氮(N)和磷(P)是植物生长必需的营养元素.但是, 随着经济的快速发展, 大量富含N和P的污水直排或随地表径流进入江河湖泊, 造成水体N和P含量激增, 导致水体富营养化^{[1, 2]}.水体富营养化不仅改变了水体本身的理化性质, 使水中藻类及其他水生生物发生周期性异常繁殖现象; 水体富营养化也会导致水体透明度和溶解氧明显下降, 水体生态系统和水体功能受到破坏, 影响养殖和景观旅游; 更重要的是藻华产生的藻毒素及其衍生物对人体健康和安全存在着严重危害.因此, 控制河流富营养化仍是目前必须面对和解决的重大环境问题^{[3, 4]}.

然而, 近年来作为我国第一大河的长江, 其水体中的N和P污染及水体富营养化问题值得关注.长江流域横跨我国东中西三大板块, 覆盖沿江19省(区、市), 人口规模和经济总量占据全国“半壁江山”, 是我国经济发展的重要引擎.此外, 长江流入东海, 其水质状况也势必会对东海环境产生严重影响^[5].因此, 长江流域的水质安全问题, 特别是N和P污染导致的地表水体富营养化是现阶段亟需解决的环境问题^{[6, 7]}.

沱江是长江上游水污染问题最为突出的支流之一, 主要因为沱江流域各城市进入城镇化、工业和农业现代化加速阶段, 污染物排放量增加, 导致其水质现状不容乐观^[8].已有研究表明, N和P是沱江流域水体污染的主要污染物^[9].而涪江作为长江的二级支流, 也是长江支流嘉陵江右岸的最大支流, N和P等污染源则主要来自流域两岸及其支流排放的农业废水、城市生活污水和工业废水^[10].因N和P易溶于水中进行长途迁移, 所以, 沱江与涪江的N和P污染输入可能直接加重长江流域的水体富营养化风险.直接影响到当地人民的生产、生活水平和社会经济发展^[11].

因此, 本文根据沱江水系和涪江水系河流不同形态的N和P营养盐的监测数据, 研究沱江流域和涪江流域从上游至下游河流N和P浓度的空间分布, 并从全流域尺度进行污染评价, 剖析各污染物的浓度以及组成占比, 探究主要的影响因素, 以期为沱江流域和涪江流域地表水N和P污染治理及长江流域水环境保护提供科学依据.

沱江是长江上游的一级支流, 发源于川西北九顶山南麓, 全长712 km, 流域面积3.29×10⁴ km².沱江流域涉及四川省的成都、自贡、泸州、德阳、绵阳、内江、乐山、眉山、宜宾和资阳这10个地市.沱江水系总体上呈树枝状, 有大小支流60余条.上游支流有绵远河、石亭江、湔江、青白江和毗河呈扇状分布, 在平原河渠纵横交织下, 形成十分复杂的水网区, 其中毗河和青白江勾通相邻的岷江水系, 构成了沱江为不封闭流域的特点, 中下游支流与干流呈对称性的树枝状分布, 主要支流有绛溪河、球溪河、资水河、濛溪河、大清流河、釜溪河和濑溪河^{[12, 13]}.

涪江是长江的二级支流, 也是嘉陵江的重要支流, 是四川省境内重要的河流之一.河流发源于四川境内雪宝顶, 干流流经四川中部, 自西北向东南斜穿四川盆地, 在重庆市合川区汇入嘉陵江^[14].涪江流域介于29.29°~33.04° N、103.75°~106.34°E之间, 北接甘肃省, 南接重庆市, 流域主体位于四川省境内.按照行政区域划分, 涪江流域横跨四川与重庆两省市.涉及四川省23个县(区), 分别属于阿坝、绵阳、广元、遂宁、德阳、资阳和南充等市(州), 涉及重庆市1个区即合川区.流域总面积约为3.6×10⁴ km^2[15], 见图 1.

图 1

Fig. 1

图 1 沱江和涪江流域水系分布和采样点位示意 Fig. 1 Distribution of water systems and sampling sites in the Tuojiang River and Fujiang River

本研究样品采集于2020年10月10~15日, 主要依托沱江流域和涪江流域共36个地表水质监测国(省)控断面.这些断面分布在沱江及涪江的上、中、下游干流和支流(图 1).其中沱江流域水系采样点表示为T1~T18, 涪江流域水系采样点表示为F1~F18.具体采样点位置及所在的干流和支流的名称见表 1和表 2. 利用水样采集器在所选断面采集混合水样(至少5点混合), 用经过稀硫酸处理并以蒸馏水洗净的玻璃瓶收集500 mL混合水样.

表 1 (Table 1)

表 1 沱江水系干流和支流采样点位置描述 Table 1 Location description of sampling sites in the main streams and tributaries of the Tuojiang River 分类 位置 编号 名称 海拔/m 干流 沱江 T1 清平国控断面 861 沱江 T2 八角国控断面 470 沱江 T6 五凤断面 415 沱江 T7 临江断面 361 沱江 T10 顺河场断面 333 沱江 T11 银山断面 307 沱江 T13 白马断面 265 沱江 T15 李家湾渡口断面 242 沱江 T16 怀德渡口断面 242 沱江 T18 沱江二桥断面 243 支流 石亭江 T3 双江桥断面 454 青白江 T4 清江大桥断面 451 毗河 T5 姚渡大桥断面 455.8 球溪河 T8 球溪河断面 338 球溪河 T9 发轮断面 347 清流河 T12 高寺断面 301 釜溪河 T14 邓关断面 262.5 濑溪河 T17 胡市大桥断面 234

表 1 沱江水系干流和支流采样点位置描述 Table 1 Location description of sampling sites in the main streams and tributaries of the Tuojiang River

表 2 (Table 2)

表 2 涪江水系干流和支流采样点位置描述 Table 2 Location description of sampling sites in the main streams and tributaries of the Fujiang River 分类 位置 编号 名称 海拔/m 干流 涪江 F1 平武断面 849 涪江 F3 福田坝断面 499 涪江 F7 芦溪断面 415 涪江 F9 百顷断面 366 涪江 F10 香山渡口断面 355 涪江 F11 青龙江断面 302 涪江 F13 米家桥断面 270 涪江 F14 老池断面 267 涪江 F15 太和断面 222 涪江 F18 涪江一桥断面 204 支流 平通河 F2 平通河断面 692 通口河 F4 通口河断面 495 安昌河 F5 界牌断面 492 安昌河 F6 板凳桥断面 543 凯江 F8 老南桥断面 371 芝溪河 F12 涪山坝断面 284 琼江 F16 中河断面 217 小安溪河 F17 临渡断面 203

表 2 涪江水系干流和支流采样点位置描述 Table 2 Location description of sampling sites in the main streams and tributaries of the Fujiang River

水体温度(T)、溶解氧(DO)、pH值和氧化还原电位(ORP)使用多参数水质仪现场测定(Multi3620 IDS, 德国WTW).总氮(TN)浓度采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法(GB 11894-89)测定, 总磷(TP)浓度采用钼酸铵分光光度法(GB 11894-89)测定.测定仪器均为紫外-可见分光光度计(UV1800, 日本岛津).硝态氮(NN)、氨氮(AN)、正磷酸盐(OP)和可溶性磷(DP)的浓度用过0.45 μm微孔滤膜的水样直接使用流动分析仪测定(AA3, 德国SEAL), 颗粒态磷(PP)浓度由TP浓度减去DP浓度的差值计算得出.采用SPSS 22.0软件完成数据的统计分析.其中, 相关性分析和独立样本T检验的显著性水平设为0.05.采样点位以及污染空间分布利用Arcgis Map 10.2绘制, 其余数据绘图使用Origin 2018和Powerpoint软件完成.

从图 2可以看出, 沱江干流ρ(TN)从上游到下游波动较大, 其中最小值为T1清平断面(1.30 mg·L^-1), 流经第一个地级市德阳后TN浓度明显升高, T2(八角断面)ρ(TN)达到了干流全段最高值(4.51 mg·L^-1), 但流经成都市后, 呈现波动回落趋势, 干流各断面ρ(TN)稳定在3.20~4.48 mg·L^-1之间.沱江中上游的石亭江(T3)、青白江(T4)、毗河(T5)和球溪河(T8和T9)这4条支流TN浓度相对较高, 其中球溪河的T8断面ρ(TN)达到全段最高值4.63 mg·L^-1.沱江干流的NN浓度变化呈现出从上游到下游先升高后降低的规律.T1清平断面同样为全段NN浓度最低值, T10顺河场断面达到干流ρ(NN)最高值3.36 mg·L^-1后, 缓慢回落至2.41 mg·L^-1, 进入长江.支流NN浓度变化趋势与干流基本一致, 中游球溪河支流(T8)达到全段最高值(3.70 mg·L^-1).沱江水系中ρ(AN)最大值出现在干流上游的T2点, 为1.50 mg·L^-1.其次为毗河支流(T5), 为0.67 mg·L^-1.其它各干流及支流ρ(AN)较小, 变化范围为0.003~0.299 mg·L^-1.沱江水系ρ(TP)在球溪河支流(T9)和釜溪河支流(T14)出现最高值, 分别为0.327 mg·L^-1和0.322 mg·L^-1.整体浓度变化呈现出“大城市效应”, 即每流经一座城市后, TP浓度均明显增高, 但并不是无限增长, 具有一定的阶段性, 维持在0.16~0.21 mg·L^-1的范围内.

图 2

Fig. 2

实心符号表示干流采样点, 空心符号表示支流采样点 图 2 沱江水体TN、NN、AN和TP浓度的空间分布 Fig. 2 Spatial distribution of mass concentrations of TN, NN, AN, and TP in the Tuojiang River

图 3为涪江水系中N和P浓度的空间分布.与沱江水系不同, 涪江干流TN浓度随着上中下游呈现出逐渐增加的趋势.上游F1(平武断面)ρ(TN)最低, 为0.69 mg·L^-1, 下游的F14(老池断面)ρ(TN)最高, 为2.63 mg·L^-1.凯江支流在流经三台县后, ρ(TN)明显增高, 达到全段水系最高值4.14 mg·L^-1.此外, 涪江水系NN浓度的空间变化与TN基本一致, 同样在F8采样点(凯江支流)监测到ρ(NN)最高值(3.43 mg·L^-1).涪江水系ρ(AN)在中上游绵阳境内的F7采样点达到最高值0.675 mg·L^-1, 随后呈现出波动下降趋势, 最后在F18采样点以0.137 mg·L^-1的浓度汇入嘉陵江水系.涪江水系ρ(TP)的最高值出现在F2平通河支流(0.31 mg·L^-1).后续流经城市后虽然浓度有增加趋势, 但整体波动变化较小, 处于0.07~0.20 mg·L^-1的范围内.

图 3

Fig. 3

实心符号表示干流采样点, 空心符号表示支流采样点 图 3 涪江水体TN、NN、AN和TP浓度的空间分布 Fig. 3 Spatial distribution of mass concentrations of TN, NN, AN, and TP in the Fujiang River

为充分分析每条河流不同河段的水质状况, 研究对每个调查断面N和P的污染程度进行了空间表达(图 4).整体来看, 沱江水系除源头T1(清平断面)外, 其余各干、支流采样点TN浓度均大于《国家地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)中的Ⅴ类水质浓度限值(2.0 mg·L^-1), 被归为劣Ⅴ类水质.涪江水系干、支流18个采样点中, 劣Ⅴ类水质断面为9个, 占总监测断面的50%, 其中上游采样点多为Ⅲ类和Ⅳ类水质, 中游采样点多为Ⅴ类水质, 下游各采样点均为劣Ⅴ类水质.沱江干、支流水系TP浓度不超过Ⅲ类水质标准的监测断面为9个, 占总监测断面的50%. T5、T9和T14这3个支流断面的TP浓度超过了Ⅳ类水质浓度限值(0.30 mg·L^-1), 为Ⅴ类水质.涪江水系只有F2(平通河支流断面)的TP浓度为Ⅴ类水质, 其余各监测断面TP均不超过Ⅲ类水质.

图 4

Fig. 4

图 4 沱江、涪江水系河流监测断面水质氮磷污染状况的空间分布特征 Fig. 4 Spatial distribution characteristics of nitrogen and phosphorus pollution in water quality monitoring sections of the Tuojiang River and Fujiang River

图 5和图 6为沱江涪江干流及支流主要氮磷组分质量分数的特征情况.整体看两条江水体的氮素形态主要以NN为主.沱江水系各监测断面中NN占比过半的采样点多达15个, 其中干流的白马断面(T13)的NN质量分数最高, 为87.9%. NN质量分数较低的断面全部集中在上游河段(T1、T3和T5).值得注意的是, 这恰好是AN质量分数较大的区域.八角断面(T2)AN质量分数最高, 为33.32%, 其余中下游水系, AN质量分数过低, 最高不足10%.涪江水系18个监测点的NN质量分数均超过50%.平通断面(F2)NN质量分数最高, 为92.72%. AN质量分数与沱江水系相似, 除干流芦溪断面(F7)外, 其余监测断面质量分数均较低.其他形态的氮素主要包括一些有机态氮和难以溶解的颗粒态氮, 在各采样点均有一定占比.

图 5

Fig. 5

图 5 沱江水系不同形态的氮和磷化合物成分组成占比 Fig. 5 Composition ratios of nitrogen and phosphorus compounds in different forms of the Tuojiang River

图 6

Fig. 6

图 6 涪江水系不同形态的氮和磷化合物成分组成占比 Fig. 6 Composition ratios of nitrogen and phosphorus compounds in different forms of Fujiang River

水体磷素形态比较复杂, 要将其分为TP、OP、PP和其他形态的磷.沱江水系的磷素主要以OP为主, 质量分数过半的断面共有13个, 其中李家湾断面(T15)的OP质量分数高达75.76%.沱江中下游的白马断面(T13)OP质量分数最低, 相反, PP质量分数最高, 为72.22%.与沱江水系不同, 涪江水系OP和PP质量分数过半的监测断面各占总数的1/3.说明相比之下, 涪江水系的含磷物质来源更为复杂.

图 7和图 8为沱江和涪江水系各采样点T、DO、pH和ORP从上游到下游的空间分布情况.除T从上游到下游的明显升高趋势外, 其他3项指标的空间分布均没有较为明显的趋势.表 3和表 4分别为沱江和涪江水质的相关矩阵和统计量.沱江水系的TN与TP和NN具有显著正相关关系; 与pH具有显著负相关关系.NN与T具有显著正相关关系, TP与pH和DO具有显著负相关关系.涪江水系TN与NN和T具有极显著正相关关系, 与pH具有显著负相关关系.NN与T具有显著正相关关系.pH与TN和AN均具有显著负相关关系.用变异系数(CV) 描述水体N和P浓度的动态变化程度, AN浓度的动态变化最大, 沱江和涪江水系CV值分别为2.01和1.04.其次为ORP、TN、TP和NN.其余指标的变异系数较小, 无显著差异.

图 7

Fig. 7

实心符号表示干流采样点，空心符号表示支流采样点 图 7 沱江水系T、DO、pH和ORP这4个辅助指标的空间分布 Fig. 7 Spatial distribution of four auxiliary indicators of T, DO, pH, and ORP in the Tuojiang River

图 8

Fig. 8

实心符号表示干流采样点，空心符号表示支流采样点 图 8 涪江水系T, DO, pH和ORP这4个辅助指标的空间分布 Fig. 8 Spatial distribution of four auxiliary indicators of T, DO, pH, and ORP in the Fujiang River

表 3 (Table 3)

表 3 沱江水系水质参数的相关矩阵和统计量1) Table 3 Correlation matrix and statistics of water quality parameters in the Tuojiang River TN NN AN TP T DO pH ORP TN 1 0.724** 0.300 0.531* 0.392 -0.158 -0.694** 0.348 NN 1 -0.349 0.103 0.519* 0.034 -0.307 0.168 AN 1 0.314 -0.159 -0.209 -0.369 0.298 TP 1 0.283 -0.476* -0.534* -0.076 T 1 -0.081 -0.149 -0.335 DO 1 0.364 0.202 pH 1 -0.436 ORP 1 CV 0.25 0.34 2.01 0.33 0.09 0.09 0.02 0.41 1)*表示显著性水平P < 0.05, **表示极显著性水平P < 0.01

表 3 沱江水系水质参数的相关矩阵和统计量1) Table 3 Correlation matrix and statistics of water quality parameters in the Tuojiang River

表 4 (Table 4)

表 4 涪江水系水质参数的相关矩阵和统计量1) Table 4 Correlation matrix and statistics of water quality parameters in the Fujiang River TN NN AN TP T DO pH ORP TN 1 0.958** 0.242 -0.065 0.792** 0.188 -0.573* -0.149 NN 1 0.043 -0.034 0.718** 0.135 -0.394 -0.031 AN 1 -0.149 0.290 0.106 -0.496* -0.466 TP 1 -0.071 -0.129 0.114 0.088 T 1 0.306 -0.766** -0.140 DO 1 -0.326 0.335 pH 1 0.144 ORP 1 CV 0.41 0.47 1.04 0.39 0.14 0.09 0.01 0.45 1)*表示显著性水平P < 0.05, **表示极显著性水平P < 0.01

表 4 涪江水系水质参数的相关矩阵和统计量1) Table 4 Correlation matrix and statistics of water quality parameters in the Fujiang River

图 9和图 10为沱江和涪江干支流水体中N和P浓度总体对比.沱江干、支流的ρ(TN)平均值分别为3.41 mg·L^-1和3.59 mg·L^-1, 两者无显著差异(P=0.674).涪江干流ρ(TN)平均值为1.78 mg·L^-1, 小于涪江支流的ρ(TN)平均值(2.23 mg·L^-1), 但是两者同样没有显著差异(P=0.247).同理, 本研究针对干流和支流不同形态的氮(NN、AN和ON)组分均作了独立样本T检验, 均未发现存在显著性差异.沱江干流ρ(TP)平均值为0.17 mg·L^-1, 显著小于沱江支流的0.24 mg·L^-1(P < 0.05).相似地, 涪江干流ρ(TP)平均值为0.12 mg·L^-1, 显著小于涪江支流的0.17 mg·L^-1(P < 0.05).由图 11可得, 沱江水系ρ(TN)平均值为3.49 mg·L^-1, 显著高于涪江水系的1.98 mg·L^-1(P < 0.01).沱江水系ρ(NN)和ρ(TP)的平均值分别为2.41 mg·L^-1和0.21 mg·L^-1, 大于涪江水系的1.44 mg·L^-1和0.14 mg·L^-1(P < 0.01).但是两条水系ρ(AN)的平均值却没有显著差异(P=0.884).

图 9

Fig. 9

图 9 沱江水系与涪江水系干流和支流N浓度对比 Fig. 9 Comparison of N mass concentration between the main stream and tributaries of the Tuojiang River and the Fujiang River

图 10

Fig. 10

图 10 沱江水系与涪江水系干流和支流TP浓度对比 Fig. 10 Comparison of TP mass concentration between the main stream and tributaries of the Tuojiang River and the Fujiang River

图 11

Fig. 11

图 11 沱江水系与涪江水系TN、NN、AN和TP浓度的对比 Fig. 11 Comparison of mass concentrations of TN, NN, AN, and TP between the Tuojiang River and the Fujiang River

本研究发现, 对沱江而言, 除上游源头外, 其他各观测点水质均为劣Ⅴ类, TN污染非常严重.氮素污染主要以NN污染为主.超半数干支流监测断面TP浓度低于Ⅲ类水标准, 磷素形态主要以OP为主.这与张云霞等^[16]对2008~2018年沱江TN和TP长达10 a的统计数据结果基本一致, 说明上述N和P污染物的分布特征在沱江是长期存在的.沱江干流NN的浓度呈现出先增加后降低的趋势, AN浓度最大值出现在干流上游位点, 中下游浓度较低.此外, 沱江水系TP浓度整体呈现出每流经一座城市后, 浓度均明显增高的现象.一般来看, 大多河流的N和P污染呈现出从上游到下游逐渐加重的趋势^[17~19].而水体整体污染较重的原因主要是流域内存在结构性污染, 产业结构和布局优化不够^[20].由表 4可知NN和AN不具有显著的相关性, 这表明沱江水体中NN和AN的污染来源不同.河水AN主要来源于城市污水排放; 尽管农业化肥中也含有大量AN, 但与NN相比, AN更容易被土壤颗粒吸附和植物根系吸收, 从而不易淋失进入河流^{[21, 22]}.位于沱江水系中游的区县有大面积农业用地和养殖用地分布^[23], 从图 5也可看出沱江中游的N营养盐构成主要是NN, 几乎不含AN, 可见N的负荷主要来自这两种土地利用类型, 农业化肥和养殖废水随河道进入沱江水体, 致使农业面源污染在河流中段尤为突出^[24].沱江上游水体AN占TN的比例较中下游高, 但NN仍然是N营养盐的主要成分, 可推测N负荷来源主要为生活污水和农田废水.下游的区县则是工业发达和人口密集区, 大量废水排放、企业沿江分布, 直排现象突出, N营养盐的主要成分仍是NN, 以致于沱江下游N污染依然严重^[25].此外, 沱江流域人口约占四川总人口的1/3, 但该流域水资源只占四川4%左右, 流域径流年内分配不均匀, 水资源供需矛盾大, 导致单位面积水污染物排放量是四川平均水平的3倍以上.其中最主要的生活污水排放量大, 而生活污水中往往含有大量含磷污染物, 沱江因此出现每经过一座城市, TP污染均会增加的“大城市效应”^[26~28].

与沱江水系不同, 涪江上游监测断面TN浓度多为Ⅲ和Ⅳ类水质, 中游多为Ⅴ类水质, 下游各监测断面均为劣Ⅴ类水质.干流的TN和NN浓度呈现上中下游逐渐增加的趋势.这是由于涪江上中下游产业结构差异较大所致, 上游是欠发达地区, 人口密度较小, N污染物主要成分是NN, 生活污水来源比例较小, 主要是农业面源污染, 但同时上游耕地面积较少, 污染程度有限^[29]; 中下游地区工业和农业均十分发达, 人口密度也较上游大, 虽然NN仍然是主要N污染物组分, AN也具有一定占比.说明农田化肥、畜禽养殖和生活污染排放物迁移、转化最终进入河道, 造成较大的N污染^[30].此外, 柳强等^[31]通过在涪江流域构建分布式水文和面源污染负荷模拟SWAT模型, 发现了土壤性质、河网密度以及土地利用等下垫面径流条件对于河道污染负荷的影响很大.涪江上游下垫面植被类型多为林草地, 保水能力较强, 污染物排放和河网密度等径流条件均明显低于下游汇流区^[32], 从而使得径流带走的污染物与下游相比较少.值得注意的是, 涪江水系TP浓度基本处于Ⅲ类水质范围内, 说明河流基本没有受到严重的P污染.这与蒋红斌等^[33]和刘浩等^[30]在对涪江流域遂宁段和重庆段总磷时空分布特征解析中得出的结论一致.另外, 本文研究发现涪江中下游区域, 支流TP浓度明显高于干流, 且TP成分较为复杂, 除OP外, 还包含大量的PP和其他形态的磷元素.说明涪江TP污染源较多(污水、农药、化肥、畜禽粪便和洗涤剂等)^[34], 且支流污染风险相对较重.

基于相关分析表明, 沱江和涪江水系的TN、TP、NN和AN还受水体pH和T影响.说明除了人为因素外, 环境因子也是影响水体N和P营养盐浓度的重要因素.水温变化影响水体微生物活性和生物地化速率, 进而导致水体自净能力差异^[35].前人研究表明, 水温越高, 水体微生物活动增强, 有利于水体中的营养盐消耗^[36].本研究相关分析表明, 两条江的NN浓度与水温均具有显著正相关关系, 其中沱江水系呈现极显著相关关系.表明水体内部微生物活动受同一河段河流上下游的温度差异影响较大, 较高的水温有利于水体中的硝化微生物将AN转化为NN, 造成NN浓度随温度的升高而增加^[37].水体酸碱度是重要的水质指标之一, 影响着水环境功能^[38].本研究发现两江水体pH值变化与水体中N和P营养盐浓度呈现显著负相关关系.TN和TP的增加引起藻类大量繁殖, 藻类繁殖生长是引起河流的pH值变化的重要原因^[39].水体较低的pH促进沉积物的钙结合态磷溶解和铁结合磷还原, 以及底泥中有机氮的分解释放, 从而增加水体中的TN和TP的浓度^{[40, 41]}.

整体来看, 沱江干流的TN浓度小于支流TN浓度, 虽然结果并不显著(P>0.05), 但沱江干流的TP浓度显著小于支流(P < 0.05).涪江水系的研究结果表现出同样的规律.这与以往部分研究结论一致.例如, 中国的赣江流域^[42]、韩国的锦江流域^[43]以及美国的伊普斯维奇河流域^[44], 均表现出干流N和P污染物低于支流的现象.一般地, 河流支流两侧多为农田, 大城市较少, 支流主要接受周边自然降水和农田排水, 周边土地利用对支流的影响多为农田生产中流失的化肥农药造成河流水质恶化^[45].而干流两侧一般每隔一定距离就存在大型聚落的分布, 河道除接受河流周边来水外, 还接纳集水区内上游来水, 水体来源较支流复杂.因此干、支流周边不同的土地利用构成、水文条件和生态特性可能造成干、支流河流水质存在较大差异^[46].Li等^[47]在太湖流域的研究发现, TN和TP等污染物的输出能力按耕地、聚落用地和林地递减.沱江和涪江流域的支流河道多经过农业耕作区, 周边农业用地百分比显著高于干流, 支流通过地表及地下径流, 直接承接了农业用地中氮磷等营养盐输出^[48].从而造成沱江和涪江支流的TN和TP污染高于干流.

此外, 本研究发现, 沱江水系N和P浓度整体上要显著高于涪江水系.沱江流域自北向南区域跨度大, 流域内气候、地形地貌和经济社会发展状况均差异较大, 造成流域内河流N和P污染来源复杂^{[49, 50]}.总的来说, 相比涪江而言, 导致沱江流域河流N和P污染严重的原因主要有以下3点：①近年来工业和城镇化水平发展迅速, 仅占全省3.5%的水资源支撑了全省30%的经济总量和26.2%的人口^[51], 单位面积水污染物排放量是四川平均水平的3倍以上^[16], 然而沿江城镇污水处理率仅为64%, 乡镇污水处理厂建设率仅为23%, 且近1/3不能正常运行^[51], 污染负荷严重超载; ②流域农业生产水平持续提高, 流域总耕地面积为200万hm², 农业总人口高达1 515万人, 远高于涪江流域^[52], 但农村生活污水基本处于无序排放状态, 流域内农业面源污染的治理则缺乏有效手段^{[53, 54]}; ③多数研究结果显示, 林地通过植物根部的截留作用来减少污染物的地表径流, 从而对污染物起“汇”的作用^[55~57].然而沱江流域境内平均森林覆盖率仅为6.1%, 远低于涪江流域平均森林覆盖率28%^[32], 是四川省的所有河流森林覆盖率的最低值, 且近年来还在持续减少^[58].这将不利于沱江流域的污染物陆域传输的衰减作用, 造成沱江水系的污染高于涪江.

(1) 整体来看, 沱江水系存在严重的TN污染, 几乎所有断面为劣Ⅴ类水质, TP污染适中, 主要集中在Ⅲ类和Ⅳ类水质; 涪江水系TN污染依然严重, 除上游外, 中下游断面均为Ⅴ类和劣Ⅴ类水质, 但TP污染较小, 断面基本为Ⅱ类和Ⅲ类水质.虽然沱江与涪江均存在不同程度的N、P污染, 沱江水系TN和TP浓度整体上要高于涪江水系, 可见沱江水系污染要比涪江水系更严重.

(2) 沱江干流TN和NN的浓度从上游到下游呈现先增加后降低的趋势, AN除少量极端值外, 波动基本不太明显, TP整体呈现出“大城市效应”.与沱江水系不同, 涪江干流的TN和NN浓度呈现上中下游逐渐增加的趋势, AN在中游河段达到浓度的最高值, TP浓度在Ⅲ类水质标准范围内波动.这主要与上中下游产业结构, 人口密度和城镇发展水平差异有关, 同时也会受水体本身pH和温度影响.

(3) 沱江和涪江水系均表现出支流TN和TP浓度大于干流的现象, 这与干支流之间土地利用构成, 水文条件和生态特性有关, 在污染治理方面应该特别关注这一现象.