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土地利用/覆被变化(LUCC)研究是人类活动对全球变化影响研究的前沿和热点。流域土地利用/覆被变化对营养盐输出影响是LUCC水环境效应研究的重要内容。太湖流域土地利用变化剧烈,水环境问题突出,研究太湖地区土地利用变化对流域氮磷营养盐输出影响具有重要的理论和实际意义。本文选择太湖上游重要支流西苕溪流域为研究区,在野外观测典型小流域营养盐输出的基础上,综合运用地理学、环境科学、景观生态学等理论,采用遥感、地理信息系统、地学统计等定性与定量结合的方法和手段,系统分析了西苕溪典型小流域氮磷营养盐输出的季节变化过程及原因;构建输出系数模型模拟了近20年来西苕溪流域营养盐输出的时空变化差异;从土地利用类型变化、结构变化及强度变化的角度分析了流域土地利用/覆被变化对氮磷营养盐输出的影响。主要研究结论如下:
1.流域营养盐输出是受多种影响因素综合作用的复杂过程,小流域氮磷营养盐浓度季节变化不一致的现象是面源污染产生过程和机理复杂性的体现。西苕溪典型小流域氮磷营养盐输出具有一定的时间变化规律性。大部分小流域的营养盐输出浓度7月份最高、9月份其次、12月份最低。这主要是受西苕溪流域降雨的年内时间变化影响,其中代表梅雨季节末期的7月份浓度最高,代表台风雨时期9月份浓度次之,而代表枯水期的12月份浓度最低。也有部分小流域由于受施肥等因素的影响,其营养盐输出季节变化特征不同。同一月份,不同土地利用方式营养盐输出差异,耕地比例大的小流域输出较高,而林地比例大的小流域输出相对较低。因此降雨径流和土地利用是两个最重要的影响因素。
2.利用实测数据估算了不同土地利用类型营养盐输出系数,并结合降雨径流数据构建了营养盐输出系数模型,估算了西苕溪营养盐输出负荷。根据小流域出口营养盐输出浓度与土地利用类型构成的关系,估算得到西苕溪流域2004年各种土地利用类型氮磷营养盐输出系数,并根据1985年、1995年历史时期的输出系数主要影响因素(施肥量)的变化情况,以2004年输出系数为基础反演获得1985年与1995年的营养盐输出系数,结合降雨径流空间差值数据构建了不同时期的营养盐输出系数模型,估算了西苕溪流域氮磷营养盐输出负荷。其中西苕溪流域2004年TN输出负荷为2121.3吨,TP输出负荷为49.3吨;1995年TN输出负荷为2931.8吨,TP输出负荷为69.0吨:1985年TN输出负荷为1178.2吨,TP输出负荷为14.7吨。
3.流域土地利用类型变化、土地利用结构变化及土地利用强度变化对氮磷营养盐输出具有重要影响。土地利用类型对营养盐输出具有直接影响。耕地、居民地等类型与营养盐输出具有正相关关系;林地则相反,其面积比例与营养盐输出呈负相关关系。以小流域土地利用多样性指数反映土地利用结构差异,随着小流域土地利用多样性指数的增大,TN、TP的输出浓度与输出强度增大。用土地利用程度指数反映小流域的土地利用强度,随着空间上小流域的土地利用程度指数增大,TN、TP的输出浓度与输出强度增大。其中反映土地利用强度的化肥施用量增加对营养盐输出影响更是十分明显,是直接导致西苕溪大部分小流域2004年营养盐输出水平比1985年增大的重要原因。总体而言,土地利用/覆被类型变化对流域营养盐输出具有重要影响。