富营养化是当今我国湖库尤其是浅水湖泊面临的主要生态问题, 也是全球性的湖泊环境保护难点^[1~4], 而流域面源营养盐入湖是造成湖库富营养化的主要原因^[5].强降雨的产汇流携带是营养盐面源形成的主要过程, 氮、磷浓度大幅升高, 且强降雨事件往往主导河道营养盐入湖负荷.如李发荣等^[6]的研究发现强降雨对滇池东南岸河道入湖磷负荷影响明显, 并且Zhang等^[7]的研究发现2013年10月6~8日太湖流域的一场强降雨导致太湖苕溪入湖区形成302.8 km²的高悬浮浑浊区, 占全湖面积的14%, 浑浊带10 d后才逐渐散去, 也凸显出强降雨对入湖水质和入湖负荷的显著影响.而强降雨在影响水质与负荷方面会因水体污染类型的不同存在差异.刘忠翰等^[8]的调查发现降雨对滇池不同污染类型水体影响复杂, 典型城市纳污河流、城乡结合型河道和农业重污染区河道的营养盐携带状况与特征有较大差异.高超等^[9]调查太湖地区水稻田在典型自然降雨下氮磷输出特征, 发现水稻田氮磷污染物冲刷特点具有双重属性与其他地表类型不同^{[10, 11]}.

虽然降雨这一气候因素在湖库外源污染中扮演的重要角色受到了愈来愈多的关注, 但在平原河网地区, 降雨的营养盐面源效应可能会得到较大的缓冲.平原河网地区因地势平坦、面积宽广、水网交错、污染复杂和产汇流滞后等原因, 河道营养盐浓度随降雨强度的变化不大^[12].但是, 关于平原河网地区强降雨的河道营养盐效应研究总体还比较少, 目前的报道多基于月尺度、年尺度或者仅限于当日, 对整个降雨过程中营养盐的变化特征刻画还不够.有必要通过高频同步观测进一步探讨强降雨过程的环境效应, 以期为平原河网地区河道水污染防治提供科学依据.

太湖是我国五大淡水湖泊之一, 其富营养化和蓝藻水华问题已持续了几十年^[13], 且有日益加重的趋势^[14].太湖流域的绝大部分是平原河网地区, 河网密度高达3.2 km ·km^-2[15],营养盐经河道入湖是太湖流域的主要特征^[16~18], 经统计80%以上的外源营养负荷来自周边河道, 是蓝藻水华频繁暴发的物质基础^{[19, 20]}.近10年在太湖流域对生活、工业和农业等人为因素方面进行严格治理与管控^[21~23], 但外源负荷及河道氮磷浓度下降却很缓慢^{[13, 24]}, 有必要加强降雨等气候因子对营养盐面源污染的影响机制研究.

本研究选取太湖西北部平原河网地区两条污染重、水量大和负荷重的河道大浦河和殷村港作为研究对象, 开展了2周年的逐日河道各形态氮、磷浓度监测, 并于2019年8月10日台风“利奇马”形成暴雨之后, 开展河道不同断面的营养盐浓度变化过程监测.结合同期降雨量逐日监测数据, 分析强降雨对两条河道水体氮、磷的浓度影响特征, 以期为平原湖泊面源污染控制提供科学依据.

太湖是我国第三大淡水湖泊, 水域面积2 338 km², 地处东经119°52′~120°36′E, 北纬30°55′~31°32′N.太湖流域面积36 950 km², 其中平原约占流域总面积的75%, 平原区河网纵横, 是典型的平原河网地区.大浦河和殷村港等西北地区是太湖来水量较大的河道, 也是氮、磷的主要入湖河道^{[18, 25]}.

大浦港和殷村港逐日监测点位如图 1.自2017年3月1开始, 在大浦河和殷村港靠近入湖河口(D0和Y0)处布设气象与流量自动监测系统, 每日中午用采水器在采样点处采集水下0.5~1.0 m水样500 mL, 立即放置在观测点附近的冰箱中冷冻保存, 每15 d左右将冷冻样品取回实验室进行各形态氮、磷浓度测定.

图 1

Fig. 1

图 1 太湖入湖河道观测点位置示意 Fig. 1 Monitoring sites at the inflow rivers of Lake Taihu

为获得暴雨期间河道氮、磷浓度的空间差异特征, 于2019年8月10日台风“利奇马”形成大暴雨开始, 分别于8月的10日(暴雨当日)、12日(径流明显)、15日(入湖水流趋缓)和23日(暴雨径流过程之后)在大浦河的河口以上35 km的河段、殷村港河口以上20 km的河段分别布设4个采样点位(图 1), 各代表河道经过不同的土地利用区.其中大浦河从上游到下游的D1~D4河段分别代表：D1为农村河段(河段周边是几个小村庄与农田围绕着)、D2为经过有4.56万人口的徐舍镇河段、D3为经过常驻人口为125.61万人的宜兴市河段和D4为入湖口综合污染河段; 殷村港从上游到下游的Y1~Y4河段分别代表：Y1为位于距离滆湖约950 m的滆湖污染河段、Y2为经过几个小村庄的农村河段、Y3为经过总人口约7万、3.27万人的和桥镇、万石镇两个大镇污染河段和Y4为入湖口综合污染河段, 以期获得平原河网的不同河段河道水质差别.

在各个采样断面的桥上, 利用YSI公司的EXO多参数水质仪现场测定浊度(NTU), 采用UWITEC地表水采水器采集河道水下0.5~1.0 m深度的表层水样, 当场用手动泵过滤部分水样, 滤膜为Whatman公司的GF/F膜(孔径约0.7 μm), 过滤体积100~500 mL, 因水体泥沙含量不同而定.过滤后滤膜立即用铝箔包裹后冷藏, 带回实验室用于水体浮游植物叶绿素a(Chla)及悬浮颗粒物(SS)测定.分装滤前水样、滤后水样各100 mL左右冷藏保存, 带回实验室分别用于水体总氮(TN)、总磷(TP)及溶解性总氮(DTN)、溶解性总磷(DTP)、氨氮(NH₄⁺-N)、硝态氮(NO₃^--N)、亚硝态氮(NO₂^--N)和溶解性反应活性磷(DRP)等指标测定.

TN、DTN采用碱性过硫酸钾消解、紫外分光光度法测定^[26], 测定波长为210 nm. TP和DTP采用碱性过硫酸钾消解、钼锑抗显色分光光度法测定^[26]、测定波长为700 nm, 测定仪器均为津岛UV-2600型分光光度计.TN与DTN之差定义为颗粒态氮(PN), TP与DTP之差则定义为颗粒态磷(PP).NH₄⁺-N、NO₃^--N、NO₂^--N和DRP浓度采用荷兰Skalar公司的SAN⁺⁺流动注射分析仪光度法测定.DTN与3种离子态氮浓度的差值定义为溶解态有机氮(DON), DTP与DRP之差则定义为溶解态有机磷(DOP).Chla测定采用热乙醇提取、分光光度法测定^[27].SS含量测定采用重量法, 将GF/F玻璃纤维滤膜于103~105℃烘干后称重计算而得.

降雨量数据分别来自两个入湖河口自动监测站上的雨量计, 缺失的数据由太湖湖泊生态观测站位于太湖湖边的气象站数据补充.根据气象部门常用的降雨等级划分标准, 24 h降雨在25~50 mm的降雨称为大雨, 50~100 mm的称为暴雨, 100~200 mm的称为大暴雨.参照Qian等^[28]对我国降雨事件的长期变化分析结果, 以及Zhang等^[7]对太湖暴雨事件引发水体悬浮物变化的研究, 并结合对水量的影响, 本文将大雨及以上降雨(日降雨量≥25 mm的降雨事件)定义为强降雨.

数据处理采用Microsoft Excel 2016、SPSS 25.0及Origin 9.1完成.

观察期内, 研究区日降雨量在0.00~143.72 mm波动, 最大值出现在2019年8月10日(图 2).累积降雨量2 218.71 mm, 年降雨量为1 109.35 mm.累积降雨天数341 d, 其中小雨、中雨、强降雨分别出现280、42和19 d, 分别占降雨天数的82.11%、12.32%和5.57%.而相对应的累积降雨量分别为649.38、652.44和916.89 mm, 分别占总雨量的29.27%、28.19%和41.33%.强降雨在总降雨上的占比十分重要.

图 2

Fig. 2

图 2 大浦河和殷村港逐日降雨量变化 Fig. 2 Daily rainfall at Dapu River and Yincun River

月累积降雨量介于17.02~251.61 mm之间.最低值出现在2017年12月, 最大值出现在2018年7月.从季节看, 冬季(12月~2月)月均降雨量为73.45 mm, 春季(3~5月)月均降雨量为63.26 mm, 夏季(6~8月)月均降雨量为148.47 mm, 秋季(9~11月)84.61 mm.传统雨季4~9月的月均降雨量为123.87 mm, 其余月份的降雨量月均值为61.02 mm, 相差1倍.

观测期内, 由于有3次强降雨日前后相连, 故19 d的强降雨可以划分为16次强降雨事件, 分别发生在2017年的9月24~25日和9月30日, 2018年的4月23日、5月1日、5月25日、6月21日、7月5~6日、7月30日、8月17日、9月17日和12月6日, 以及2019年的5月25~26日、6月18日、7月7日、7月13日和8月10日.发生在夏季8次, 占50%, 秋季3次、春季4次和冬季1次.传统雨季共计15次, 其余月份1次.雨强最大的是2019年8月10日, 也即超强台风利奇马过境期间, 单日降雨量为143.72 mm.

两河道水体氮、磷浓度高频日变化情况见图 3.流量大、流程长的大浦河氮磷浓度总体低于殷村港且峰谷切换更为平缓.TN出现多次异常峰值(图 3), 比如2017年12月20日, TN突然升高至9.07 mg ·L^-1, 2019年1月19日, 达到7.07 mg ·L^-1, 2018年8月14日, 达到4.32 mg ·L^-1, 2018年12月2日, 达到5.90 mg ·L^-1, 以及2019年6月24日, 达到4.21 mg ·L^-1.而殷村港的波动性更大, 频繁出现异常值.而在强降雨过程中, TN与TP也会出现短暂峰值.

图 3

Fig. 3

图 3 大浦河和殷村港水体TN、TP浓度逐日变化 Fig. 3 Daily variation of TN and TP concentrations at Dapu River and Yincun River

大浦河和殷村港水体TN日浓度变化分别介于1.26~9.07 mg ·L^-1之间及1.44~11.77 mg ·L^-1之间, 平均值分别为3.06 mg ·L^-1和3.90 mg ·L^-1, 这与早些年份相关调查如查慧铭等^[29]报道的2016年月监测大浦河和殷村港的TN均值分别为3.62 mg ·L^-1及4.50 mg ·L^-1相比, 分别下降了15%和13%. DTN的变化趋势与TN一致, 大浦河与殷村港的均值分别为2.59 mg ·L^-1及3.38 mg ·L^-1, 分别占TN的84.64%及87.67%, 与前期报道^[29]相比其浓度也是下降的.相应地, 观测期间大浦河的NO₃^--N、NH₄⁺-N和NO₂^--N均值分别为1.63、0.57和0.07 mg ·L^-1, 殷村港的NO₃^--N、NH₄⁺-N和NO₂^--N均值分别为2.05、0.75和0.11 mg ·L^-1.由DTN与3种离子态氮之和的差值可以推算出大浦河和殷村港水体中溶解性有机氮(DON)的浓度均值分别为0.32 mg ·L^-1和0.47 mg ·L^-1.NO₃^--N是DTN的主要存在形式, 占DTN的61.79%, 明显高于NH₄⁺-N, NH₄⁺-N占DTN的22.10%;再次为DON, 占DTN的比例为13.13%, 而NO₂^--N仅占DTN的2.98%.

由图 4可知, 两河道水体TN浓度在9月到次年2月均呈现出逐渐升高的趋势, 在强降雨事件出现频次较多的3~8月有逐渐下降的趋势, 使其浓度呈现冬春季高、夏秋季低的明显特征(图 5), 这种季节变化规律与太湖水体总氮及上游天目湖沙河水库水体总氮的季节变化规律一致^{[30, 31]}.经计算, 大浦河和殷村港在传统雨季的TN浓度(2.54 mg ·L^-1和3.32 mg ·L^-1)明显低于其他月份(3.58 mg ·L^-1和4.50 mg ·L^-1), 形态上DTN浓度的下降幅度与TN几乎一致约为27.64%.

图 4

Fig. 4

图 4 大浦河和殷村港水体TN和TP浓度月变化 Fig. 4 Monthly variation of TN and TP concentrations at Dapu River and Yincun River

图 5

Fig. 5

图 5 大浦河和殷村港水体TN和TP浓度季节变化 Fig. 5 Seasonal variation of TN and TP concentrations at Dapu River and Yincun River

大浦河和殷村港河道水体TP日浓度变化分别介于0.06~0.60 mg ·L^-1之间及0.09~1.03 mg ·L^-1之间, 平均值分别为0.21 mg ·L^-1和0.24 mg ·L^-1(图 3).大浦河及殷村港水体DTP的浓度分别介于0.03~0.21 mg ·L^-1之间和0.02~0.60 mg ·L^-1之间, 均值分别为0.10 mg ·L^-1及0.11 mg ·L^-1, 而PP的均值分别为0.11 mg ·L^-1及0.13 mg ·L^-1, TP中PP的占比高于DTP.大浦河及殷村港两年观测中DTP平均占TP的48.78%, PP占51.22%.

河道中各形态磷的年变化不如氮有规律, 没有特别明显的季节差异.虽然在观测期间TP、DTP都多次出现明显的峰值变化, 但这些变化的季节性特征不够明显.图 5可以看出, 强降雨出现频次最高的夏季河道TP浓度高于其他3季, 而其他各形态磷的季节差值不明显.大浦河和殷村港水体中TP浓度却在传统雨季(0.24 mg ·L^-1和0.26 mg ·L^-1)高于非雨季(0.18 mg ·L^-1和0.23 mg ·L^-1), PP浓度上升幅度稍大于DTP, 与氮不同.

将16次强降雨事件中水体氮、磷浓度的逐日增减量平均, 获得强降雨当日及雨后1~5 d的各形态氮、磷与降雨前一日(固定)相比的日均增减量, 如图 6.表 1为两河道16次强降雨过程中氮、磷峰值出现的时间.

图 6

Fig. 6

图 6 强降雨当日及后续5 d内大浦河和殷村港水体各形态氮、磷浓度增量变化 Fig. 6 Changes of N and P concentrations after heavy rain events at Dapu River and Yincun River

表 1 (Table 1)

表 1 大浦河和殷村港16次强降雨过程中TN和TP峰值出现时间 Table 1 Dates of TN and TP peaks during 16 heavy rainfall events at Dapu River and Yincun River 项目 位置 雨前 降雨当日 雨后1 d 雨后2 d 雨后3 d 雨后4 d 雨后5 d TN 大浦河 1次 1次 0次 4次 3次 3次 4次 殷村港 3次 3次 3次 3次 1次 1次 2次 TP 大浦河 1次 6次 1次 3次 2次 2次 1次 殷村港 1次 3次 4次 3次 1次 2次 2次

表 1 大浦河和殷村港16次强降雨过程中TN和TP峰值出现时间 Table 1 Dates of TN and TP peaks during 16 heavy rainfall events at Dapu River and Yincun River

大浦河各形态氮浓度的最大日均增量与TN浓度的日变化峰值出现时间一样, 往往出现在雨后2~5 d. TN日均最高增量为0.35 mg ·L^-1, 相对浓度比雨前增加了13.50%.而DTN、NO₃^--N、NH₄⁺-N和NO₂^--N浓度日均增量范围分别为0.20~0.42、0.18~0.38、0.09~0.15和0.01~0.02 mg ·L^-1, 与雨前浓度相比, 增幅分别为9.79% ~20.33%、17.48% ~37.21%、19.90% ~32.51%和5.00% ~24.18%.殷村港TN浓度在雨后2 d就已基本达到峰值(表 1)时, 氮的增量也在雨后1~2 d达到最大(图 6), 比大浦河快.殷村港在强降雨当日及之后5 d内TN、DTN、PN、NO₃^--N和NH₄⁺-N日均增量分别为0.16~0.69、0.08~0.65、-0.03~0.09、-0.15~0.56和0.13~0.21 mg ·L^-1, 相对与雨前浓度, 其增幅分别为4.71% ~20.02%、2.63% ~22.29%、-6.64% ~16.95%和-8.96% ~33.00%, 增幅与大浦河基本相同.

两河道磷浓度的峰值集中出现在降雨当日到雨后2 d的时间段里, 比氮分散, 但从峰值出现的时间上看, 比氮响应迅速(表 1).大浦河TP浓度的最大日均增量出现在降雨当日, TP、DTP和PP浓度增量分别为0.03、0.02和0.02 mg ·L^-1, 增幅分别为13.98%、13.80%和14.14%.此外, DRP浓度则在雨后第2日最大, 为0.01 mg ·L^-1, 增幅为18.91%.殷村港总磷的日均增量值在雨后第3 d和第4 d较大.PP在降雨当日浓度增量最大, TP、DTP和DRP均在雨后第4日增量最大, 增量分别为0.05、0.05和0.05mg ·L^-1, 增幅分别为20.27%、45.40%和72.84%.此外, 与大浦河相比, 殷村港的单日磷浓度增量更大.

利用台风“利奇马”期间, 对大浦河和殷村港河道不同河段的4次监测, 能够看出强降雨过程中不同河段的氮、磷浓度响应变化, 如图 7.

图 7

Fig. 7

图 7 “利奇马”大暴雨期间大浦河和殷村港水体氮、磷浓度空间变化 Fig. 7 Spatial variation of N and P concentrations at Dapu River and Yincun River after super typhoon Lekima

大暴雨过程期间, 两河道水体总氮与总磷均出现先升高后降低的趋势, 与周年观测结果一致, 表明强降雨促进河道氮、磷浓度的短暂升高.

降雨当日, 流域面积大、水量大和流程长的大浦河不同河段TN浓度几乎无差别, 而殷村港则表现出较为明显的在上游受滆湖与农村污染的水体氮素低于下游受乡镇生活污染的现象[图 7 (a1)].并且经过东氿、团氿与西氿湿地系统宜兴市与入湖口河段水体(D3与D4)的氮素低于殷村港的受乡镇生活污染的河段(Y3).大暴雨期间, 从河段氮浓度的最大增幅量上看, 大浦河不同河段TN增量也几乎无差别, 而殷村港上游低浓度河段增量却最大[图 7 (a2)].从增量的形态上看, 大浦河的农村段、殷村港受滆湖污染的河段与农村河段水体(D1、Y1与Y2)主要增加PN, 受城镇污染的河段主要增加DTN.

空间上, 磷浓度具有更多的变化.大暴雨当日, 大浦河下游(D3与D4)、殷村港的下游(Y3与Y4)与受滆湖污染的河段(Y1)水体较为浑浊, 利用YSI公司的EXO多参数水质仪现场测定的浊度(NTU)比其他河段高, 分别为54.11、64.16、65.38、38.51和44.45 NTU; 并且这些河段的TP浓度与PP/TP较高[图 7 (b1)].TP浓度的最大增幅值上, 大浦河TP浓度的增量与氮一样幅度不大且几乎无差别, 而殷村港在上游受农田面源污染与农村面源污染的河段水体(Y1与Y2)的TP浓度增幅较大[图 7 (b2)].形态上, 所有河段TP浓度的大幅度升高都主要升高PP浓度.

已有研究表明, 山区的大暴雨、施肥后的首场强降雨对地表氮、磷的冲刷效应明显^{[32, 33]}; 强降雨对水库的营养盐输入有决定性影响^{[34, 35]}.基于单次观测发现, 太湖流域的强降雨过程中农田径流氮、磷浓度明显升高^{[36, 37]}.这都说明强降雨在氮、磷的面源发生中作用很大.然而, 陈洁等^[12]的初步分析发现, 太湖平原河网区的雨强高低对入湖河道营养盐浓度影响不大, 甚至对入湖河道氮浓度有一定的稀释作用^[38].

本研究的两周年观测结果表明, 平原河网地区强降雨较集中的月份里氮浓度确实不高(图 4).一方面可能因为太湖降雨总氮浓度低于西北太湖的入湖河道, 所以降雨对入湖河道氮浓度有一定稀释作用^[38], 另一方面可能是春耕已逐渐结束, 农业面源污染明显减弱, 从而带入河道的氮素也随之减少, 其次, 暴雨产生明显的地表径流, 对地表有较强的冲刷作用, 导致流域氮素的平均流失速率上升, 因此导致河道氮素浓度下降^[29].但是, 这种月尺度的推测研究, 只能说明强降雨在较长时间反应后的结果, 并未从强降雨短时高负荷的特征, 来真实说明短时间内日尺度上的河道营养盐变化.虽然陈洁等^[12]基于日尺度上做了初步分析, 但对太湖平原河网区产汇流滞后的特征只做了降雨单日的影响研究, 也无法说明降雨过程对河道氮、磷浓度影响的情况.

强降雨过程能够引发营养盐的增高效应.由于增加时间短, 日变化大, 一般的低频调查中既不容易捕捉到, 统计分析中也不容易发现^[39].在本研究19 d共计16次的强降雨过程中观察发现, 强降雨出现后的几日里, 氮、磷浓度比雨前高并出现短暂峰值(图 3), 大浦河和殷村港TN浓度单日最大升高1.10 mg ·L^-1和1.87 mg ·L^-1, 峰值可达到4.25 mg ·L^-1和6.06 mg ·L^-1; TP浓度单日最大升高分别为0.18 mg ·L^-1和0.36 mg ·L^-1, 峰值可达到0.60 mg ·L^-1和0.67 mg ·L^-1, 浓度值已经接近污水处理厂磷的一级A排放标准.而通过计算降雨量与河道氮、磷浓度的Pearson相关性发现, 不论是强降雨当日还是雨后, 氮、磷浓度变化都与雨量存在一定的相关性.说明降雨量与降雨过程中的氮、磷的浓度存在一定关系.因降雨对氮磷营养盐的影响不同, 所以降雨量与氮、磷浓度的统计关系也存在差异^[34].降雨当日与大浦河DTN/TN存在显著负相关为r=0.83(P < 0.05), 与殷村港TP、PP存在极显著正相关, r分别为0.868、0.841(P < 0.01), 并且强降雨过程中河道氮、磷浓度的波动与雨量存在显著正相关性, 与大浦河DTN的相关性为r=0.50(P < 0.05), 与殷村港TP、PP浓度的波动相关性分别为r=0.79、r=0.77(P < 0.01).以上均说明强降雨过程会在短时间内促进河道氮、磷浓度的升高.

但强降雨对太湖平原河网区河道水体氮、磷浓度的增幅不明显. 16次强降雨过程, 大浦河和殷村港TN浓度的最大日均增量分别为0.35 mg ·L^-1和0.68 mg ·L^-1, TP浓度的最大日均增量为0.03mg ·L^-1和0.05 mg ·L^-1, 远不及强降雨对山区、农田的单日浓度增幅影响^{[32, 36]}.平原河网地区的河道水体营养盐浓度对强降雨过程的响应明显较弱, 反映出太湖平原河网区河道水流滞缓以及对面源污染物截留、缓冲能力大的特征.

台风雨“利奇马”期间, 不论是降雨当日的TN浓度还是降雨过程中的增幅, 大浦河的不同河段表现几乎相同, 而且在大浦河的宜兴市河段(D3)的TN浓度与增幅量竟然比殷村港的大镇河段(Y3)低(图 7).一方面可能因为大浦河发达的水系、宽广的流域面积以及较长的流程对氮素有较强的消耗与缓冲能力使其日常水体的氮浓度不高, 另一方面大浦河经过了宜兴市的东氿与团氿两个湿地系统才到达的宜兴市下游, 湿地系统对氮有较高的截留、净化及缓冲能力^[40].缓冲区对水质产生了一定的影响^[41], 所以经过西氿湿地系统后的大浦河入湖口处的氮浓度不高.而降雨当日殷村港在两个大镇污染与入湖口处的河段水体的氮素明显高于上游(图 7), 则说明了太湖平原河网区河道水体日常氮素受人类活动污染较大^[42], 需加强管理日常产排污达标情况.大暴雨带来的极大径流与强有力的冲刷作用是影响河道面源污染重要因子^[7].上游受滆湖与农村污染的河段总氮增幅明显较大, 且形态上还以PN/TN较低的PN大幅度升高为主.说明强降雨对农业面源污染的影响强于城镇污染的河段, 可能由于河道周边农田对营养盐截留、净化与缓冲作用^[37]不如城镇完善的给排水系统的作用能力强, 但其影响却是可防可控的, 可以进一步加强农业等管理与治理, 如进行生态拦截与降解, 对河道农田周围设置生态沟渠和缓冲带等^[43].强降雨下的太湖河道的磷素, 展现出了有别于氮素的特征.首先是磷对强降雨的响应速度要快于氮, 一般在降雨当日就有明显变化, 可能是因为磷的形态导致的.强降雨当日, 风浪扰动及强降雨对径流的水动力扰动等因素的影响下, 可能引起沉积物的再悬浮, 底泥释放PP从而TP浓度在降雨当日就达到较高值.现场调研时也发现, 台风雨期间径流水体大面积浑浊, 利用YSI公司的EXO多参数水质仪现场测定的浊度(NTU)值也较高.而暴雨期间, 河道水体TP浓度增加, 主要是PP浓度的升高.

虽然强降雨对平原河网地区水体氮、磷浓度增高效应幅度不大, 但强降雨带来的入湖氮、磷负荷很可观^[7].强降雨产生明显的地表径流, 对地表有强大的冲刷作用^[29], 使得河道氮、磷浓度短暂升高.随着强降雨携带的较大水量, 累积雨量为916.89 mm, 达到总雨量的41.33%, 与营养盐输入速率的明显增大^[5], 强降雨在短时间内会携带大量氮、磷入湖, 带来较高负荷的营养盐.观测期间两周年发生了19 d强降雨, 年均强降雨天数不足10 d, 但其携带入湖的营养盐负荷可能超过全年的50%.因湖泊出水的营养盐浓度一般远低于来水^[29], 在这种情况下, 来水营养盐负荷的增加就意味着湖泊滞留营养盐的增加, 特别是磷这种相对保守的元素, 在浅水湖泊的滞留系数高, 易于在湖泊中累积^[44].通常来水量越大, 滞留量越多.而在4~8月湖体藻类大量增加、磷浓度大幅度升高的情况下, 强降雨也较为集中, 这样会在短时间内促进更多磷素入湖, 而强降雨带来洪流的突发性与偶然性特征使得难以及时控制, 所以可能成为太湖蓝藻水华大暴发的关键一步^[45].朱伟等^[46]在分析太湖2010~2017年水质变化趋势及异常原因中发现, 2016年的6月底至7月初强降雨引发的洪水, 水量大、冲刷作用强, 对太湖当年的磷收支产生决定性的影响, 并可能是造成太湖2017年蓝藻水华异常的原因.因此, 强降雨的频次、强度以及发生季节, 均会对平原河网区湖泊的面源污染过程产生决定性的影响.

(1) 两周年观测期间太湖流域的强降雨次数年均不足10日, 但雨量占总降雨量的41.33%, 多集中在夏季, 说明强降雨带来的入湖水量负荷较高.

(2) 强降雨影响下, 太湖平原河网地区河道各形态氮、磷浓度会有短暂但快速地升高趋势, 响应时间可能有2~5 d的滞后, 虽然增加幅度不大, 但是由于强降雨带来的入湖流量占比高, 强降雨事件带来的氮、磷入湖负荷依然相当可观, 在湖泊面源污染控制中应予以高度重视.

(3) 台风“利奇马”带来的大暴雨促使太湖河道水体氮、磷浓度升高.河道流程长、流域面积大, 缓冲能力大.农业面源污染的河段不如城镇污染的河段对营养盐的拦截、净化、缓冲能力强, 使得强降雨对农业面源污染的河段的影响强于城镇污染的河段.农业面源影响较大的河段氮浓度主要是颗粒态氮浓度发生变化, 城市面源影响较大的河段则是溶解性氮变化为主, 而河道中磷浓度的增加则以颗粒态磷为主.