梁 旭，劉華民,2,3，紀(jì)美辰，常 明，溫 璐,2,3，于瑞宏,2,3，卓 義,2,3，王立新,2,3**

(1:內(nèi)蒙古大學(xué)生態(tài)與環(huán)境學(xué)院，呼和浩特 010021) (2:草原生態(tài)安全省部共建協(xié)同創(chuàng)新中心，呼和浩特 010021) (3:蒙古高原生態(tài)學(xué)與資源利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，呼和浩特 010021) (4:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院，流域水污染綜合治理研究中心，北京 100012)

土地利用/覆被變化(LUCC)是人類(lèi)活動(dòng)和自然要素共同作用的直接結(jié)果，被國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者認(rèn)為是引起全球環(huán)境變化的主要原因之一[1-2]. 以往的研究主要集中在LUCC的時(shí)空格局變化與過(guò)程[3]、驅(qū)動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)機(jī)制[4]以及模擬與預(yù)測(cè)的研究[5]，對(duì)其引發(fā)的水環(huán)境效應(yīng)研究相對(duì)較少[6]. 水是人類(lèi)生活與生產(chǎn)賴(lài)以生存的關(guān)鍵要素，近年來(lái)，發(fā)展中國(guó)家的水資源愈發(fā)匱乏[7]，與此同時(shí)這些地區(qū)因發(fā)展需要，土地利用類(lèi)型變化顯著，在中國(guó)北方干旱半干旱地區(qū)尤為明顯，土地利用/覆被變化與水體水質(zhì)的關(guān)系受到越來(lái)越多學(xué)者的關(guān)注. 前期研究發(fā)現(xiàn)[8-9]人為因素驅(qū)動(dòng)的土地利用方式能夠通過(guò)復(fù)雜的途徑對(duì)地表水質(zhì)造成影響，流域尺度下LUCC對(duì)湖泊水質(zhì)質(zhì)量有重要作用[10-13]. Tong等[14]對(duì)俄亥俄州的所有流域研究證明，土地利用類(lèi)型與不同水質(zhì)指標(biāo)之間存在顯著相關(guān)性. 楊琴等[15]對(duì)淮河流域的土地利用類(lèi)型和水質(zhì)的關(guān)系研究表明，林地、草地和水域能夠緩解水污染，旱地與城鎮(zhèn)用地是造成水污染的主要原因. 郭青海等[16]對(duì)武漢4個(gè)湖泊進(jìn)行分析認(rèn)為，城市用地、農(nóng)村用地和灘地對(duì)湖泊水質(zhì)影響最大. 可見(jiàn)流域土地利用/覆被變化會(huì)相應(yīng)地影響湖泊以及河流水質(zhì)的變化.

農(nóng)牧交錯(cuò)帶是中國(guó)北方農(nóng)業(yè)和牧業(yè)不同生產(chǎn)方式分布的過(guò)渡地帶，因其具有很強(qiáng)的過(guò)渡性和波動(dòng)性，生態(tài)環(huán)境容易受到氣候變化和人類(lèi)活動(dòng)破壞. 高廷等和周德成等[17-18]通過(guò)對(duì)北方農(nóng)牧交錯(cuò)帶的土地利用/覆被變化的研究，發(fā)現(xiàn)影響其變化的主要因素是氣候變暖和國(guó)家實(shí)施的生態(tài)環(huán)境建設(shè)工程等. 岱海流域?qū)儆诘湫偷霓r(nóng)牧交錯(cuò)流域，既是中國(guó)北方生態(tài)安全屏障的重要組成部分，也是國(guó)家重要的湖泊濕地之一. 岱海四周環(huán)山，地勢(shì)低洼，是周邊山地和地下水的匯合場(chǎng)所，不僅具有接納地表徑流和洪水的功能，同時(shí)對(duì)附近居民生活和牲畜飲水安全有重要意義. 近20年來(lái)，隨著全球氣候變暖和人類(lèi)活動(dòng)影響，導(dǎo)致湖泊面積不斷萎縮，濕地面積逐漸減少，鹽堿化程度加劇，湖泊水質(zhì)持續(xù)惡化[19]. 目前，針對(duì)岱海水污染的研究主要集中在主湖區(qū)小尺度上[20-21]，基于流域尺度的土地利用/覆被變化對(duì)水質(zhì)的影響較少提及. 本文以岱海流域?yàn)檠芯繉?duì)象，分析2000-2018年土地利用/覆被和水質(zhì)變化特征，并探究長(zhǎng)時(shí)間序列尺度下土地利用/覆被變化對(duì)湖泊水質(zhì)的影響，為岱海流域大空間水污染綜合治理提供參考依據(jù)，為以改善水質(zhì)為目標(biāo)的流域土地資源管理及優(yōu)化配置提供理論支撐.

圖1 研究區(qū)地理位置及采樣點(diǎn)分布Fig.1 Geographical location and sampling sites distribution of the study area

1 材料和方法

1.1 研究區(qū)概況

岱海流域(40°11′～40°48′N(xiāo)，112°16′～112°59′E)總面積2341.67 km2，是內(nèi)蒙古東部邊緣的一個(gè)典型內(nèi)陸封閉式湖泊流域(圖1)，位于典型農(nóng)牧交錯(cuò)帶. 該流域四處環(huán)山，東鄰豐鎮(zhèn)丘陵，南部為馬頭山，北部為蠻汗山，共有22條季節(jié)性河流匯入岱海進(jìn)行補(bǔ)給，較大的有弓壩河、天成河、苜花河，但在旱季也會(huì)出現(xiàn)斷流. 岱海濕地被列入《中國(guó)濕地保護(hù)行動(dòng)計(jì)劃》的179塊國(guó)家重要濕地之一，同時(shí)也是自治區(qū)級(jí)湖泊濕地自然保護(hù)區(qū)[22-24].

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

1.2.1 遙感數(shù)據(jù) 遙感數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)地質(zhì)勘探局USGS(https://earthexplorer.usgs.gov/)，采用岱海流域2000、2005、2009、2014和2018年共5期Landsat TM/DEM遙感影像，成像時(shí)間分別為2000年7月1日、2005年9月25日、2009年8月10日、2014年8月24日和2018年9月20日，云量小于10%，分辨率為30 m×30 m. 覆蓋岱海流域范圍是WRS_PATH為126，WRS_ROW為32的影像. 以2000年作為本研究的背景值.

1.2.2 水質(zhì)數(shù)據(jù) 水質(zhì)數(shù)據(jù)來(lái)源于2000-2018年與遙感影像相對(duì)應(yīng)的7-9月5個(gè)主要入湖口附近的水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(圖1)，每個(gè)樣點(diǎn)每月采取一次水樣. 本文主要選取溶解氧(DO)、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、五日生化需氧量(BOD5)、總氮(TN)和總磷(TP)共5個(gè)代表性水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行分析. 采集的水樣分別按照《溶解氧的測(cè)定-碘量法》(GB 7489-1987)、《高錳酸鉀氧化法》(GB 11892-1989)、《五日生化需氧量(BOD5)的測(cè)定》(GB 7488-1987)、《總氮的測(cè)定-堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法》(GB 11894-1989)和《總磷的測(cè)定-鉬酸銨分光光度法》(GB 11893-1989)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)定.

1.3 研究方法

1.3.1 遙感影像解譯 將研究區(qū)每期遙感影像從ASTER GDEM高程數(shù)據(jù)中提取流域邊界[25]，利用ENVI軟件進(jìn)行大氣校正和輻射定標(biāo)預(yù)處理[13]，然后通過(guò)易康(eCognition)軟件中的MRS分類(lèi)方式對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)，并根據(jù)目視解譯方式對(duì)分類(lèi)結(jié)果進(jìn)行分類(lèi)和修正[26]，最后依據(jù)《土地利用現(xiàn)狀分類(lèi)》(GB 21010-2017)中的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)和岱海流域的實(shí)際情況進(jìn)行分類(lèi)，主要分為耕地、天然林地、人工林地、天然草地、人工草地、建設(shè)用地、水域、未利用地，以及5種濕地土地類(lèi)型(岱海、灌叢沼澤、沼澤草地、季節(jié)性河流和內(nèi)陸灘涂). 本文所指水域主要包括河道明水區(qū)、水庫(kù)、坑塘水面、水工建筑用地等.

1.3.2 馬爾可夫轉(zhuǎn)移矩陣 馬爾可夫(Markov)模型被用來(lái)描述各種土地類(lèi)型面積之間的轉(zhuǎn)化情況，并且指出不同土地類(lèi)型的轉(zhuǎn)移方向[27]. 本研究使用馬爾可夫模型定量分析岱海流域土地類(lèi)型面積的變化情況以及各土地利用類(lèi)型的轉(zhuǎn)移方向. 式(1)為馬爾可夫轉(zhuǎn)移矩陣.

(1)

式中，Pij表示在某時(shí)間段內(nèi)初期某種土地類(lèi)型轉(zhuǎn)變?yōu)槟┢谀撤N土地類(lèi)型的面積，N為土地利用類(lèi)型總數(shù).

1.3.3 水質(zhì)綜合污染指數(shù)法 采用綜合污染指數(shù)法評(píng)價(jià)岱海湖泊不同水質(zhì)污染指標(biāo)的總體污染狀況[28-29]. 計(jì)算公式為：

(2)

(3)

式中，P為綜合污染指數(shù)；n為參加評(píng)價(jià)的污染物指標(biāo)項(xiàng)數(shù)；Pi為i污染物的綜合污染指數(shù)；Ci為第i項(xiàng)污染物實(shí)測(cè)年均值，mg/L；Si為第i項(xiàng)污染物的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值，mg/L. 具體參見(jiàn)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838-2002) 中的Ⅲ類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)限值. 綜合污染指數(shù)對(duì)應(yīng)的水質(zhì)分級(jí)如下：P≤0.25，清潔；0.25

1.3.4 冗余分析 本研究以2000、2005、2009、2014、2018年岱海的水質(zhì)指標(biāo)為物種，以其對(duì)應(yīng)的土地利用面積占比為環(huán)境因子，使用Canoco 5.0軟件分析土地利用變化和水質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系[30-31]. 對(duì)土地類(lèi)型數(shù)據(jù)進(jìn)行一級(jí)分類(lèi)，將天然草地和人工草地、天然林地和人工林地分別進(jìn)行合并,為突出岱海和濕地(灌叢沼澤、沼澤草地、季節(jié)性河流和內(nèi)陸灘涂)的影響進(jìn)行單獨(dú)分析.

1.3.5 計(jì)量分析模型 本文采用指數(shù)模型進(jìn)一步揭示長(zhǎng)序列時(shí)間尺度下湖泊流域土地利用/覆被面積變化對(duì)不同水質(zhì)因子的影響，并建立計(jì)量分析模型[32]：

NPS=α·exp(β1·gd+…+β6·sd)

(4)

式中，NPS表示水質(zhì)指標(biāo)；α為常數(shù)；β1～β6表示各土地類(lèi)型面積比例與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性系數(shù)，其中βi值為正數(shù)時(shí)，表明此土地利用類(lèi)型對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生正面影響；βi值為負(fù)數(shù)時(shí)，則表明此土地利用類(lèi)型對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響.gd代表耕地，ld代表林地，cd代表草地，jsyd代表建設(shè)用地，dhh代表岱海，sd代表濕地. 運(yùn)用python編程軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用/覆被變化特征

2.1.1 土地面積變化特征 通過(guò)遙感解譯的研究方法獲得2000、2005、2009、2014和2018年岱海流域土地利用分類(lèi)結(jié)果(圖2). 2000-2018年岱海流域土地利用類(lèi)型以耕地和天然草地為主，兩者面積之和占流域總面積的61.28%～67.91%，其中耕地面積占比最大(30.87%～45.88%)，未利用地面積(0.30%～0.46%)和水域面積(0.17%～0.94%)占比較小. 耕地主要分布在流域中部的河灘區(qū)域；草地和林地(含天然和人工)主要分布在流域的上游；建設(shè)用地主要散布在岱海的四周. 2000-2018年，流域內(nèi)面積增加的土地類(lèi)型主要是耕地、建設(shè)用地和人工林地，分別增加了15.01%、2.29%和2.25%；面積減少的主要是天然草地、人工草地和天然林地，分別減少了10.82%、0.29%和4.95%；岱海面積萎縮嚴(yán)重，面積減少了1.49%，僅為2000年面積的一半. 可見(jiàn)，近20年岱海流域土地利用變化特征，主要是耕地、建設(shè)用地和人工林地面積的增加以及天然草地、人工草地、天然林地和岱海面積的減少.

圖2 岱海流域2000-2018年土地利用分類(lèi)Fig.2 Land use classification of Lake Daihai Basin from 2000 to 2018

2.1.2 土地轉(zhuǎn)移變化特征 對(duì)岱海流域不同時(shí)期的土地利用/覆被變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)得到馬爾可夫轉(zhuǎn)移矩陣表(附表Ⅰ～Ⅳ)可知，2000-2018年岱海流域土地利用/覆被變化明顯，耕地一直呈逐漸增加趨勢(shì)，而在2014-2018年轉(zhuǎn)變?yōu)闇p少趨勢(shì)，減少的耕地主要轉(zhuǎn)化為天然草地(4.16%)和人工林地(3.23%)，這是因?yàn)?014年岱海被國(guó)家列入規(guī)劃保護(hù)的365個(gè)好湖泊之一，有關(guān)部門(mén)在岱海周邊造林綠化，并實(shí)施“退耕還濕”和“退耕還林還草”政策；天然林地的變化受人為因素影響最大，主要在耕地、天然草地和人工林地之間相互轉(zhuǎn)移；人工林地在2005年之前主要由耕地轉(zhuǎn)化，2005年以后由天然林地轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)移速率分別為5.53%、7.16%和8.65%；人工草地在2014-2018年變化最明顯，主要轉(zhuǎn)化為耕地(23.68%)和天然草地(23.26%)；天然草地呈逐年減少趨勢(shì)，主要轉(zhuǎn)化為耕地，4個(gè)時(shí)期的轉(zhuǎn)移速率分別為8.24%、18.77%、7.03%和9.76%，這主要是因?yàn)榱饔騼?nèi)人口的增加和城鎮(zhèn)化發(fā)展的推動(dòng)，大量的天然草地被開(kāi)墾為耕地；建設(shè)用地一直呈高開(kāi)發(fā)狀態(tài)，其增加量為2000年的一倍，原因是自2000年以來(lái)，岱海大力發(fā)展工農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和旅游業(yè)，岱海周?chē)陆酸泛ｋ姀S、養(yǎng)殖場(chǎng)等[20]；水域一直呈減少趨勢(shì)，主要轉(zhuǎn)化為季節(jié)性河流，可能是由于全球變暖氣溫升高導(dǎo)致蒸發(fā)量升高、流域降水量下降以及人口增加導(dǎo)致人類(lèi)活動(dòng)對(duì)岱海水資源利用強(qiáng)度變大[33-34]. 未利用地呈增加趨勢(shì)，主要由岱海(1.16%)和內(nèi)陸灘涂(0.77%)轉(zhuǎn)化而來(lái)；5種濕地類(lèi)型整體呈減少趨勢(shì)，主要表現(xiàn)為岱海向內(nèi)陸灘涂、灌叢沼澤和沼澤草地轉(zhuǎn)化，這是因?yàn)檎┠昙哟筢泛竦乇Ｗo(hù)推行“兩節(jié)兩補(bǔ)兩恢復(fù)”等措施，湖水萎縮露出的一部分裸地和內(nèi)陸灘涂逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檎訚刹莸睾凸鄥舱訚蒣35].

2.2 湖泊水質(zhì)變化特征

2.2.1 水質(zhì)因子變化特征 本文用岱海5個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)7-9月的平均值反映水質(zhì)因子年際變化特征(圖3). 2000-2018年DO濃度總體呈下降趨勢(shì)，在3.77～9.13 mg/L之間波動(dòng)，2000-2009年整體呈減少趨勢(shì)，而在2014-2018年轉(zhuǎn)變?yōu)樵黾于厔?shì)，水環(huán)境質(zhì)量逐漸轉(zhuǎn)好，可達(dá)到地表水水環(huán)境Ⅱ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn). CODMn在2000-2018年呈整體增加趨勢(shì)，變化范圍為7.50～15.84 mg/L，在第1階段2000-2005年呈減少趨勢(shì)，在2005-2014年呈增加趨勢(shì)，進(jìn)入第4階段2014-2018年轉(zhuǎn)變?yōu)闇p少趨勢(shì)，地表水環(huán)境質(zhì)量由劣Ⅴ類(lèi)水向Ⅴ類(lèi)水轉(zhuǎn)變(超標(biāo)0.95～1.64倍). BOD5與CODMn的變化趨勢(shì)基本一致，其值在1.05～11.82 mg/L之間，變化幅度最大，在2000-2005年地表水水環(huán)境質(zhì)量屬于 Ⅰ 類(lèi)水，近20年來(lái)水污染不斷加劇，雖然在2014年以后有所改善，但目前仍為Ⅴ類(lèi)水(超標(biāo)0.74～1.27倍). TN濃度在2000-2018年整體呈減少趨勢(shì)，在0.51～1.95 mg/L之間變化，說(shuō)明岱海雖有所治理，但目前的污染狀況依舊不樂(lè)觀，仍處于地表水環(huán)境質(zhì)量的Ⅴ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)(超標(biāo)0.03～0.56倍). TP濃度在2000-2018年整體呈增加趨勢(shì)，變化范圍為0.03～1.05 mg/L，在2000-2009年呈減少趨勢(shì)，之后轉(zhuǎn)變?yōu)樵黾于厔?shì)，水環(huán)境質(zhì)量處于劣Ⅴ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(超標(biāo)1.9～3.1倍). 綜上所述，近20年來(lái)，岱海水體污染嚴(yán)重，水質(zhì)因子CODMn、BOD5、TN和TP存在不同程度的超標(biāo)，湖泊水環(huán)境質(zhì)量問(wèn)題亟待解決.

圖3 岱海2000-2018年水質(zhì)因子年際變化特征Fig.3 Interannual variation characteristics of water quality parameters in Lake Daihai from 2000 to 2018

圖4 岱海2000-2018年P(guān)值變化趨勢(shì)Fig.4 The P value trend of the water quality of Lake Daihai from 2000 to 2018

圖5 岱海不同水質(zhì)因子冗余分析 (gd:耕地，ld:林地，cd:草地，jsyd:建設(shè)用地， sy:水域，wly未利用地，dhh:岱海；sd:濕地)Fig.5 Redundant analysis of different water quality factors in Lake Daihai

2.2.2 水質(zhì)綜合污染變化特征 為綜合評(píng)價(jià)岱海近20年的水質(zhì)污染變化情況，本文采用水質(zhì)綜合污染指數(shù)法計(jì)算岱海湖泊各年綜合污染指數(shù)(P值)，并繪制水質(zhì)隨時(shí)間的變化曲線(xiàn)(圖4). 近20年岱海湖泊水質(zhì)變化經(jīng)歷了緩慢污染，污染相持，快速污染和污染改善4個(gè)階段. 在第1階段(2000-2005年)，污染指數(shù)P值范圍在0.74～0.89之間，變化幅度較小，變化率為0.8%，水質(zhì)處于緩慢污染階段. 在2005年由中度污染轉(zhuǎn)變?yōu)橹囟任廴?，之后污染一直持續(xù)到2009年，P值呈鋸齒狀穩(wěn)定變化(污染相持階段). 而在2009-2014年，P值在0.85～1.41之間劇烈變化，變化率為5.5%，水質(zhì)處于快速增加階段. 相反，在第4階段(2014-2018年)岱海水環(huán)境狀況開(kāi)始轉(zhuǎn)變，逐漸進(jìn)入污染改善階段.

2.3 土地利用/覆被變化與湖泊水質(zhì)的關(guān)系

2.3.1 冗余分析 為研究湖泊水質(zhì)因子受土地利用因素的影響程度，進(jìn)行冗余分析(圖5). 水質(zhì)和土地利用類(lèi)型前兩個(gè)排序軸相關(guān)系數(shù)均良好，特征根分別為0.8638 和0.1032，模型滿(mǎn)足顯著性條件，效果理想. 結(jié)果顯示：DO濃度與岱海、水域、林地、濕地呈正相關(guān)，與耕地、建設(shè)用地、未利用地呈負(fù)相關(guān)；CODMn、BOD5、TP濃度與耕地、建設(shè)用地、未利用地呈正相關(guān)，與岱海、濕地、水域、草地、林地呈負(fù)相關(guān)；TN濃度與林地、草地、水域、岱海呈正相關(guān)，與未利用地、建設(shè)用地、耕地、濕地呈負(fù)相關(guān). 因此，可以通過(guò)減少對(duì)岱海、水域、草地和林地的過(guò)度開(kāi)采和使用，嚴(yán)格限制岱海流域內(nèi)耕地和建設(shè)用地的新開(kāi)發(fā)，繼續(xù)通過(guò)恢復(fù)岱海周邊濕地保護(hù)區(qū)等措施改善岱海水環(huán)境質(zhì)量.

2.3.2 計(jì)量分析模型 通過(guò)對(duì)岱海湖泊水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行多元回歸分析，建立地類(lèi)-湖泊水質(zhì)模型. 模型呈現(xiàn)的相關(guān)性與冗余分析基本一致，表明LUCC對(duì)湖泊水環(huán)境有一定影響，且整體影響較強(qiáng)，結(jié)果如表1所示.

從岱海流域2000-2018年地類(lèi)-湖泊分析模型的結(jié)果可以得出：

1)草地與水質(zhì)污染指標(biāo)CODMn、BOD5、TP濃度呈正相關(guān)，與水質(zhì)凈化指標(biāo)DO濃度呈正相關(guān). 說(shuō)明草地作為一種植被具有水源涵養(yǎng)和水質(zhì)凈化的效果，但是一定區(qū)域草地面積的占比對(duì)水質(zhì)惡化具有一定的關(guān)系，這與Ahearn等[36]和Xiao等的[37]研究結(jié)果相似. 一方面岱海流域內(nèi)粗放的放牧方式導(dǎo)致草地被大面積圍墾對(duì)湖泊水質(zhì)產(chǎn)生影響；另一方面流域內(nèi)的草地一直呈逐漸減少狀態(tài)，造成水土流失，對(duì)水質(zhì)影響較大. 耕地和建設(shè)用地與污染指標(biāo)CODMn、BOD5、TP濃度呈正相關(guān)，說(shuō)明兩種土地利用類(lèi)型均對(duì)湖泊水質(zhì)質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響. 其中耕地是岱海流域面積分布最廣的地類(lèi)，占流域總面積的30.87%～45.88%，且呈逐年增加趨勢(shì)，有研究表明[38]耕地面積越大，對(duì)湖泊水質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響越明顯. 流域內(nèi)耕地多采用單一作物模式，以種植高耗水高耗肥的玉米和馬鈴薯為主，種植施用的有機(jī)化肥和化學(xué)農(nóng)藥易在土壤中富集，耕地幾乎平均散落在河道周?chē)?圖2)，造成降雨時(shí)污染物易隨地表徑流直接進(jìn)入湖泊，對(duì)湖泊水質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響[39]. 同時(shí)，城鎮(zhèn)化推動(dòng)下建設(shè)用地的增加也是水質(zhì)惡化的主要原因. 流域內(nèi)不透水地面的比例增大，使暴雨時(shí)期的城鎮(zhèn)地區(qū)喪失了植被對(duì)污染物的截留、吸收作用[40]，導(dǎo)致居民生活、畜牧業(yè)養(yǎng)殖、旅游業(yè)發(fā)展等產(chǎn)生的污水通過(guò)不透水地面短時(shí)間內(nèi)匯入河道或直排岱海[41]，造成水中有機(jī)物和營(yíng)養(yǎng)鹽含量增加，湖泊水質(zhì)持續(xù)下降，這與已有研究結(jié)果[31-32]完全吻合.

表1 岱海流域2000-2018年地類(lèi)-湖泊水質(zhì)模型

2)林地與污染指標(biāo)CODMn、BOD5、TP濃度呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明岱海林地面積的增加一定程度上抑制了水體污染，對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生了積極的影響，林地冠層下土壤層具有涵養(yǎng)水源、保持水土流失、截留降解水質(zhì)污染物的作用[42-44]. 濕地與污染指標(biāo)CODMn、BOD5、TP濃度呈負(fù)相關(guān). 多數(shù)研究表明[45-46]，流域內(nèi)一定面積和數(shù)量的濕地，能夠通過(guò)截留水分、沉積物質(zhì)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而減少入湖污染物量，李兆富等[47]通過(guò)對(duì)天目湖濕地進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)濕地具有很高的降解污染的功能. 近年來(lái)岱海管理部門(mén)加大對(duì)岱海濕地的保護(hù)，開(kāi)展了岱海水生態(tài)綜合治理工程，通過(guò)湖濱帶濕地恢復(fù)等措施恢復(fù)已破壞的濕地，對(duì)湖泊水質(zhì)改善產(chǎn)生了一定的積極效應(yīng). 岱海與污染指標(biāo)CODMn、BOD5、TP濃度呈負(fù)相關(guān)，與水質(zhì)凈化指標(biāo)DO濃度呈正相關(guān). 說(shuō)明岱海對(duì)水體中的污染物具有稀釋凈化的作用，且凈化過(guò)程中DO濃度不斷增大. 岱海面積的不斷萎縮，是造成湖泊水質(zhì)惡化的主要原因[48]. 岱海是農(nóng)牧交錯(cuò)帶尾閭湖，湖泊沒(méi)有出流且入流方式主要為流域內(nèi)降水以及地下水補(bǔ)給[49]. 近20年來(lái)，隨著周邊工業(yè)和農(nóng)業(yè)的興起，用水量不斷增加導(dǎo)致岱海水位持續(xù)下降，流域內(nèi)最大的工業(yè)用水戶(hù)岱海電廠自2005年投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，原有的濕冷燃煤機(jī)使用岱海湖水作為冷卻水，導(dǎo)致湖面水溫升高，全年蒸發(fā)量加大；另外，岱海周邊耕地多通過(guò)機(jī)電井抽取地下水的灌溉方式，造成地下水的過(guò)量開(kāi)采，減少了入湖水量[33]. 隨著全球氣候變暖，流域內(nèi)降水量小于消耗量，且周邊補(bǔ)給河流逐漸變成季節(jié)性河流，岱海補(bǔ)給量嚴(yán)重不足，使湖泊面積不斷萎縮，水環(huán)境惡化加劇.

3 結(jié)論

1)岱海流域土地利用類(lèi)型以耕地和草地為主，兩者面積之和占流域面積的60%以上. 2000-2018年間土地利用/覆被變化明顯，主要表現(xiàn)為耕地、建設(shè)用地和人工林地面積的增加，天然林地、天然草地、人工草地和岱海面積的減少. 結(jié)合馬爾可夫矩陣發(fā)現(xiàn)，草地和林地(含天然和人工)主要轉(zhuǎn)化為耕地，耕地主要轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地，水域轉(zhuǎn)化成季節(jié)性河流，岱海向內(nèi)陸灘涂、灌叢沼澤和沼澤草地不斷轉(zhuǎn)化.

2)近20年來(lái)，岱海水質(zhì)污染嚴(yán)重，CODMn、BOD5、TP濃度存在不同程度的超標(biāo). 結(jié)合綜合水質(zhì)評(píng)價(jià)指數(shù)P值可知岱海2000-2018年間水質(zhì)變化主要經(jīng)歷了緩慢污染、污染相持、快速污染和污染改善4個(gè)階段，水質(zhì)污染在2005年由中度污染轉(zhuǎn)向重度污染，而在2014-2018年逐漸進(jìn)入水質(zhì)改善階段.

3)通過(guò)冗余分析和地類(lèi)-湖泊水質(zhì)模型進(jìn)一步證實(shí)，在長(zhǎng)時(shí)間序列尺度下岱海流域的岱海、濕地、林地與DO濃度呈正相關(guān)，與水質(zhì)污染指標(biāo)(CODMn、BOD5、TP濃度)呈負(fù)相關(guān)，對(duì)水質(zhì)改善有積極作用；耕地、草地和建設(shè)用地與水質(zhì)污染指標(biāo)(CODMn、BOD5、TP濃度)呈正相關(guān)，對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生負(fù)面影響.

4 附錄

附表Ⅰ～Ⅳ見(jiàn)電子版(DOI: 10.18307/2021.0309).