王 娟, 張 飛,*, 張 月, 任 巖 , 于海洋

1 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,烏魯木齊 830046 2 新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830046 3 新疆智慧城市與環(huán)境建模普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830046

艾比湖區(qū)域水質(zhì)空間分布特征及其與土地利用/覆被類型的關(guān)系

王 娟1,2,3, 張 飛1,2,3,*, 張 月1,2,3, 任 巖1,2,3, 于海洋1,2,3

1 新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,烏魯木齊 830046 2 新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830046 3 新疆智慧城市與環(huán)境建模普通高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,烏魯木齊 830046

為深入了解艾比湖周邊水質(zhì)空間格局的變化,利用2014年5月及2014年10月實(shí)測(cè)水樣采樣點(diǎn)研究了艾比湖區(qū)域4個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的空間變化趨勢(shì),包括pH、電導(dǎo)率、礦化度及全鹽。結(jié)果表明：(1) 探討2014年內(nèi)干濕季水質(zhì)的空間分布趨勢(shì),從總體上看,pH表現(xiàn)出明顯的交錯(cuò)模式；電導(dǎo)率、礦化度及全鹽在干濕季變化差異較大,高值均聚集在艾比湖周圍,而在耕種土地、天然梭梭林附近值則較低；(2)分析各水質(zhì)的空間自相關(guān)性,pH的HH主要分布于艾比湖北部,LL則主要集中于艾比湖南部。HL的分布,說明有較高pH值的點(diǎn)被有較低pH值的點(diǎn)所包圍,表明了水質(zhì)在一定程度上存在空間異質(zhì)性。電導(dǎo)率、礦化度及全鹽在沿著艾比湖周邊到甘家湖梭梭林自然保護(hù)區(qū)隨著地勢(shì)的增高呈現(xiàn)出由HH-LH-LL的轉(zhuǎn)變。(3)建立水質(zhì)參數(shù)與各土地利用/覆蓋類型之間的關(guān)系,研究表明研究區(qū)內(nèi)林草地、鹽漬地及耕地對(duì)水質(zhì)的影響相對(duì)較為顯著。(4) 為了研究水質(zhì)變化因素,選取耕地、林草地、鹽漬地和未利用地與水質(zhì)參數(shù)分別建立優(yōu)選多元線性回歸模型,所得到的相關(guān)系數(shù)R分別為0.58、0.72、0.74、0.71,結(jié)果表明優(yōu)選擬合模型與數(shù)據(jù)的擬合程度較好?？傊?開展艾比湖區(qū)域水質(zhì)空間格局的變化趨勢(shì)研究,對(duì)于干旱區(qū)水質(zhì)的時(shí)空分布具有重要的理論和實(shí)際意義。

水質(zhì)空間分布；空間分析；土地利用/覆被；相關(guān)分析；GIS

水質(zhì)的空間分布特征對(duì)其所流經(jīng)地區(qū)的環(huán)境具有指示意義,如反映流域土地利用變化、大氣沉降輸入、人為活動(dòng)等的影響,同時(shí)它對(duì)流域水資源利用方式、可持續(xù)發(fā)展、管理及生態(tài)環(huán)境的保護(hù)與建設(shè)都具有重要的意義[1- 3]。在我國(guó),受人類活動(dòng)影響,流域普遍存在水質(zhì)惡化現(xiàn)象,而水質(zhì)優(yōu)劣直接影響流域整體生態(tài)環(huán)境狀況和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展[4]。

研究流域內(nèi)土地利用/覆被變化對(duì)水環(huán)境的影響,可以為流域水土資源可持續(xù)利用、保護(hù)環(huán)境等提供科學(xué)依據(jù)[5]。已有許多學(xué)者利用統(tǒng)計(jì)分析模型結(jié)合GIS以及遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行深入探討研究地區(qū)土地利用格局與水質(zhì)之間的關(guān)系[6-8],表明土地利用/覆被類型與水環(huán)境質(zhì)量之間存在緊密的相互作用關(guān)系,土地利用的方式和土地覆被類型可以顯著影響水環(huán)境質(zhì)量。例如,國(guó)內(nèi)有郭青海等[9]研究結(jié)果表明農(nóng)村居民點(diǎn)、城市居民點(diǎn)、商業(yè)用地和灘地對(duì)武漢漢陽地區(qū)的水質(zhì)影響相對(duì)較大；胡和兵等[10]以九鄉(xiāng)河為例分析了城市化流域景觀格局與河流水質(zhì)的響應(yīng)關(guān)系,發(fā)現(xiàn)城市建設(shè)用地、未利用地與水質(zhì)正相關(guān)；而林地與水質(zhì)呈負(fù)相關(guān)。國(guó)外有Basnyat等人[11]分析發(fā)現(xiàn),流域內(nèi)的土地利用類型面積大小與河流水質(zhì)存在相關(guān)性,并且流域內(nèi)的土地利用類型、面積比例也與河流水質(zhì)顯著相關(guān)性；Lee等[12]研究了流域土地利用格局與水庫水質(zhì)間的關(guān)系,結(jié)果表明城市用地的斑塊密度,邊界密度以及城市用地的面積越大,水庫的水質(zhì)越差。就當(dāng)前國(guó)內(nèi)的研究進(jìn)展來看,土地利用與水環(huán)境質(zhì)量的相關(guān)研究近年來不斷得到重視,但研究較少涉及像干旱區(qū)艾比湖區(qū)域這樣的小流域,故本研究主要選取pH、電導(dǎo)率、礦化度及全鹽作為研究對(duì)象對(duì)干旱區(qū)艾比湖區(qū)域水質(zhì)空間分布特征及其與土地利用/覆被類型的關(guān)系進(jìn)行分析探討,以期為控制、治理、保護(hù)艾比湖典型綠洲生態(tài)環(huán)境的調(diào)控實(shí)踐中的實(shí)際應(yīng)用和發(fā)展提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

艾比湖區(qū)域地處44°02′—45°10′N,81°46′—83°51′E之間,是國(guó)家級(jí)荒漠自然生態(tài)保護(hù)區(qū),其類型為濕地、荒漠植被及野生生物混合類型。其獨(dú)特的濕地生態(tài)環(huán)境,是干旱荒漠區(qū)生物多樣性的寶庫,有荒漠植物385種,約占中國(guó)廣大荒漠區(qū)植物總數(shù)的64%,已被列為新疆維吾爾自治區(qū)“濕地自然保護(hù)區(qū)”。屬典型的北溫帶大陸性干旱氣候,年平均氣溫為7.36℃,多年平均降水量為149mm,多年平均蒸發(fā)量為2281mm[13]。近50年以來,艾比湖區(qū)域水資源退化嚴(yán)重,突出表現(xiàn)在水域面積及天然綠洲面積縮小、耕地鹽漬化及沼澤化問題突出、草場(chǎng)退化嚴(yán)重、土地沙化、水質(zhì)咸化、礦化度增高等[14]。本研究通過實(shí)際采樣樣點(diǎn)的分布情況,確立研究范圍如圖1所示,黑色邊界以內(nèi)為本次研究范圍。

圖1 研究區(qū)圖Fig.1 Location map of study area

1.2 數(shù)據(jù)獲取

(1)采用2014年5月Landsat 8遙感影像及DEM數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源分析水質(zhì)的空間變化及其與土地利用/覆被類型間的相互關(guān)系,其中遙感數(shù)據(jù)沒有云、霧和積雪等的影響,圖像質(zhì)量好。

(2)艾比湖區(qū)域以鹽業(yè)、鹵蟲產(chǎn)業(yè)為該區(qū)域的支柱產(chǎn)業(yè),并無其他重工業(yè),故工業(yè)廢水污染在研究區(qū)內(nèi)基本不予以考慮。本次研究在艾比湖區(qū)域內(nèi)精河縣及托托鄉(xiāng)的農(nóng)用土地、艾比湖周邊、艾比湖鳥島國(guó)家生態(tài)保護(hù)區(qū)及甘家湖梭梭林自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行取樣。2015年5月共采集37個(gè)水樣,同年10月共采集25個(gè)水樣,共計(jì)62個(gè)樣品。樣品采集使用1L聚乙烯瓶,采樣前用去離子水清洗、晾干后密封待用,樣品采集后帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定分析。其中pH通過PHS- 2C儀用電位法測(cè)定；電導(dǎo)率通過DDS- 307電導(dǎo)率儀測(cè)定；礦化度和全鹽則利用殘?jiān)娓?質(zhì)量法測(cè)定。

1.3 基于Moran′sI空間分析

近年來,學(xué)科之間交叉和融合的趨勢(shì)不斷加強(qiáng),各領(lǐng)域的專家學(xué)者根據(jù)研究需要不斷完善和豐富Moran′sI指數(shù)的理論和實(shí)踐,對(duì)于Moran′sI指數(shù)的應(yīng)用研究已經(jīng)滲透到土地利用[15-17]、景觀[18-19]、社會(huì)經(jīng)濟(jì)[20-21]等諸多領(lǐng)域,隨著時(shí)間的推移也被用于水質(zhì)參數(shù)空間相關(guān)的標(biāo)識(shí)程度。Moran′sI計(jì)算公式如下[6]：

1.4 土地利用/覆被類型面積變化對(duì)水質(zhì)影響空間分析

揭示土地利用/覆被類型面積變化對(duì)水環(huán)境的影響,對(duì)于提高流域水環(huán)境質(zhì)量及實(shí)現(xiàn)流域生態(tài)環(huán)境持續(xù)發(fā)展具有重要的研究意義[22-23]。本研究考慮到影像本身的質(zhì)量,采用2014年5月獲取的Landsat8影像,結(jié)合國(guó)內(nèi)外研究經(jīng)驗(yàn)及所研究區(qū)域的實(shí)際情況,基于決策樹分類,土地利用/覆蓋類型分別為耕地、林草地、水體、裸露湖床、鹽漬地及未利用地6大類,結(jié)合我國(guó)北斗衛(wèi)星地圖進(jìn)行檢驗(yàn)糾正,并以實(shí)測(cè)點(diǎn)為準(zhǔn),對(duì)分類精度進(jìn)行修正。分類后精度達(dá)到99.2112%,Kappa系數(shù)為0.9904,表明分類較為準(zhǔn)確,滿足于研究需求。由于水環(huán)境質(zhì)量受土地利用格局的影響與水文緩沖區(qū)存在關(guān)聯(lián)[24],故本研究利用ArcGIS10.1空間分析工具對(duì)各采樣點(diǎn)建立500m緩沖區(qū),分別統(tǒng)計(jì)在緩沖區(qū)下各采樣點(diǎn)的土地利用/覆被類型面積,建立不同土地利用/覆被類型與水質(zhì)的關(guān)系,探討緩沖區(qū)內(nèi)艾比湖區(qū)域土地利用/覆被變化對(duì)水質(zhì)變化的影響趨勢(shì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水質(zhì)空間分布特征

從圖2可以清晰地看出2014年干濕季水質(zhì)的空間分布趨勢(shì)。pH表現(xiàn)出明顯的交錯(cuò)模式,5月pH值普遍大于7.8以上,略高于10月的pH。并且,5—10月較高的pH主要分布在艾比湖鳥島及人類活動(dòng)較為活躍的耕種土地周圍,而較低的pH主要分布于艾比湖下游的甘家湖梭梭林自然保護(hù)區(qū)附近,這也反映了地理環(huán)境的空間異質(zhì)性。電導(dǎo)率在干濕季變化差異較大,5月的水樣電導(dǎo)率值明顯高于10月的值,但主要分布趨勢(shì)大體上保持一致,高值均聚集在艾比湖鳥島,而在耕種土地、天然梭梭林附近值則較低。天然水按礦化度的分類,處于10.000—100.000g/L均屬于鹽水,而研究區(qū)干濕季的水樣礦化度值均在此范圍內(nèi),故表明艾比湖區(qū)域水質(zhì)為典型的咸化水。從年內(nèi)的礦化度分布狀態(tài)可以看出,高礦化度主要分布在艾比湖以南及鳥島附近,整體上礦化度濃度值在空間上分布不均勻,變化劇烈。全鹽表現(xiàn)出與礦化度相似的分布趨勢(shì),高值主要聚集在艾比湖周邊,其他地區(qū)則含量較低。

圖2 水質(zhì)空間分布圖Fig.2 The spatial distribution of water quality

在研究艾比湖區(qū)域水質(zhì)空間分布趨勢(shì)的基礎(chǔ)上,為深入研究水質(zhì)的空間分布特征,采用Moran′sI指數(shù)對(duì)水質(zhì)的空間集聚形式進(jìn)行分析并結(jié)合DEM數(shù)據(jù)探討隨地勢(shì)變化水質(zhì)的空間分布特征(圖3)。

圖3 水質(zhì)空間自相關(guān)圖Fig.3 The spatial autocorrelation map of water quality

從圖3可以得到,研究區(qū)各實(shí)測(cè)水質(zhì)指標(biāo)主要表現(xiàn)為HH、LL和LH3種表現(xiàn)形式。pH的HH主要分布于艾比湖北邊,靠近艾比湖干涸的湖床,說明在湖床附近的水樣點(diǎn)pH具有較高程度的集聚效應(yīng)。由于多年受到阿拉山口大風(fēng)作用的影響,pH較高,多表現(xiàn)為堿性。較低程度的集聚則主要分布在艾比湖南部,靠近農(nóng)作物耕種土地。HL說明有較高pH值的點(diǎn)被有較低pH值的點(diǎn)所包圍,表明了水質(zhì)在一定程度上存在空間異質(zhì)性。電導(dǎo)率在沿著艾比湖周邊到天然梭梭林隨著地勢(shì)的增高呈現(xiàn)出由HH-LH-LL的轉(zhuǎn)變,說明電導(dǎo)率的大小分布在空間上表現(xiàn)出從較高的集聚轉(zhuǎn)變?yōu)榕c相鄰水樣采樣點(diǎn)電導(dǎo)率的差異較大,又逐漸過渡為較低的集聚形式。通過建立空間自相關(guān),可以看出礦化度大小的分布由低海拔到高海拔和電導(dǎo)率在一定程度上具有相似性,但主要表現(xiàn)為L(zhǎng)L,分布在耕種用地附近。全鹽的HH主要分布在艾比湖鳥島附近,隨著地勢(shì)的升高也逐漸表現(xiàn)為L(zhǎng)H到LL的轉(zhuǎn)移,同時(shí)也表明了水質(zhì)中各離子在人為干擾較小的天然梭梭林附近,水質(zhì)則沒有表現(xiàn)出較大的差異性?？傮w而言,各水質(zhì)指標(biāo)在人類活動(dòng)較為頻繁的區(qū)域表現(xiàn)出與相鄰水樣點(diǎn)屬性存在較大差異的現(xiàn)象,而在外界影響較小的區(qū)域,則表現(xiàn)出較高或較低的集聚效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上,統(tǒng)計(jì)了2014年水樣點(diǎn)的Moran′sI值,見表1。

表1 2014年5—10月水質(zhì)特征Moran′s I值

從表1可以得到2014年5月pH的Moran′sI值最高,為0.35?？傮w上來說,礦化度、電導(dǎo)率、礦化度及全鹽表現(xiàn)為正相關(guān)。2014年10月,除pH外,電導(dǎo)率、礦化度及全鹽均表現(xiàn)為較為微弱的負(fù)相關(guān),且整體上各水質(zhì)的空間自相關(guān)性較弱。而2014年5—10月,在一整年內(nèi)干濕季變化中,整體上各水質(zhì)表現(xiàn)出較為明顯的空間自相關(guān)性,其中礦化度最高,其次依次是礦化度、全鹽和電導(dǎo)率。從年內(nèi)看,說明各水質(zhì)隨著干濕季的變化即降水、徑流等自然因素以及人為活動(dòng)的影響表現(xiàn)出不同的空間集聚狀況。

2.2 水質(zhì)與土地利用/覆被類型關(guān)系探討研究

利用ArcGIS10.1以實(shí)測(cè)水樣點(diǎn)為準(zhǔn),建立500m緩沖區(qū),統(tǒng)計(jì)所有作用區(qū)的土地利用/覆被構(gòu)成。通過二元回歸分析建立水質(zhì)參數(shù)與各土地利用/覆蓋類型之間的關(guān)系,研究土地利用/覆被類型所占比例大小對(duì)水質(zhì)的影響。結(jié)合研究區(qū)的實(shí)際狀況及采樣點(diǎn)的分布狀況,土地類型分類中的水體、裸露湖床及未利用地所占比例大小對(duì)水質(zhì)的影響相對(duì)于林草地、鹽漬地和耕地來說較弱,具體相關(guān)性如表2所示。

表2 水質(zhì)變化與各土地類型在500m緩沖區(qū)下相關(guān)性

為了更好地研究在500m緩沖區(qū)下土地利用類型與水質(zhì)參數(shù)的關(guān)系,結(jié)果選取了對(duì)水質(zhì)參數(shù)有較高影響的土地利用/覆被類型進(jìn)行探討分析,如圖4。

由圖4可知,林草地和耕地對(duì)pH、電導(dǎo)率、礦化度及全鹽整體上呈現(xiàn)出負(fù)影響,鹽漬地對(duì)pH、電導(dǎo)率、礦化度及全鹽整體上呈現(xiàn)出正影響。隨著林地面積的增長(zhǎng),對(duì)礦化度及全鹽的負(fù)影響較為顯著,R值達(dá)到0.73和0.72；對(duì)電導(dǎo)率的影響次之,R值為0.63；pH相對(duì)于其他水質(zhì)參數(shù)來說受到的影響較小,R為0.48。鹽漬地面積大小的變化對(duì)電導(dǎo)率、礦化度及全鹽的影響較大,隨著鹽漬地面積的增大,水質(zhì)中各離子種類及濃度等均有所增加,尤其是Na+、Cl-等離子含量較高導(dǎo)致電導(dǎo)率、礦化度及全鹽和鹽漬地呈正相關(guān)。

為進(jìn)一步研究水質(zhì)變化因素,作者分析了pH、電導(dǎo)率、礦化度及全鹽與各土地利用/覆被類型面積之間的綜合相關(guān)關(guān)系。其中,分別以pH、電導(dǎo)率、礦化度及全鹽作為因變量,以耕地、林草地、水體、裸露湖床、鹽漬地及未利用地作為自變量,建立水質(zhì)參數(shù)與各土地類型間的多元線性回歸方程(表3)。

表3 水質(zhì)估算多元線性回歸模型

從結(jié)果中可以看出,pH、電導(dǎo)率、礦化度與全鹽和各地物類型的相關(guān)系數(shù)R分別為0.57、0.66、0.60、0.40,且通過了α=0.05的顯著性水平檢驗(yàn),結(jié)果表明除全鹽以外,其余水質(zhì)參數(shù)綜合擬合模型與數(shù)據(jù)的擬合程度較好。

在此基礎(chǔ)上,通過比較水質(zhì)參數(shù)與各地物類型間的Pearson相關(guān)性,可以得出在0.01水平置信度下,pH與林草地的相關(guān)系數(shù)R為-0.476,與未利用地的相關(guān)系數(shù)R為0.398。電導(dǎo)率與林草地的相關(guān)系數(shù)R為-0.628,與鹽漬地的相關(guān)系數(shù)R為0.626。在0.05水平置信度下,電導(dǎo)率與耕地的相關(guān)系數(shù)R為-0.324,與裸露湖床的相關(guān)系數(shù)R為0.353。在0.01水平置信度下,礦化度與林草地的相關(guān)系數(shù)R為-0.734,與鹽漬地的相關(guān)系數(shù)R為0.583。與電導(dǎo)率在相同置信水平下,全鹽與林草地的相關(guān)系數(shù)R為-0.718。多元線性逐步回歸法雖然具有預(yù)測(cè)模型的優(yōu)勢(shì),但是建立在對(duì)同一時(shí)段大量多次調(diào)查基礎(chǔ)上,為了達(dá)到整體模型的擬合度,有可能舍棄與因變量密切相關(guān)的影響因子[25]。故綜合以上水質(zhì)參數(shù)與土地類型間的相關(guān)性,選取對(duì)水質(zhì)參數(shù)影響較大的土地利用/覆被類型建立優(yōu)選多元線性回歸模型(表4)。

表4 水質(zhì)估算優(yōu)選多元線性線性模型

由上表可以得到,選取的耕地、林草地、鹽漬地和未利用地與水質(zhì)參數(shù)分別建立優(yōu)選多元線性回歸模型,相關(guān)系數(shù)R在一定程度上都有所提高。pH、電導(dǎo)率、礦化度與全鹽和選取的地物類型建立模型所得到的相關(guān)系數(shù)R分別為0.58、0.72、0.74、0.71。由于當(dāng)相關(guān)系數(shù)0.5≤|R|<0.8時(shí)被視為中度相關(guān),且通過了α=0.05的顯著性水平檢驗(yàn),故結(jié)果表明優(yōu)選擬合模型與數(shù)據(jù)的擬合程度較好,因此,建的優(yōu)選多元線性回歸方程可用。同時(shí)以上結(jié)果可以在一定程度上預(yù)測(cè)土地利用/覆被類型變化對(duì)水質(zhì)質(zhì)量的影響,為保護(hù)干旱區(qū)艾比湖區(qū)域的水資源保護(hù)提供一定的依據(jù)。

3 結(jié)論與討論

3.1 討論

由于降水量季節(jié)分配的不均勻,河流流量的季節(jié)性差異可顯著影響區(qū)域水質(zhì)[26-27],導(dǎo)致不同水體中的形態(tài)元素空間分布具有不均勻性[25]。研究區(qū)中博爾塔拉河、精河豐水期流量大、流速快,出入艾比湖水量較大,導(dǎo)致地表徑流量的顯著變化是促使艾比湖區(qū)域水質(zhì)的空間分布特征在豐水期與枯水期表現(xiàn)出較為明顯差異的重要原因之一。近幾十年來,隨著人口的大量增長(zhǎng),艾比湖區(qū)域上游農(nóng)藥化肥的施用量不斷增加,使得許多未經(jīng)處理的工業(yè)廢水和生活污水排入河道,且隨著河流進(jìn)入艾比湖,導(dǎo)致艾比湖水環(huán)境逐步惡化[28]；同時(shí),研究區(qū)多年來隨著年均沙塵日數(shù)的增加, 加上艾比湖湖面面積的減小所導(dǎo)致的艾比湖干涸湖底面積的增加, 在大風(fēng)作用下形成的鹽塵顆粒對(duì)整個(gè)華北地區(qū)的植被、農(nóng)作物和水資源構(gòu)成威脅[29],都是在艾比湖周邊的采樣點(diǎn)的pH、礦化度、電導(dǎo)率及全鹽濃度的空間分布相較于耕地、林草地等水樣采樣點(diǎn)較高的主要原因,也是各水質(zhì)元素在空間集聚狀態(tài)上表現(xiàn)出明顯差異的原因之一。由于土地利用狀況與水體水質(zhì)之間也存在著較為顯著的相關(guān)關(guān)系,因此,土地的異質(zhì)性在一定程度上也影響了水質(zhì)的空間分布進(jìn)而改變了區(qū)域水體的狀況。結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r,發(fā)現(xiàn)受人類活動(dòng)影響較大的區(qū)域,由于人為對(duì)土地利用方式的改變、對(duì)湖區(qū)資源的開采利用等諸多因素的影響導(dǎo)致艾比湖區(qū)域土地利用類型面積的大小與區(qū)域水質(zhì)存在較為顯著的相關(guān)性。其中林草地、鹽漬地及耕地對(duì)水質(zhì)的影響較為突出,主要表現(xiàn)為離人類活動(dòng)頻繁區(qū)域水中各指標(biāo)變化較為明顯,而遠(yuǎn)離人類活動(dòng)范圍的天然梭梭林及結(jié)構(gòu)較為單一的耕種土地周圍,受影響較輕,水質(zhì)的空間分布較為穩(wěn)定。

總體而言,艾比湖區(qū)域土地利用/覆被類型面積比例與水質(zhì)表現(xiàn)出較為明顯的相關(guān)性,研究結(jié)果可為艾比湖區(qū)域土地利用/覆被與水質(zhì)關(guān)系研究提供借鑒,為艾比湖區(qū)域空間開發(fā)與水環(huán)境保護(hù)協(xié)調(diào)政策制定提供科學(xué)依據(jù)。

3.2 結(jié)論

本研究對(duì)艾比湖區(qū)域水質(zhì)空間分布特征及其與土地利用/覆被類型的關(guān)系進(jìn)行分析,結(jié)論顯示：

(1) 通過對(duì)水質(zhì)空間分布及空間集聚形式進(jìn)行分析,可以得到在湖床附近的水樣點(diǎn)pH具有較高程度的集聚效應(yīng),較低程度的集聚則主要分布在精河縣及托托鄉(xiāng)的農(nóng)作物耕種土地。沿著艾比湖到天然梭梭林電導(dǎo)率隨著地勢(shì)的增高呈現(xiàn)出由HH-LH-LL的轉(zhuǎn)變,說明電導(dǎo)率的大小分布在空間上表現(xiàn)出從較高的集聚轉(zhuǎn)變?yōu)榕c相鄰水樣采樣點(diǎn)電導(dǎo)率的差異較大,又逐漸過渡為較低的集聚形式。礦化度大小的分布由低海拔到高海拔和電導(dǎo)率在一定程度上具有相似性,但主要表現(xiàn)為L(zhǎng)L,分布在耕種用地附近。全鹽的HH主要分布在艾比湖鳥島附近,隨著地勢(shì)的升高也逐漸表現(xiàn)為L(zhǎng)H到LL的轉(zhuǎn)移,代表了水質(zhì)中各離子在人為干擾較小的天然梭梭林附近,水質(zhì)沒有表現(xiàn)出較大的差異性?？傮w而言,各水質(zhì)指標(biāo)的空間分布在人類活動(dòng)較為頻繁的區(qū)域表現(xiàn)出與相鄰水樣點(diǎn)屬性存在較大差異的現(xiàn)象,而在外界影響較小的區(qū)域,則表現(xiàn)出較高或較低的集聚效應(yīng)。

(2)通過二元回歸分析建立水質(zhì)參數(shù)與各土地利用/覆蓋類型之間的關(guān)系,研究土地利用/覆蓋類型所占比例大小對(duì)水質(zhì)的影響。結(jié)果表明林草地和耕地對(duì)pH、電導(dǎo)率、礦化度及全鹽整體上呈現(xiàn)出負(fù)影響,鹽漬地對(duì)pH、電導(dǎo)率、礦化度及全鹽整體上呈現(xiàn)出正影響。通過對(duì)水質(zhì)參數(shù)與土地利用/覆被類型建立優(yōu)選多元線性回歸模型分析比較,pH、電導(dǎo)率、礦化度、全鹽與各土地利用/覆被類型建立模型所得到的相關(guān)系數(shù)R分別為0.58、0.72、0.74、0.71,且通過了α=0.05的顯著性水平檢驗(yàn),結(jié)果表明耕地、林草地、鹽漬地及未利用地的面積變化對(duì)水質(zhì)參數(shù)有較大的影響。

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Correlation between the spatial water quality and land use/cover in the Ebinur Lake area

WANG Juan1,2,3,ZHANG Fei1,2,3,*, ZHANG Yue1,2,3, REN Yan1,2,3, YU Haiyang1,2,3

1CollegeofResourcesandEnvironmentScience,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China2KeyLaboratoryofOasisEcology,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China3KeyLaboratoryofXinjiangWisdomCityandEnvironmentModeling,Urumqi830046,China

Water is an important resource for the development of the economy and has a significant influence on maintaining regional ecological balance. Spatial patterns of water quality methods using pH, electrical conductivity (EC), mineralization, and total salt content were examined at 62 sites in and around the Ebinur Lake area. The results of the water quality analysis showed a seasonal variation in pH, EC, mineralization and salt contents between the wet and dry seasons of 2014: (1) Overall, pH showed obvious crisscross pattern; EC, mineralization and total salt showed the large difference between the wet and dry season, high values were recorded around Ebinur Lake, and lower values in farm lands andHaloxylonforests; (2) analysis of spatial autocorrelation of the water quality showed the high-high aggregation(HH) of pH was mainly concentrated in the northern part of the Ebinur Lake and low-low aggregation (LL) was mainly in the southern part. Along the periphery of Ebinur Lake to theHaloxylonforest, EC, mineralization, and salt content decreased with HH- low-high aggregation (LH)-LL transformation per height of the terrain; (3) the relationship between water quality parameters and land use/cover types showed that the influence of forest-grassland, saline soil, and farm land on water quality is relatively significant; (4) to study the changes of water quality, we used farm land, forest-grassland, salinized land, and abandoned (dormant) land to establish an optimized multiple linear regression model with water quality parameters. The correlation coefficients ofRwere 0.58, 0.72, 0.74, and 0.71, respectively. These indicated the optimal fitting model is a better method for analysis. In summary, this study showed the water quality variations among different land use/cover in the desert region (Ebinur Lake area) can be used for comparison with other desert environments.

water quality spatial distribution; spatial analysis; land use/cover; correlation analysis; GIS

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41361045, 41130531)；自治區(qū)青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)工程項(xiàng)目(2013731002)

2015- 05- 27;

日期:2016- 04- 12

10.5846/stxb201505271059

*通訊作者Corresponding author.E-mail:zhangfei3s@163.com

王娟, 張飛, 張?jiān)? 任巖, 于海洋.艾比湖區(qū)域水質(zhì)空間分布特征及其與土地利用/覆被類型的關(guān)系.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(24):7971- 7980.

Wang J,Zhang F, Zhang Y, Ren Y, Yu H Y.Correlation between the spatial water quality and land use/cover in the Ebinur Lake area.Acta Ecologica Sinica,2016,36(24):7971- 7980.