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土地利用/土地覆盖变化是自然与人文过程交叉最为密切的产物。土地利用与水环境之间的关系是土地利用环境效应研究的重要内容。目前研究主要包括两方面的内容,一是基于土地利用的河流水量水质模拟研究;二是对于土地利用格局与河流水质的空间耦合关系研究。由于当前对营养盐在土壤及水土界面的输移过程和机理认识有限,模型研究主要用于面源污染负荷估算,对河流断面的营养盐浓度模拟还达不到实际应用所需的精度,因此从水环境管理出发,对土地利用构成与河流水质参数间定量关系的研究得到国内外研究者的青睐。目前在该方面的研究主要集中于对土地利用/土地覆被类型对水质变化敏感性、土地利用/土地覆被对水质影响的尺度效应和距离效应等方面。
巢湖是江淮中下游五大淡水湖之一,位于安徽省中部,长江北岸,受地形影响多条河流呈放射状汇入湖中。沿湖分布有省会城市合肥和巢湖地级市,流域范围涵盖14个区县,是安徽省经济发展水平较高的地区之一。自20世纪80年代末期开始,巢湖出现富营养化,目前水质整体处于劣Ⅴ类,严重危及沿湖城乡居民饮水安全。随着安徽省皖江城市带承接产业转移示范区建设的推进,巢湖及其入湖支流的水环境压力增大,流域水环境管理需求不断增强。
本文以巢湖流域土地利用与水环境质量间定量关系研究为主线,在水质监测数据和土地利用数据基础上,借助GIS空间分析功能和相关分析、回归分析以及冗余分析等数理统计手段,研究了子流域、小流域以及小作用区三个尺度下土地利用对水环境的影响性质和程度。得到的主要结论有:
(1)巢湖流域子流域尺度建设用地与各水质参数之间存在显著的相关关系,随着子流域范围内建设用地比重的增加,水质呈显著的下降趋势。
(2)小流域尺度建设用地对水质指标的影响最为显著,随着小流域内建设用地面积的增大,水质呈显著下降的趋势。林地对各水质参数有一定的改善作用,耕地的比重增加呈现出对水质的负面影响趋势,但不显著。比较而言,聚合小流域的土地利用结构更能解释监测断面的水质状况,但聚合与非聚合小流域之间的差异不大。
(3)小作用区尺度建设用地比重与水质之间的相关性不如子流域和小流域强。但是林地在多个规模的小作用区上,对水质有显著的改善效果。RDA分析结果表明林地和耕地在近河道区域因植被吸收、土壤滞留以及微生物降解等污染物截留功能而对水质有改善的效果,建设用地比重对水质影响在较大规模作用区内的程度更高。
(4)巢湖流域不同地形条件下,小作用区尺度的土地利用对水质参数的影响方式和影响程度存在一定差异。平原地区沿河林地分布对污染物削减效果更明显,山区建设用地对水质污染的贡献更为显著。因此,山区和平原地区差异化的土地利用管理政策是很有必要的。
(5)建设用地和林地对水质的影响均呈现出较明显的尺度效应,在用地布局规划中应尽量避免在敏感河流沿岸的大量建设用地分布,加强沿河1-1.5公里范围的防护林带建设,保护和改善河流水质。同时耕地对河流水质影响较为复杂,耕地面积的变化与水质相关关系不显著。