排放量与磷浓度的季节性相互作用：来自城市及正在城市化进程中的支流的、全年对安大略湖西部流域的面积负荷

《Journal of Great Lakes Research》：Seasonal interplay of discharge and phosphorus concentration: Year-round areal loads to western basin Lake Ontario from urban and urbanizing tributaries

磷迁移与流域城市化影响研究：通过对安大略湖西部13条支流2018-2023年的水文及水化学监测，发现高城市化流域（如Highland Creek、Don River）全年溶解磷（DP）浓度和负荷显著更高，其DP浓度与流量呈负相关（β<0），反映点源（如合流排水管）与面源（如暴雨径流）的交互作用；而低城市化流域（如Cobourg Creek）DP浓度与流量呈正相关（β>0），主要由面源贡献。研究揭示城市化通过改变地表径流和点源比例，导致磷输出季节分配不均，冬季融雪增加可能加剧近岸富营养化。

　　### 一种研究湖水磷流失的机制

湖水的磷流失与流域季节性排放密切相关。研究显示，城市化在流域中改变了水流动态，并提供了新的点源和分散源，导致“快速的流域”现象，从而增加了营养物质向湖泊的输送。在本研究中，通过在13条湖安大略（Lake Ontario）的支流中采用水文事件为基础的综合采样和基流采样方法，从2018年到2023年，分析了季节性排放、磷和悬浮固体浓度以及流域磷负荷的变化情况。这些支流分布于加拿大湖岸约140公里的范围内，涵盖了从高度城市化到混合使用和乡村地区不同程度的城市化梯度。

### 城市化对磷输送的影响

研究发现，城市化程度较高的支流在所有季节都表现出更高的溶解磷（DP）浓度、流域排放量和颗粒磷（PP）以及悬浮固体（SS）的排放量。城市化支流的磷和悬浮固体排放量在温暖季节达到峰值，而混合使用和乡村支流则表现出与排放量相一致的磷和悬浮固体浓度变化，即在春季和冬季排放量高时浓度也高，而在夏季和秋季排放量低时浓度也低。这种现象可能与城市化流域的快速水文响应有关，这些流域在降水或融雪事件后能够迅速将磷和其他营养物质输送到湖中。

### 磷浓度和排放模式的变化

在支流中，磷的浓度和排放模式呈现出显著的季节性差异。对于高度城市化的支流，磷的输送与排放量之间的关系显示出“非季节性”或“反季节性”特征，即在排放量低的季节磷浓度较高，而在排放量高的季节浓度较低。这种模式通常与点源（如污水排放）和分散源（如雨水径流）的相互作用有关。相比之下，混合使用和乡村支流的磷浓度和排放量则与排放量保持同步，即在排放量高的季节浓度也高，而在排放量低的季节浓度也低。

### 悬浮固体的输送

悬浮固体的输送同样受到季节和流域类型的影响。在城市化支流中，悬浮固体的浓度和排放量在所有季节都相对较高，尤其是在夏季和秋季，尽管此时排放量较低。混合使用和乡村支流则在春季和冬季表现出较高的悬浮固体浓度和排放量，这可能与季节性降水和融雪事件有关，这些事件能够将更多的颗粒物质带入水体。

### 低流量与高流量下的磷和悬浮固体差异

研究还发现，低流量和高流量条件下，磷和悬浮固体的浓度和排放量存在显著差异。在低流量条件下，城市化支流的磷浓度通常较高，而混合使用和乡村支流则在高流量条件下表现出更高的磷和悬浮固体浓度。这种差异可能与不同类型的营养物质来源及其在不同季节的输送效率有关。

### 磷浓度的季节性变化

磷浓度的季节性变化在不同支流中表现各异。例如，Highland Creek在所有季节都表现出较高的磷浓度，而Don River在夏季和秋季的磷浓度则相对较低。这种现象可能与支流的地理特征、土地利用类型以及季节性降水模式有关。此外，研究还发现，某些支流在特定季节（如冬季）的磷浓度显著高于其他季节，这可能与冰层融化和雨水事件有关。

### 磷输送对湖泊生态系统的影响

磷的输送对湖安大略的生态系统具有重要影响。特别是在近岸区域，高浓度的磷可能导致水体富营养化，促进水生植物的生长，如底栖宏藻Cladophora和浮游藻类。这些藻类的生长不仅影响水质，还可能对湖泊的生态平衡产生负面影响。此外，磷的输送还可能影响湖泊的生物地球化学循环，包括营养物质的储存和释放过程。

### 研究的意义与未来方向

本研究提供了关于湖安大略支流磷和悬浮固体输送的重要信息，有助于理解不同流域类型对湖泊水质的影响。研究结果表明，城市化和气候变化共同作用，可能导致湖安大略的磷流失增加，特别是在冬季和春季。未来的研究应关注这些变化对湖泊生态系统的影响，以及如何通过管理措施减少磷的输入，以保护湖安大略的水质和生态健康。此外，研究还强调了季节性采样和长期监测的重要性，以便更全面地了解磷的输送模式及其对湖泊生态系统的潜在影响。