西泉眼水库汇水区土地利用景观格局与水质特征关系研究

【摘要】：土地利用是水环境质量发生变化的重要驱动因子之一。研究土地利用变化及其与水环境质量之间的时空关系,是查明水质变化的重要前提和基础。本文选取西泉眼水库汇水区为研究区,以区域土地利用/覆被变化为主要突破口,分析西泉眼水库汇水区自1986年以来25年的土地利用变化及土地利用变化与水质的时空关系。论文以GIS和RS技术为支撑,以Landsat卫星TM影像为基本数据源,分别提取了1986年、1995年、2000年和2010年四期土地利用数据。并通过实验室理化分析得到2010年8月、9月和10月西泉眼水库汇水区的水质参数,利用单因子污染指数法和灰色关联法评价了该区域的水环境质量。并基于景观指数法和土地利用变化分析模型探讨了该区域25年来土地利用变化的时空格局,分析了流域土地利用与流域水质的时空关系。其主要研究结果如下： 西泉眼水库汇水区三个时期土地利用/覆被变化的数量、结构、转换特征及空间变化分析表明：旱地增长最明显,净增加12284.263hm2；水域与水田面积也有较大的增长；有林地在三个研究时间段内均减少明显,1986年至2010年共减少16427.656hm2；三个比较时段内有林地、疏林地和农村居民点的保留率高,都在92%以上。旱地的转入方式主要有有林地→旱地、灌木林→旱地、高覆盖度草地→旱地、水田→旱地,旱地主要转为有林地；有林地的转出贡献率最大。优势土地利用转移过程占总转移过程的70%左右,主要表现在有林地→旱地、旱地→有林地、旱地→水田、水田→旱地、旱地→水域五个主要类型。其中林地→旱地转移过程的贡献率最大,三个阶段分别为26.95%、40.69%和63.42%。 运用单因子污染指数法和灰色关联分析法对8个断面2010年8月、9月和10月的水质进行评价,灰色关联分析法的评价结果表明,西泉眼水库汇水区的水质状况良好,总体达到Ⅱ类水质标准。但是,参照单因子污染指数法评判结果发现,R1-R4断面总氮水平偏高,达到IV类水质。其原因可能是,R1-R4断面周边存在大量旱地和水田,田间管理活动对断面水质产生了严重影响。R5,R6断面,总磷浓度达到V类水质,是因为R5、R6断面为阿什河与黄泥河流经平山镇以及数个自然村屯后,汇入西泉眼水库的入水口。 西泉眼水库汇水区景观格局变化明显：景观斑块的不规则性升高,流域内斑块数量增多,景观总体破碎化程度增加,景观结构组分的复杂性趋于升高；流域上游景观格局趋于多样化。有林地与旱地为该区域的优势土地利用类型,区域景观优势斑块类型连接性良好,流域内景观的聚合情况降低,最邻近斑块之间的距离增加。 水质参数指标与各子流域景观指数关系分析表明：8月水质参数指标与各景观指数有相关性但不显著。9月水质参数指标中氨氮与PD呈正相关,与ENN_MN、ED和AI呈负相关。10月水质参数指标中DO(溶解氧)与SHAPE_MN呈负相关；BOD5(生物需氧量)与SHDI呈负相关；总磷与SHAPE_MN呈正相关。土地利用比例与水质关系相关分析表明仅9月各子流域土地利用比例与水质参数中的氨氮与疏林地呈正相关,与水田成负相关；TP(总磷)与其他林地呈正相关。 各子流域有林地土地利用的景观指数与8月水质参数中氨氮、CODMMn与ENN_MN呈正相关,TN与ENN_MN呈负相关。9月水质参数中氨氮与LPI和COHE呈负相关；TN与ENN_MN呈负相关。10月水质参数中TN与ENN_MN呈负相关。在各子流域农村居民点土地利用的景观指数仅与9月、10月水质关系密切相关。其中9月份的氨氮与PD和ED呈正相关,与ENN_MN呈负相关；TP与AI呈负相关；10月份的DO与AI呈正相关；TP与AI呈负相关。各子流域旱地土地利用的景观指数与2010年8月、9月和10月的水质参数都有一定的相关性,但并不显著。各了流域水田土地利用的景观指数与仅与9月水质参数关系密切相关,氨氮与COHE和AI呈负相关。