差”，雨季河水的WQI值小于旱季，這可能是由于?N 是B34 水樣的最大貢獻(xiàn)參數(shù)，其與上游農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)有關(guān)。因此，白沙河的主要污染源是工業(yè)、城鎮(zhèn)生活污水和農(nóng)業(yè)污染。總體而言，河流上游水質(zhì)最好，中游次之，下游質(zhì)量最差，劣質(zhì)水樣分布在農(nóng)業(yè)及工業(yè)區(qū)周邊。

2.4 灌溉用水評(píng)價(jià)

不達(dá)標(biāo)的水源灌溉會(huì)導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降和農(nóng)作物減產(chǎn)，對(duì)人體構(gòu)成潛在威脅[28]。USSL 和Wilcox 圖法是兩種常用的能綜合反映灌溉水質(zhì)的方法[29]，既能反映灌溉水水質(zhì)對(duì)土壤的影響，也能反映對(duì)植物的影響[30]。鹽度和堿度危害都可以使用USSL 圖[31]更好地展示，分別用EC 和SAR表示。美國(guó)鹽度實(shí)驗(yàn)室將EC 分為四類：C1，低（<250μS·cm?1）；C2，中等（250～<750 μS·cm?1）；C3，高（750～<2 250 μS·cm?1）；C4，很高（≥2 250 μS·cm?1）[31]。同樣，高SAR值也分為：S1，低（<10）；S2，中等（10～18）；S3，高（>18～26）；S4，很高（>26）。白沙河是農(nóng)業(yè)活躍地區(qū)，河流水質(zhì)對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。旱季SAR值在2.22～14.95之間變化，平均值為5.83。在USSL 圖（圖5）中，可以觀察到在C1S1 和C2S1 區(qū)域中樣本數(shù)量最多，這說(shuō)明這些水樣沒(méi)有風(fēng)險(xiǎn)，水質(zhì)適合灌溉。旱季部分水樣屬于C2S2（中鹽中堿）區(qū)，這表明該區(qū)域河水在采取預(yù)防措施后可以用于灌溉。

圖5 白沙河河水灌溉等級(jí)USSL圖Figure 5 Irrigation water grade of river water in Baisha River basin by USSL diagram

灌溉水中過(guò)量的鈉會(huì)取代土壤水中的鈣和鎂，降低土壤的滲透性，導(dǎo)致土壤無(wú)法耕種[31]。當(dāng)土壤中鈉的濃度增加時(shí)，會(huì)限制空氣循環(huán)并導(dǎo)致形成不適合植物生長(zhǎng)的堅(jiān)硬而致密的干燥土壤[32]。灌溉用水可溶性鈉百分比的最大允許限值為60[31]。圖6中的可溶性鈉百分比表明，與旱季相比，雨季河水灌溉水質(zhì)良好，可直接用于灌溉，合理的灌溉不會(huì)造成鹽害和堿害。在旱季，26%的樣品SP值超過(guò)60，因此不適合直接灌溉使用，需要在灌溉前進(jìn)行特殊處理。

圖6 白沙河河水灌溉等級(jí)Wilcox圖Figure 6 Irrigation water grade of river water in Baisha River basin by Wilcox diagram

2.5 土地利用與水質(zhì)的關(guān)系及時(shí)空效應(yīng)

Kolmogorov Smirnov擬合優(yōu)度檢驗(yàn)表明，旱季變量中和Na+不符合正態(tài)分布（P<0.05），因此，對(duì)這些變量進(jìn)行了對(duì)數(shù)變換，以便進(jìn)一步分析。對(duì)數(shù)變換結(jié)果表明，除Cl?和外，所有的對(duì)數(shù)變換水質(zhì)參數(shù)符合正態(tài)分布（P>0.05），因此Cl?和未用于相關(guān)性分析。雨季變量中，?N、TP 和pH 不符合正態(tài)分布（P<0.05），因此，對(duì)這些變量進(jìn)行了對(duì)數(shù)變換，以便進(jìn)一步分析。對(duì)數(shù)變換結(jié)果表明，除?N 和pH 外，所有的對(duì)數(shù)變換水質(zhì)參數(shù)符合正態(tài)分布（P>0.05），因此?N和pH 未用于相關(guān)性分析。從表3 可見(jiàn)，旱季TP 與建設(shè)用地呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，與水田呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；F?與林地呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。雨季K+、和F?與建設(shè)用地均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，同時(shí)水田和農(nóng)村居民點(diǎn)與F?均呈正相關(guān)關(guān)系。

表3 雨季和旱季土地利用類型與水質(zhì)指標(biāo)之間的皮爾遜相關(guān)系數(shù)Table 3 Pearson correlation coefficient between land use types and water quality index in rainy and dry seasons

表4 白沙河河流水質(zhì)指標(biāo)主要成分解釋總方差Table 4 Total variance of the interpretation of the main components of Baisha River water quality indexes

RDA 分析結(jié)果表明，在子流域水系中，旱季農(nóng)村居民點(diǎn)與Mg2+、K+、Ca2+、pH 和?N 呈正相關(guān)，與和TP呈負(fù)相關(guān)；水庫(kù)坑塘面積占比與和Na+呈正相關(guān)，與F?、pH、TP和呈負(fù)相關(guān)；林地與EC、TP、Ca2+、、Na+和F?呈正相關(guān)，與呈負(fù)相關(guān)（圖7）；旱地和建設(shè)用地與pH、TP 和均呈正相關(guān)。在雨季水田和農(nóng)村居民點(diǎn)與EC、TP、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、和F?均呈正相關(guān)；旱地和建設(shè)用地與水質(zhì)指標(biāo)均呈負(fù)相關(guān)；林地與呈正相關(guān)；水庫(kù)坑塘與EC、TP、K+、Ca2+和Mg2+呈正相關(guān)（圖8）。

圖7 旱季水質(zhì)與土地利用類型RDA分析Figure 7 RDA analysis of water quality and land use type in dry season

2.6 PCA主要影響因素分析

根據(jù)Kaiser Meyer?Olkin（KMO）檢驗(yàn)分析，旱季和雨季的KMO 值分別為0.56 和0.76，Bartlett 球形檢驗(yàn)的顯著性為0，表明本研究中的數(shù)據(jù)適合進(jìn)行主成分分析（PCA）[33]。運(yùn)用SPSS 22.0 對(duì)旱季和雨季水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，得到水質(zhì)指標(biāo)的特征值和方差的貢獻(xiàn)率（表4），根據(jù)相關(guān)研究[33]，將特征值大于1 的成分確定為主成分，因此在旱季和雨季分別提取3 個(gè)主成分，累積方差貢獻(xiàn)率分別達(dá)到75.78%和81.71%。

旱季和雨季河流水質(zhì)指標(biāo)旋轉(zhuǎn)因子荷載情況見(jiàn)圖9。旱季提取到的第一主成分特征值為4.98，方差貢獻(xiàn)率為41.46%，主要荷載指標(biāo)為和Na+。河水中Cl?主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)化合物（KCl）、含鹽的生活污水（NaCl 為主）等[34]；和K+主要來(lái)源于居民生活廢水、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的化肥等[35]，來(lái)源于農(nóng)藥中含硫化合物[35]及工業(yè)活動(dòng)[36]，第一主成分中的水質(zhì)指標(biāo)主要受人類活動(dòng)影響，水質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)性呈現(xiàn)相同的特征。旱季第二主成分特征值為2.62，方差貢獻(xiàn)率為21.83%，主要荷載指標(biāo)為K+、Mg2+和Ca2+。河水中K+主要來(lái)源于生活廢水及化肥，Mg2+和Ca2+主要受巖石風(fēng)化影響[37]。旱季第三主成分特征值為1.50，方差貢獻(xiàn)率為12.49%，主要荷載指標(biāo)為?N和TP，氮磷污染與農(nóng)業(yè)灌溉退水及畜禽養(yǎng)殖排水、居民生活污水排放有關(guān)[38?39]。雨季提取到的第一主成分特征值為7.10，方差貢獻(xiàn)率為59.18%，主要荷載指標(biāo)為EC、Ca2+、K+、Mg2+、Cl?、、和TP。雨季第二主成分特征值為1.61，方差貢獻(xiàn)率為13.44%，主要荷載指標(biāo)為F?和K+；雨季第三主成分特征值為1.09，方差貢獻(xiàn)率為9.09%，主要荷載指標(biāo)為?N。

圖9 白沙河流域水質(zhì)指標(biāo)的旋轉(zhuǎn)因子荷載矩陣Figure 9 Rotation factor loading matrix of water quality indexes in Baisha River basin

雨季水質(zhì)指標(biāo)污染來(lái)源與旱季保持一致，主要與農(nóng)業(yè)面源[40]、生活污水、工業(yè)生產(chǎn)有關(guān)（圖10）。白沙河流域是高州市經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)，工業(yè)發(fā)展迅速、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)頻繁、居住人口眾多，污水處理設(shè)施缺乏有效運(yùn)維，導(dǎo)致部分生活污水直排，且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的化肥和牲畜糞便也會(huì)排入白沙河，導(dǎo)致水質(zhì)變差。

圖10 白沙河流域河流污染來(lái)源Figure 10 Sources of river pollution in Baisha River basin

3 討論

從時(shí)間變化上來(lái)看，旱季河水表現(xiàn)為輕度堿性特征，雨季河水表現(xiàn)為輕度酸性特征，雨季水質(zhì)優(yōu)于旱季。旱季主控因素為、Ca2+和Cl?；雨季主控因素為、Ca2+和。流域內(nèi)主要農(nóng)作物有水稻、玉米和蔬菜，3 月份農(nóng)業(yè)施肥和農(nóng)藥噴灑量低，6 月份農(nóng)業(yè)施肥和農(nóng)藥用量增加。3 月份河流流量低，河水自凈能力較差，工業(yè)區(qū)和生活廢水排放導(dǎo)致和Cl?含量增加；6 月份進(jìn)入雨季，河流流量增加，河流自凈能力得到提高[41]，濃度雖然低于旱季但仍為主要控制因素，濃度雖低于但比旱季明顯增加。

土地利用是人類活動(dòng)在空間上的綜合反映，一是通過(guò)不同人類活動(dòng)方式以不同強(qiáng)度影響營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)入水體的輸入量；二是通過(guò)用地方式改變地表粗糙度從而影響地表徑流過(guò)程和營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)入水體的過(guò)程。本研究采用水質(zhì)和土地利用類型監(jiān)測(cè)及數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法，觀察并分析白沙河流域用地類型與水質(zhì)參數(shù)間存在的規(guī)律性。

RDA 分析結(jié)果表明，在子流域尺度上，旱地和建設(shè)用地面積占比在旱季與?N 和TP 呈正相關(guān)，這與已有研究結(jié)論一致[42]，說(shuō)明旱地和建設(shè)用地是水體潛在的污染物的來(lái)源。旱地由于耕作和施肥等農(nóng)業(yè)活動(dòng)，土壤中氮、無(wú)機(jī)物和農(nóng)藥等污染物經(jīng)降雨和灌溉沖刷后隨徑流輸入河流[42]，導(dǎo)致水體污染。建設(shè)用地與大量高強(qiáng)度的人類活動(dòng)有關(guān)，容易產(chǎn)生生活污水和工業(yè)廢水，從而污染水體。水田和水庫(kù)坑塘面積占比與K+呈正相關(guān)，這與農(nóng)田在耕作中大量施肥有關(guān)，水庫(kù)坑塘涉及水產(chǎn)養(yǎng)殖，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入水體造成污染。雨季農(nóng)村居民點(diǎn)和水田面積占比與所有污染物均呈正相關(guān)，這可能是由于在雨季水田中施用的農(nóng)藥化肥隨地表徑流進(jìn)入河流造成污染；旱地和建設(shè)用地面積占比與所有污染物呈負(fù)相關(guān)，可能與旱地土壤對(duì)污染物的吸附有關(guān)，可以起到截流納污的效果；而建設(shè)用地由于地表不透水性，在雨季初期污染物隨地表徑流進(jìn)入水體，后期地表殘留較少；林地與呈正相關(guān)，由于研究區(qū)內(nèi)林地以種植荔枝和龍眼為主，雨季地表徑流攜帶農(nóng)藥和化肥等污染物進(jìn)入河流造成污染。

在緩沖區(qū)尺度上，旱季除旱地在300 m 緩沖區(qū)與TP 不相關(guān)，在50～250 m 緩沖區(qū)內(nèi)均呈正相關(guān)，在50～300 m 緩沖區(qū)水田和建設(shè)用地面積占比與TP 和呈正相關(guān)，白沙河流域水田和建設(shè)用地主要沿河兩岸分布，污染物易通過(guò)農(nóng)田和工業(yè)排水進(jìn)入河流造成污染。旱地和建設(shè)用地面積占比均與pH 呈正相關(guān)；50～250 m 緩沖區(qū)水庫(kù)坑塘與EC、K+、Ca2+、Mg2+和呈正關(guān)，50～300 m 緩沖區(qū)水庫(kù)坑塘與pH、TP和?N 呈負(fù)相關(guān)，白沙河流域水庫(kù)坑塘以水產(chǎn)養(yǎng)殖為主，大量的飼料溶于水后通過(guò)排水進(jìn)入河流；林地面積占比在各緩沖區(qū)內(nèi)與EC、Na+、K+、Ca2+、Mg2+、和F?正相關(guān)，流域內(nèi)林地以種植荔枝和龍眼為主并沿河分布，水樣采集期正處于果樹(shù)施肥期間，營(yíng)養(yǎng)物易進(jìn)入河流。雨季農(nóng)村居民點(diǎn)與各緩沖區(qū)內(nèi)的污染物均呈正相關(guān)關(guān)系，可能與農(nóng)村居民點(diǎn)內(nèi)居民生活污水收集處理率不高及污水處理設(shè)施在雨季出現(xiàn)溢流有關(guān)。各緩沖區(qū)內(nèi)旱地和建設(shè)用地面積占比與F?呈正相關(guān)，與其他水質(zhì)指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)；50 m 緩沖區(qū)水庫(kù)坑塘面積占比與Mg2+、Na+、和TP 呈正相關(guān)，水

田和林地與Na+、Mg2+、和TP無(wú)相關(guān)性，與K+、Ca2+、EC、Cl?和F?呈負(fù)相關(guān)；100～300 m 緩沖區(qū)水庫(kù)坑塘面積占比與Na+、Mg2+、和TP 正相關(guān)；旱季和雨季林地在各緩沖區(qū)尺度上與TP 和?N 存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，與東江源流域[18]、河湟谷地[19]和潭江流域[43]的研究結(jié)論一致，表明隨著林地占比增大水體質(zhì)量趨好，同時(shí)林地對(duì)以上兩種污染物具有明顯的削減作用。

相關(guān)性分析表明，旱季建設(shè)用地與TP呈正相關(guān)，建設(shè)用地是人類活動(dòng)頻繁的區(qū)域，工業(yè)用水和城鎮(zhèn)污水排放給河水帶來(lái)點(diǎn)源污染[44]。

由圖11 可知，在所有空間尺度下，旱季250 m 緩沖區(qū)尺度水田對(duì)河流的水質(zhì)解釋率最高，雨季250 m緩沖區(qū)尺度農(nóng)村居民點(diǎn)對(duì)河流水質(zhì)解釋最高。其中旱季主要的土地利用類型為水田和建設(shè)用地，雨季主要的土地利用類型為農(nóng)村居民點(diǎn)和林地。

圖11 不同時(shí)空尺度下土地利用類型的解釋度Figure 11 Explained variance of land use types at different spatio?temporal scales

4 結(jié)論

本研究采用水質(zhì)監(jiān)測(cè)與數(shù)理統(tǒng)計(jì)結(jié)合的方法，以白沙河流域?yàn)槔^察分析典型農(nóng)業(yè)區(qū)水質(zhì)指標(biāo)的變化及影響因素，結(jié)論如下：

（2）WQI水質(zhì)評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，白沙河流域雨季河流水質(zhì)明顯優(yōu)于旱季，66%水樣為“優(yōu)”，降水對(duì)白沙河水質(zhì)有一定的改善作用。旱季水質(zhì)較差的水樣集中于工業(yè)園排水渠旁、居民區(qū)和農(nóng)業(yè)耕種區(qū)。灌溉水質(zhì)評(píng)價(jià)表明，雨季河流水質(zhì)適合灌溉。旱季26%的水樣超過(guò)鈉百分比（SP）限值，需要在灌溉前進(jìn)行處理。

（3）主成分分析表明，白沙河流域水質(zhì)主要受農(nóng)業(yè)面源、居民生活污水及工業(yè)園排水影響。影響水質(zhì)的關(guān)鍵因子是。

（4）土地利用類型分析表明，白沙河流域旱季主要影響因子為水田和建設(shè)用地，雨季主要影響因子是農(nóng)村居民點(diǎn)和林地；250 m 緩沖區(qū)尺度下，在旱季和雨季，水田和農(nóng)村居民點(diǎn)與水質(zhì)的關(guān)聯(lián)性均較強(qiáng)。

研究結(jié)果可以為白沙河流域近流域土地利用優(yōu)化和水污染防治提供科學(xué)依據(jù)。此外，通過(guò)相關(guān)性分析得到的部分規(guī)律難以解釋，如流域范圍內(nèi)水質(zhì)指標(biāo)與旱地沒(méi)有呈現(xiàn)顯著的相關(guān)關(guān)系，在流域尺度上面源污染特征不明顯，需要進(jìn)一步加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)來(lái)進(jìn)行分析研究。