沟渠和水塘是非点源污染的源还是汇：基于中国丘陵山区菁林溪流域的观测

沟渠和水塘在许多国家和地区很常见。由沟渠和水塘组成的沟塘系统类似于自由地表湿地，将污染源与接收水体连接起来。沟塘系统不但可以减缓水流速度，还可以促进颗粒物的沉淀。同时，沟塘系统通过植物吸收、沉积物吸附和微生物降解等方式减少进入下游水体的氮、磷等养分浓度，进而减少农业面源污染。三峡库区作为中国南方重要的农业区，丘陵面积大，水土流失严重，进一步加剧了农业面源污染问题。在中国，水塘主要分布在东部和南部地区。然而，沟渠和水塘的研究大多是在平原地区进行的，鲜有在丘陵区进行对沟塘系统的野外观测。山地流域中沟塘系统在水环境中到底发挥什么样的作用值得我们深究。

大型水体，特别是湖泊和湿地，作为全球陆地系统的重要组成而受到越来越多的关注。与大型水体相比，池塘等小型水体较为常见，但受到的关注有限，且往往被忽视。北京师范大学环境学院陈磊教授团队利用高分辨率遥感数据分析了流域内沟渠和水塘的变化。结果表明近15年来，流域中沟渠的总长度和水塘数量（<  500 m²）面积分别增加了32%和75%。流域沟塘系统中污染物的浓度远远高于干流污染物浓度。这表明密集的沟塘网络不仅增加了汇流时间，更有利于污染物的截留。通过对不同沟塘组合进出口的污染物浓度进行对比，发现沟渠和水塘中养分浓度的变化率大多在–20% 与20%之间，表明沟渠和水塘发挥着源和汇的作用。最后，对其影响因素进行了探讨，我们发现在旱季，沟渠和水塘是重要的汇。而在雨季，丘陵山区中沟渠的快排作用与水塘溢流，使得沟渠和水塘成为污染物的源。虽然沟渠和水塘有时成为污染物的来源，但它们有助于调节流域的水文和水质。此外，本研究还对比了不同质地的沟渠对污染物截留的影响。研究发现，混凝土沟渠在旱季对颗粒态磷拦截效果比土质沟渠更好。由研究结果可知，在旱季保留沟渠中的底泥、在雨季及时清理底泥可以帮助沟塘系统在雨季有效地由源向汇转化。因此，平衡沟渠和水塘系统的排水和截留功能可以最大限度地发挥其在流域中的生态作用。

该研究已于2023年发表在《农业科学与工程前沿》（英文）期刊上，DOI：10.15302/J-FASE-2023517。