摘要
磷元素不仅是生态系统中生物不可或缺的营养元素，也是导致水体富营养化的限制因子。降雨径流是磷素迁移的重要驱动力，但是降雨径流过程的随机性、磷污染发生与运移过程的差异性与复杂性，导致了磷输出时间、频率和组成的不确定性，加之缺乏高频率的降雨径流过程监测数据，无法捕捉到降雨产流过程中各阶段磷输出通量变化特征，当前磷及其组分随着降雨径流的输出规律仍有待进一步明确。明确降雨径流中磷素及其组分的迁移规律，对理解磷迁移的水文驱动机制，制定流域面源污染管控策略具有重要的科学意义和实践价值。 鉴于此，本研究以典型农业小流域—五龙池小流域为研究对象，通过监测降雨和流量变化，通过划分不同雨型，分析径流对不同降雨事件的响应特征；选择典型降雨事件，结合高频监测的磷浓度数据，明确不同降雨条件磷组分的输出特征；利用滞后指数和冲刷指数，明确不同降雨条件下各组分磷浓度—流量滞后模式，并使用冗余分析和层次分割法，厘清了不同滞后模式的驱动因素。主要结果如下： （1）流域内的降雨以短历时小雨为主，占整个监测期降雨场次的67.5%。前期降雨量对暴雨事件中峰值流量、平均流量、径流持续时间影响较大。降雨和径流序列趋势性、持续性等特征变化一致，其中径流的洪峰滞时受前期降雨量以及降雨历时、降雨分布特征的影响，降雨分布越集中，洪峰滞时越短。此外，流域内的降雨产流与流域湿度存在明显的阈值效应，当流域湿度大于15mm时，流域发生产流事件。 （2）流域降雨事件过程中各组分磷呈现初期冲刷效应，且在降雨不同阶段呈动态变化。降雨初期，TP、TDP和PP的浓度随流量的增加而增加，降雨中后期逐渐降低，峰值浓度多出现在降雨前期。整体上，TP、TDP、PP的浓度变化趋势与流量变化趋势一致。不同降雨事件下，PP输出通量占TP通量的48%~80%，其中PP输出通量由小雨事件平均占比52%，增加到暴雨事件的76%。PP输出通量占TP通量的比例随雨强增加，且二者呈现显著的线性关系（R2=0.73,plt;0.05）。 （3）磷浓度—流量的滞后模式与降雨类型密切相关。大部分8字滞后模式出现在小雨事件下；中雨及大雨多为复杂滞后；暴雨下的磷浓度—流量滞后关系则为顺时针或逆时针滞后。冗余分析结果显示，降雨和径流特征能较好解释磷的各种组分与流量的滞后模式，对TDP滞后模式前两轴累计解释度为68.6%，其次为TP（46.7%）、PP（40.9%）；层次分割结果表明对TP、TDP、PP滞后模式解释度最高的因素分别为：平均流量（21.8%）、径流持续时间（17.4%）、前期降雨量（23.2%）。 本研究以典型农业小流域—五龙池小流域为研究对象，分析径流对不同降雨事件的响应特征、典型降雨事件对磷组分的输出特征，进而揭示降雨过程中各组分磷浓度-流量的滞后关系及其驱动因素。小流域的降雨和径流序列趋势性、持续性等特征变化一致；降雨事件过程中各组分磷呈现初期冲刷效应，且在降雨不同阶段呈现动态变化；磷浓度-流量的滞后模式与降雨类型密切相关。研究结果有助于深入理解面源污染的水文驱动机制，为我国农业小流域面源污染策略的制定提供科学依据。
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