赣江流域土地利用方式对河流水质的影响

赣江是鄱阳湖的最大支流,是鄱阳湖水污染物的主要来源,查明流域土地利用方式对赣江水质的影响和鄱阳湖的水环境保护具有重要意义。基于2012年对赣江7个主要支流NH+4-N、TP、CODMn和DO浓度的每月测定结果,通过不同空间尺度和土地类型等级划分,利用相关分析和冗余分析研究土地利用方式对赣江流域河流水质的影响。研究结果表明,子流域的土地利用方式对TP的影响大于缓冲区;对CODMn的影响在丰水期大于缓冲区,在枯水期小于缓冲区;对NH+4-N的影响在丰水期与缓冲区接近,在枯水期小于缓冲区;DO受土地利用方式的影响较小。水田中的丘陵水田是赣江水体TP和丰水期CODMn的主要来源;平原水田是枯水期CODMn的主要来源。居民建设用地中的城镇用地是赣江水体TP、NH+4-N和丰水期CODMn的主要来源,农村用地是CODMn的主要来源。水域中的水库坑塘是赣江水体TP和丰水期NH+4-N、CODMn的主要来源。     

城市土地利用异质性对湖泊水质的影响

土地利用类型与水体水质之间存在显著相关关系,这种相关关系受到土地利用类型及其空间分布的影响.人类活动造成流域中不同汇水单元间土地利用异质性,进而影响和改变了汇水单元水质状况.在自然或半自然区域内,采用多个汇水单元的综合分析能够体现出流域土地利用类型与水质的相关关系.然而,在城市区域中,可能存在由于土地利用特征差异而导致这种相关关系的抵消和降低,致使分析结果与实际存在偏差.为证实这一现象的存在,选取武汉市汉阳地区龙阳湖等4个湖泊流域为研究对象,分别从汇水单元综合分析、以影响水质的主要用地类型作为变量进行聚类分析和以湖泊流域为对象的分析等3个角度,分析汇水单元间的土地利用特征差异对水质的影响,结果显示土地利用异质性影响甚至改变了土地利用类型与水质的相关关系.因此,在研究城市土地利用与水体水质相关性时,需要同时考虑土地利用类型的特征和格局.     

不同时空尺度下土地利用对洱海入湖河流水质的影响

土地利用与入湖河流水质的关系存在时空差异。以洱海西部入湖河流及其小流域为研究对象,综合空间分析和数理统计手段,探讨两者随空间尺度和时间变化的关系,结果表明:选取的小流域、河岸带30m缓冲区、河岸带60m缓冲区和河岸带90m缓冲区4种尺度下,对入湖河流水质影响显著的土地利用类型为建设用地和植被(包括林地和牧草地),影响最大的空间尺度为小流域尺度,河岸带30m缓冲区次之;小流域尺度下,建设用地面积百分比与入湖河流COD和TP浓度呈正相关,植被面积百分比与NH_4~+-N浓度呈负相关,响应土地利用的主要水质指标为TN和TP,回归调整系数分别为0.624和0.579;季节性关联分析表明建设用地与COD、NH_4~+-N、TP的回归关系在雨季强于旱季,植被与COD、TP的回归关系在雨季强于旱季,雨季建设用地和植被面积变化引起COD浓度变化更快。在流域管理中,针对植被覆盖率低、建设用地占比高的白鹤溪和中和溪应重点加强雨季土地利用管控,增加植被覆盖率,合理开发建设用地。     

不同地貌条件下景观对河流水质的影响差异

景观对河流水质的影响在不同地区、不同空间尺度上存在差异。以赤水河流域为研究对象,根据地貌特征将研究区分为喀斯特地貌和非喀斯特地貌,在划分的29个子流域内采集测试水质数据,所选用的水质指标有溶解氧(DO)、电导率(EC)、总氮(TN)和总磷(TP),运用空间分析及数理统计方法,分析流域内不同地貌区景观之间的差异,探究不同空间尺度上景观与水质指标之间的关系。结果表明:(1)流域内景观组成以林地和灌草为主,建设用地和耕地次之,景观组成在不同地貌区各空间尺度上存在差异。建设用地和耕地对水质具有负面影响,且在碳酸盐岩地区更显著;林地对水质具有正面影响;灌草对水质的影响相对复杂。(2)流域内水质表现为碳酸盐岩地区优于碎屑岩地区。景观破碎化指数与总氮(TN)、总磷(TP)呈正相关,是水质变化的重要影响因素;景观聚集度指数与溶解氧(DO)呈正相关;景观破碎化指数和景观聚集度指数与电导率(EC)的关系在两个地区呈相反的结果。(3)不同地貌区景观对河流水质具有不同程度的影响。在两个地区,景观组成对河流水质解释能力最大空间尺度均为河岸带尺度,解释率分别为53.4%和59.1%;景观格局对河流水质解释能力最大...     

泸沽湖流域土地利用方式对土壤肥力的影响

为探讨泸沽湖流域不同土地利用方式对土壤肥力的影响,采用野外调查、取样和室内分析相结合的方法,对泸沽湖流域内3种主要土地利用方式(农田、草地、林地)的土壤理化性状进行对比分析。结果表明:(1)土地利用类型对土壤肥力影响明显,农田含水率、全氮、速效氮、速效磷和速效钾含量相对较高;(2)林地有机质含量相对较高,草地全磷全钾含量相对较高;(3)土壤养分含量与土壤颗粒组成之间有一定的相关性,其中土壤全磷与砂粒呈显著正相关,土壤速效氮含量与粉粒呈显著负相关。     

深圳市土地利用变化对流域径流的影响

土地利用所引起的流域下垫面变化严重影响着洪涝灾害的致灾过程,以深圳市为例,探讨下垫面条件对流域径流过程的影响,应用美国农业部水土保持局（Soil Conservation Service)研制的小流域设计洪水模型-SCS模型对深圳市部分流域进行了径流过程的模拟,重点分析 了土地利用方式、土壤类型、前期土壤湿润程度等下垫面因素以及降雨因素对降雨-径流关系的影响。结果表明,随着人类活动的加剧,土地利用的变化使径流量趋于增大;降雨强度越大、前期土壤湿润程度而发生变化,CN值（Curve Number)的高值区主要集中在城市用地和水体;低值区主要出现在林地、灌草地、果园等植被覆盖较好,地势起伏较大的地区。     

土地利用方式和社会经济对大伙房水库上游河流水质空间异质性的影响

根据2012 年8-9 月大伙房水库上游河流水体采样数据, 利用GIS 技术和地统计学方法, 分析了水质指标TN、TP、NH4⁺-N、COD_cr、BOD₅、pH、DO 和硅酸盐的空间变异特征, 并运用冗余分析的方法识别不同土地利用方式和社会经济状况对河流水质的影响。研究结果表明, 大伙房上游河流水质指标在空间分布上存在较大差异, 浑河(清原段)水质状况优于社河和苏子河, 靠近库区及库区周边小支流水质状况变差。TN、TP、NH4⁺-N、BOD₅ 和DO 的结构比大于75%, 说明其空间变化主要由随机性因素引起的, 硅酸盐结构比较小, 说明其受结构性因素影响显著。土地利用和社会经济的影响在大伙房上游水质空间分布占有重要份额, 其中土地利用能解释流域水质变异的16.2%, 具体表现为TN 和NH4⁺-N 含量与草地所占比例呈显著负相关, 与耕地所占比例呈显著正相关。TP、COD_cr、BOD₅、pH和硅酸盐含量与林地所占比例呈显著负相关, 与水域面积、建设用地和未利用地所占比例呈显著正相关。社会经济能解释大伙房上游水质变异的12.1%, 主要表现为水体TN、TP 含量与人均GDP 呈正相关, COD_cr 和BOD₅ 含量与工业比重呈正相关。因此, 合理配置土地类型、调控工业、农业和服务业等产业结构将在流域水生态管理中起到重要作用。     

景观格局的影响——以新疆玛纳斯河流域为例

国家重点基础研究发展计划资助项目（2009CB825105）;中国科学院研究生科技创新与社会实践资助专项（2009）;中国科学院“西部之光”人才培养计划资助项目(XBBS200903)     

土地利用方式对滇池流域土壤养分时空分布的影响

选择滇池流域6种土地利用方式(废弃大棚区、林地、坡耕地、台地、平坝菜地和设施大棚菜地)逐月定点测定表层土壤pH以及氮、磷和有机质含量,分析土地利用方式对滇池流域土壤养分时空分布的影响.结果表明:研究区不同土地利用方式的土壤pH、有机质含量、总氮含量、总磷含量、C/N均存在显著差异.pH值依次为废弃大棚＞平坝菜地＞设施大棚＞台地＞坡耕地＞林地;有机质含量依次为废弃大棚＞平坝菜地＞设施大棚＞坡耕地＞林地＞台地;总氮含量依次为设施大棚＞平坝菜地＞废弃大棚＞坡耕地＞台地＞林地;总磷含量依次为平坝菜地＞设施大棚＞废弃大棚＞坡耕地＞台地＞林地;C/N值依次为林地＞坡耕地＞平坝菜地＞台地＞废弃大棚＞设施大棚.土壤中有机质、氮、磷含量受施肥、灌溉、田间耕作及季节因素等影响.不同样点各指标的高值均出现在雨季,可能与当地追肥习惯有关.各种土地利用方式下,土壤总氮、总磷和有机质含量之间呈显著正相关.高强度利用的设施大棚和废弃大棚的土壤pH以及氮、磷、有机质含量明显异于人为扰动较小的林地和台地.     

遗传算法支持下土地利用空间分形特征尺度域的识别

针对土地利用空间分形特征只存在于有限尺度域的现象,采用无标度区内离散点拟合的离差平方和平均值最小作为目标函数,提出了一种基于遗传算法的土地利用空间分形特征尺度域的识别方法,用于准确计算分形维数的有效区间范围。以武汉市武昌区水域空间分形特征为例,利用Quickbird多光谱遥感影像提取土地利用空间信息,重点讨论了基于遗传算法识别土地利用空间分形特征尺度域范围的总体思路、适应度函数和遗传算子等环节;然后分别从测定系数、标准差和无标度区间3个角度,将其同人工判断法、相关系数法以及强化系数法进行对比讨论;并结合研究区域实际的水域空间分布格局,分析不同方法计算所得半径维数的合理性。结果表明,土地利用分形特征尺度域的范围对分形维数计算结果有较大影响;相对于传统计算方法来说,遗传算法在尺度无标度区间识别上具有更高的精度,可以为土地利用空间格局分形特征的研究提供客观指导意见。     

生境破碎化过程对流域生境质量的影响

近几十年来,随着工业化、城市化的加速推进,人类活动对自然生境的干扰越来越频繁,导致生境破碎化与生境质量下降。在流域尺度上科学模拟生境破碎化过程及其对生境质量的影响,对于提升生物多样性和生态系统功能具有重要意义。以鄱阳湖流域为研究区域,基于InVEST模型分析区域生境质量的演变特征;从生境面积、生境边缘和生境隔离三个特征维度模拟生境破碎化过程;采用广义加性模型和地理探测器探究不同生境破碎化过程对生境质量变化的影响与交互作用。研究结果表明:(1)鄱阳湖流域生境质量呈下降趋势,从2000年的0.7862下降到2010年的0.7807,再下降到2020年的0.7715,但总体生境质量较好。生境质量较优的区域主要分布在流域南部、东北部以及西部地区,生境质量较差的区域主要分布在各个子流域的交界处。(2)2000-2010年,鄱阳湖流域生境面积占比下降、生境边缘增加和生境隔离增加三个生境破碎化过程分别占总研究区网格数的34.70%、30.15%和4.50%;2010-2020年分别占总研究区网格数的34.80%、30.69%和4.40%;2000-2020年分别占总研究区网格数的40.82%、37.50%和5.46%。生境面积减少的网格主要集中在鄱阳湖流域的中北部地区;生境边缘增加的网格分布和生境面积减少的网格分布相似;相比之下,生境隔离增加的网格较少,主要分布在各城市的中心城区范围。(3)生境破碎化过程对生境质量具有显著影响,两者呈非线性负相关关系;三个生境破碎化过程两两之间交互作用对生境质量的影响呈现双因子增强趋势。研究结果可为鄱阳湖流域生态格局优化与生境质量提升提供科学参考。     

云南省抚仙湖和杞麓湖流域土地利用变化对水质的影响

基于遥感技术和相关性分析方法对云南省2个典型高原湖泊抚仙湖和杞麓湖流域土地利用与湖泊水质关系进行了研究.结果表明:1989-2005年2个流域森林(灌丛)和建筑用地大量增长,荒地和农田有所减少,杞麓湖的污染程度比抚仙湖严重,2个湖泊的水质都呈下降趋势;湖滨200 m左右的缓冲带变化明显,且比流域其它土地利用变化对水质影响更大;城镇化和密集的农业耕作产生的面源污染是影响湖泊水质状况持续下降的重要因素,2个湖泊流域的土地利用结构不同也导致二者之间水质的差异.     

不同空间特征尺度下景观格局对水质的影响

探究空间特征尺度下景观格局与水质的关系,对正确揭示格局如何影响水体污染迁移过程具有重要意义。本研究以福建省闽江流域为例,划分子流域、河岸和圆形缓冲区3种空间尺度,收集流域内26个监测断面的水质数据,基于Landsat-8影像分析景观格局特征。利用半变异函数、冗余分析等手段,识别各空间尺度的特征尺度,探讨在空间特征尺度下景观格局对水质的影响。结果显示：(1)闽江流域水质总体达到Ⅱ类标准,但仍存在超标水质,主要由水产禽畜养殖所致。(2)河岸尺度的特征尺度在1000 m缓冲区,而圆形缓冲区的特征尺度在2000 m。(3)子流域尺度景观格局对水质的总解释最强,达58.4%,其次为河岸(45.2%)、圆形缓冲区尺度(38.4%)。(4)林地的聚集程度和城镇最大斑块指数是影响水质的主要景观格局变量。上游汇水单元是未来水资源管理的关键区域,减少污染排放,增大林地优势和聚集程度,打破大面积建成区的连续性,有助于净化水质。     

不同土地利用方式对城市土壤质量的影响

通过对兰州市西固区种土地利用类型(工业园区、道路两侧、农业、居民区和公园)320个土壤样品的测试,研究了不同土地利用方式对城市土壤理化性状和Pb、Zn、Cd、Cu、Hg元素积累的影响.在种类型土壤中,工业园区土壤的pH值最低而电导率最高,道路两侧土壤有机碳含量显著高于居民区、公园和农业土壤;Pb、Zn、Cu、Cd和Hg的含量在种类型土壤中存在显著差异,并明显高于兰州市土壤背景值;计算得到的工业园区、道路两侧、农业、居民区和公园土壤的内梅罗综合污染指数分别为4.9、3.7、4.0、2.4和2.2.结果表明,不同土地利用方式对城市土壤质量的影响不同,工业活动的影响最大,交通污染次之,再依次为农业活动及居民生活.     

云南省把边江流域不同土地利用方式对大型底栖动物群落的影响

研究土地利用对大型底栖动物群落的影响,对流域土地利用规划修编和河流生态修复等有重要意义。以红河上游的把边江流域为研究区,调查大型底栖动物群落现状,计算37个样点上游集水区土地利用组分、配置、多样性和水文距离4个方面20个土地利用指标,分析不同土地利用方式对大型底栖动物群落的影响。本次调查共鉴定出25个大型底栖动物分类单元,其中水生昆虫最多,占分类单元总数的72%;摄食功能群以捕食者（PR）、刮食者（SC）和直接收集者（GC）为主。把边江流域城镇用地和林地对大型底栖动物群落的影响占主导地位,而耕地对大型底栖动物群落的影响较小。影响把边江流域大型底栖动物群落的关键土地利用指标为城镇用地面积比（3PLA）、城镇用地最大斑块指数（3LPI）、城镇用地聚合指数（3AI）、城镇用地水流长度（3FLOW）、林地最大斑块指数（1LPI）和林地形状指数（1LSI）。土地利用组分、配置和水文距离是影响把边江流域大型底栖动物群落的主要方面,而土地利用多样性对大型底栖动物群落的影响较小。大型底栖动物物种密度和物种多样性与3PLA、3LPI、3AI、3FLOW和1LSI呈负相关,与1LPI呈正相关。1LPI与浮游目（如小蜉科、扁蜉科）为代表的清洁物种呈现较明显的正相关关系。城镇用地指标与SC和SH（撕食者）密度具有显著的负相关关系,与GC密度有较弱的正相关关系,而与其他功能群没有明显的相关关系。SC和SH对水质和环境条件敏感,而GC对人类干扰耐受性较强。1LPI与SC和FC（滤食收集者密度）正相关,而与PR和GC密度负相关。SC和FC对生境的完整性要求较高,而GC和PR对人为干扰和较为破碎的生境更为适应。一方面,随着城镇用地的规模、边界复杂性和聚集程度增加,研究区大型底栖动物密度和多样性降低;另一方面,随着林地完整性降低,大型底栖动物物种均匀度降低。土地利用与大型底栖动物物种多样性和功能群多样性的关系不完全一致,1LSI和3FLOW与物种多样性负相关,而与功能群多样性呈正相关关系,土地利用对物种-功能群-群落不同尺度上的影响差异还需要更深入的研究。     

不同空间尺度松嫩平原土地利用强度变化及其对气候因子的影响

土地利用/覆盖变化通过改变地面反射率对区域气候产生直接的影响,探究不同空间尺度下土地利用/覆盖变化对气候因子的影响具有重要意义。基于人机交互式方式提取松嫩平原土地利用信息,利用Matlab编程方式获取研究区域内1985-2015年间不同空间尺度土地利用强度变化情况,研究不同空间尺度下松嫩平原土地利用强度时空变化特征及其对气候因子的影响。研究结论：①不同空间尺度的土地利用强度的均值分别为3.92、3.92、3.93、3.93以及4.34,均值呈现逐渐增加的变化趋势;② 1980-2018年间松嫩平原年平均降水量呈现下降的趋势,其下降的变化率为-9.89 mm/10 a,年平均温度变化呈现上升的趋势,其上升的变化率为0.256℃/10 a;③松嫩平原土地利用强度与降水之间呈现负相关,即对降水量增加表现为抑制作用,与温度之间呈现较为明显的正相关,即对温度的增加表现为促进作用,且随着空间尺度不断增加其抑制或促进作用均表现为先增强后减弱的变化趋势;④偏相关和复相关分析知,松嫩平原土地利用强度与降水、温度呈现明显的相关性,且10 km网格空间尺度上土地利用强度对区域气候的作用表现得更为明显。     

冻融交替对科尔沁沙地不同土地利用方式土壤呼吸的影响

在中高纬度和高海拔地区,冻融作用影响土壤的理化性质和微生物性状,进而影响土壤呼吸过程。研究冻融作用下土壤呼吸的变化,对准确估算全球碳循环具有重要意义。以科尔沁沙地沙质草地、樟子松疏林草地和农田为研究对象,通过冻融实验比较不同土地利用方式和冻融循环对土壤呼吸的影响。结果表明:土地利用方式对土壤呼吸有显著影响,在未发生冻融作用时沙质草地土壤呼吸速率显著大于樟子松疏林草地和农田(P0.05),3种土地利用方式的土壤呼吸平均速率分别为0.339、0.258和0.234μmolCO2.m-2.s-1;不同冻融循环对沙质草地和樟子松疏林草地土壤呼吸影响显著(P0.05)。其中,一次冻融循环条件下沙质草地、樟子松疏林草地和农田土壤呼吸平均速率分别为0.276、0.243和0.233μmolCO2.m-2.s-1,多次冻融循环条件下分别为0.314、0.274和0.259μmolCO2.m-2.s-1;沙质草地、樟子松疏林草地和农田的Q10值分别为116.0、26.2和16.4,表明冬季低温条件下土地利用方式强烈影响土壤呼吸对温度的敏感性。     

不同土地利用方式对桂西南岩溶山地土壤酶活性的影响

以桂西南典型喀斯特地区不同土地利用方式(裸地、农田、荒草地、灌丛和次生林)为对象,研究不同土地利用方式下土壤酶活性的变化规律。结果表明:土地利用方式对土壤酶活性影响显著,除蔗糖酶外,脲酶、蛋白酶、淀粉酶、碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶、多酚氧化酶和纤维素酶总体变化规律相似,次生林土壤酶活性显著高于其它土地利用方式,其次是灌丛和农田,荒草地较低,裸地酶活性最低;总体上相同土地利用方式下湿季酶活性高于干季。相关性分析表明土壤脲酶、蛋白酶、淀粉酶、碱性磷酸酶、纤维素酶和多酚氧化酶等相互之间关系密切,并与土壤主要养分含量呈显著相关性,是土壤质量评价的一个参考指标。不同土地利用方式下土壤微环境、植被构成等因素导致了土壤酶活性的差异性。为实现桂西南岩溶山地生态系统的健康发展,在目前人为干扰不可避免的情况下,该区域应尽量选择以林地恢复为主的土地利用方式。     

流域土地利用变化对不同重现期洪水的影响——以奉化江皎口水库流域为例

土地利用变化对流域洪水过程产生显著影响,并导致设计洪水发生变化。为进一步指导流域防洪及水库洪水设计,以浙东沿海奉化江皎口水库流域为例,应用HEC-HMS水文模型模拟分析土地利用/覆被变化(LUCC)对不同重现期暴雨洪水事件的影响。结果表明,流域内1985—2003年土地利用变化引起不同重现期洪水过程与洪水量级发生改变,其中,洪量和洪峰均增加,洪量较洪峰变化明显。LUCC对小洪水过程影响更明显,5年一遇以上洪水的洪峰和洪量分别平均增加3%和7.6%,而小于2年一遇洪水的洪峰和洪量分别平均增加5.41%和11.91%。同时,LUCC使100年、50年和25年一遇洪水重现期分别提前了15、6a和2a,即其对量级最高的特大洪水的重现期影响最大。此外,不同的土地利用转变方式对洪水的影响程度不一,其中,林地向裸地转变对洪水影响最大,林地向灌草地转变次之,林地向耕地变化对洪水影响最小,且这种差异性在低重现期洪水表现更明显。     

不同土地利用方式对河北坝上步甲物种多样性的影响

为了探讨土地利用方式对步甲物种多样性的影响及其与环境因子的关系, 于2009年5-10月利用巴氏罐法, 对河北坝上塞北管理区内的灌草丛、马铃薯地、苜蓿地、围封草地、中度放牧草地和重度放牧草地6种生境的步甲进行了系统调查。结果表明: （1）共捕获步甲标本10 804号, 计10属18种, 其中强足通缘步甲Pterostichus fortipes、侧步甲Carabus latreillei和双斑猛步甲Cymindis binotata占优势, 个体数分别占总数的67.5%, 7.53%和7.06%。（2）苜蓿地中的步甲密度、物种丰富度、Margalef丰富度指数、Shannon-Wiener多样性指数和均匀度指数均较高, 其他样地较低。（3）聚类分析结果显示, 不同生境的步甲群落相似性与受干扰强度和土地利用方式一致。（4）步甲主要在6-9月活动, 高峰期为7-8月。各物种在不同土地利用方式生境内的季节变化趋势与不同生境植被生长季节相关, 步甲个体数量随着植物生物量的增加而增加。强足通缘步甲Pterostichus fortipes高峰期大多出现在植物生长旺盛的7月, 仅围封草地内的高峰出现在8月; 双斑猛步甲Cymindis binotata的高峰期出现在8-9月。（5）典范对应分析表明, 土壤含水量、土壤温度、植物盖度、植物生物量及植株高度是影响步甲群落组成的重要环境因子。结论认为, 不同土地利用方式对环境的干扰影响了步甲赖以生存的生境, 进而影响了其物种的组成和数量分布格局。