流域景觀格局對(duì)洪澤湖富營養(yǎng)化狀態(tài)的影響研究

俞蘊(yùn)馨 馬洪石

摘要：流域土地利用顯著影響水質(zhì)質(zhì)量，而湖泊富營養(yǎng)化破壞水生態(tài)系統(tǒng)、威脅水體安全。文章基于SWAT模型劃分洪澤湖上游自然流域邊界，井利用洪澤湖水質(zhì)數(shù)據(jù)及其上游淮河子流域土地利用數(shù)據(jù)，分析了洪澤湖富營養(yǎng)化分布特征及其與流域土地景觀格局之間的關(guān)系。結(jié)果表明，淮河八湖口附近富營養(yǎng)化指數(shù)相對(duì)較高，流域內(nèi)景觀格局指數(shù)最大斑塊指數(shù)LPI、面積加權(quán)分形指數(shù)FRAC-AM與湖泊富營養(yǎng)化指數(shù)呈顯著相關(guān)關(guān)系，結(jié)合流域景觀特征認(rèn)為子流域水體景觀面積降低以及人類日趨頻繁開發(fā)活動(dòng)是導(dǎo)致湖泊富營養(yǎng)化的重要因素，應(yīng)加大對(duì)淮河干流水體的保護(hù)力度。

關(guān)鍵詞：淮河流域；景觀格局；富營養(yǎng)化；洪澤湖

中圖分類號(hào)：X524 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

前言

城市化進(jìn)程的不斷加快導(dǎo)致了土地資源利用模式的粗放化與負(fù)面化，不恰當(dāng)?shù)耐恋乩脤?dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化，在污染物產(chǎn)生、遷移和轉(zhuǎn)化過程中具有重要作用。湖泊水體作為淡水資源的重要部分與生產(chǎn)生活息息相關(guān)，湖泊水體的周期性與難修復(fù)性特征意味著湖泊水體遭受污染，恢復(fù)湖泊生態(tài)環(huán)境質(zhì)量耗時(shí)耗力。土地利用影響水質(zhì)，但土地利用統(tǒng)計(jì)分析具有一定的局限性，因而以土地利用景觀格局分析模型來探索土地利用與水體之間的關(guān)系成為較多研究的主題，集中在景觀指數(shù)數(shù)值分析、流域景觀結(jié)構(gòu)變化分析以及不同空間尺度的變異特征等方面，而在流域尺度上景觀格局對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的影響目前還需要細(xì)化討論。

富營養(yǎng)化是中國湖泊面臨的突出環(huán)境問題之一。洪澤湖90%的人湖水來自于淮河，而隨著淮河流域人口增長與土地利用強(qiáng)度的不斷上升，流域內(nèi)景觀格局發(fā)生了巨大的變化，洪澤湖長期處于中輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)。文章選擇洪澤湖及人湖5 km流域?yàn)檠芯繀^(qū)域，通過2019年-2021年采集的水質(zhì)數(shù)據(jù)對(duì)洪澤湖富營養(yǎng)化狀態(tài)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，綜合流域內(nèi)部景觀格局指數(shù)結(jié)果探究了洪澤湖上游景觀格局與富營養(yǎng)化之間的關(guān)系，以期為洪澤湖富營養(yǎng)化管控及其上游淮河流域土地利用優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)與方法

1.1研究區(qū)概況

洪澤湖是中國第四大淡水湖，也是江蘇省第二大淡水湖，水域面積約1 600平方千米。洪澤湖地處淮河中下游結(jié)合部位于江蘇省北部，分屬淮安、宿遷兩市，地理位置在東經(jīng)118°10′-118°52′，北緯33°06′-33°40′之間。洪澤湖作為平原淺水湖泊，其水資源補(bǔ)給主要來自地表徑流，其中淮河則是洪澤湖最主要的輸入源。作為南水北調(diào)重要調(diào)蓄庫以及蘇北地區(qū)水源地，洪澤湖資源豐富承擔(dān)區(qū)域內(nèi)水源地、灌溉、航運(yùn)、改善環(huán)境、涵養(yǎng)水源以及生物多樣性維持等多種功能，具有十分重要的生態(tài)價(jià)值。

1.2數(shù)據(jù)來源

為了探究淮河流域陸地要素對(duì)洪澤湖富營養(yǎng)化狀態(tài)的影響，綜合考慮洪澤湖湖泊流域尺度與研究范圍等地理特征因素，選擇洪澤湖上游淮河主干流至人湖口5 km范圍內(nèi)緩沖區(qū)的自然匯水特征流域?yàn)橹饕芯繀^(qū)域。基于ALOS對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星掃描合成孔徑雷達(dá)載荷采集的12.5 m數(shù)字高程模型DEM數(shù)據(jù)，利用廣泛應(yīng)用于流域尺度劃分的SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型工具提取淮河干流的自然流域矢量邊界。為了對(duì)洪澤湖富營養(yǎng)化狀態(tài)進(jìn)行定量化的評(píng)價(jià)，綜合湖泊空間特征共布設(shè)平均分布于全湖的6個(gè)采樣點(diǎn)位進(jìn)行水質(zhì)采樣，并通過實(shí)驗(yàn)室分析得到各采樣點(diǎn)位相關(guān)水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)。同時(shí)基于2019年-2021年多幅中高分辨率衛(wèi)星遙感影像對(duì)劃分子流域內(nèi)部土地利用分類進(jìn)行解譯，參考《土地利用現(xiàn)狀分類（GB/T 21010-2017）》標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合區(qū)域特征以及研究需要，將影像解譯為耕地、林地、草地、水體以及建設(shè)用地五種類型，得到近三年土地利用類型數(shù)據(jù)。

1.3統(tǒng)計(jì)分析

使用綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TU）方法來評(píng)價(jià)洪澤湖富營養(yǎng)化狀態(tài)，分別選擇葉綠素a（chl-a）、總氮（TP）、總磷（TN）、高錳酸鹽指數(shù)（CODm）和透明度（SD）五個(gè)水質(zhì)參數(shù)指標(biāo)并以葉綠素a（chl-a）為計(jì)算基準(zhǔn)參數(shù)計(jì)算2019年-2021年三個(gè)年度洪澤湖綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)。綜合營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)具體計(jì)算公式參照研究，最終指數(shù)計(jì)算結(jié)果能夠說明湖泊的富營養(yǎng)化狀態(tài)，一般使用0-100對(duì)富營養(yǎng)化狀態(tài)進(jìn)行分級(jí)，指數(shù)值越高營養(yǎng)化程度越高。當(dāng)TU指數(shù)值高于50時(shí)一般認(rèn)為湖泊呈富營養(yǎng)化狀態(tài)，其中TU指數(shù)值在50-60之間為輕度富營養(yǎng)化狀態(tài)，在60-70之間為中度富營養(yǎng)化狀態(tài)，大于70則為重度富營養(yǎng)化狀態(tài)。

景觀格局即各地理實(shí)體的類型、數(shù)目在空間上的構(gòu)成與分布特征，景觀指數(shù)則是對(duì)景觀格局的高度概括以及定量化表示。但描述景觀格局的指標(biāo)指數(shù)較多且指標(biāo)意義多有重疊，為了快速且全面探究研究區(qū)景觀格局與湖泊富營養(yǎng)化狀態(tài)之間的聯(lián)系，基于研究需要綜合考慮流域與湖泊的地理特征，選取景觀水平上的7個(gè)景觀格局指數(shù)（如表1所示）來反映景觀格局特征。利用Frag-stats 4.2軟件與近三年的土地利用類型數(shù)據(jù)對(duì)景觀格局指數(shù)進(jìn)行計(jì)算。