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冰沟河流域土地利用景观格局对河流水化学的影响

向鹃  
【摘要】:在全球变化的大背景下,土地利用/覆被变化受到了广泛关注。土地利用景观格局是土地利用/覆被类型的空间结构和数量组成的综合反映,受到各种自然和人为因素的共同影响,反过来又影响着各种生态过程。河流水化学特征受到各种生态过程和人类活动综合影响,因而,研究土地利用景观格局与河流水化学特征之间的关系具有重要的意义。本文对祁连山北坡、石羊河上游的冰沟河流域的土地利用景观格局与河流水化学特征之间的关系进行了研究。以2019年8月的土地利用数据和2019年4月至10月的河流水化学数据为基础,分别从以河水采样点为控制点的子流域尺度、河岸带尺度和1000 m辐射半径的扇形缓冲区尺度分析了各个区域内土地利用/覆被类型结构和景观格局特征;将整个河水采样期划分为雨季前、雨季和雨季后,分别从三个时段分析了冰沟河河流水化学时空分布特征,并分析了各个时段主要离子来源及控制因素。最后,通过冗余分析分析了不同时空间尺度下各土地利用类型及景观指数与河流水化学特征指标之间的关系,从而探讨了土地利用景观格局对河流水化学特征的影响。研究结果表明:(1)整体上,冰沟河流域土地利用/覆被类型分布垂直差异明显,从下游至上游依次分布着荒漠、草地、林地、高寒草甸和高寒荒漠,上游地区有少量的冰川积雪,水域主要以河流水面为主,耕地和建设用地集中分布于中下游地区的河岸。通过斑块密度、最大斑块密度和景观形状指数和景观分裂指数可以看出,中游地区的景观比较破碎,上游地区和水库入口采样点各尺度内景观相对完整,河岸带尺度内景观破碎度最高,子流域尺度内景观相对完整;蔓延度指数和斑块结合度指数显示,上游泉水河和泉水河中游与下游的水库入口采样点景观聚集度比较高,不同尺度间呈现子流域高于河岸带、扇形缓冲区最低的趋势;香浓多样性指数和香浓均匀度指数表明,两颗松、建筑工地、小村落和汇流点各尺度内各土地利用/覆被类型分布比较均衡,河岸带尺度内各类型分布最为均匀,缓冲区尺度下的空间差异最为明显。(2)冰沟河流域河水为弱碱性的淡水,水化学类型整体上呈现Ca2?-SO?2?-HCO?ˉ。TDS平均值为88.46 mg/L,浓度相对较低,水质较好。从空间上来看,自上游至下游,除西沟的水化学参数浓度明显偏高,其他采样点样品的主要水化学参数浓度整体上都呈现逐渐增加的趋势。从时间上来看,NO?ˉ和K?在雨季期间的浓度最高,在雨季之前的浓度最低,其他主要水化学参数表现为雨季之前的浓度最高,而雨季期间的浓度最低。(3)流域内,土地利用/覆被类型和景观格局对水化学特征的影响存在明显的时空差异。不同空间尺度比较分析结果显示,河岸带尺度下土地利用/覆被对水化学特征的解释度最高。其中,水域、林地、高寒草甸和高寒荒漠起到了―汇‖景观的作用,而建设用地和耕地则起到了―源‖景观的作用,草地和荒漠对水化学特征的影响不明显。景观格局在子流域尺度下对流域水化学特征具有更高的解释度,景观越破碎、景观多样性越小、斑块连通性越低,越有利于水化学元素的汇集。不同时段分析结果表明,雨季期间土地利用/覆被类型对水化学特征的影响最明显,而雨季之前的影响最小;景观格局则在雨季前对水化学特征的影响比较明显,景观破碎度与主要水化学参数呈正相关关系,景观聚集度和景观类型多样性、均匀性与主要水化学参数呈负相关。(4)冰沟河流域土地利用/景观格局对水化学特征影响比较明显,为了保护水环境,必须优化流域景观格局。要严格控制流域内的耕地和建设用地,保护林地、高寒草甸、高寒荒漠和水域,保护景观斑块完整性,降低景观破碎度;此外,还要根据不同空间尺度下景观格局的特征及其对水环境的影响特点,有针对性的进行土地利用调整和景观格局的优化。


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