區(qū)域土地利用變化的水環(huán)境效應(yīng)

袁薇錦，歐維新

（南京農(nóng)業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，江蘇南京210095）

水土資源的利用是區(qū)域發(fā)展需要解決的重大課題，也是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)。國際全球環(huán)境變化人文因素計(jì)劃（IHDP）和國際地圈生物圈計(jì)劃 （IGBP）共同確立的國際間研究計(jì)劃LUCC以及其后續(xù)計(jì)劃GLP中，一個(gè)主要問題就是了解區(qū)域土地利用與覆被變化及其對(duì)水文過程與水資源的影響[1-4]。有研究結(jié)果表明[5-6]，在較長時(shí)間尺度上，氣候變化對(duì)水資源的影響更加明顯，但在短期內(nèi)，土地利用變化是水環(huán)境變化的主要驅(qū)動(dòng)要素之一。土地利用的類型、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度與空間布局都會(huì)引起水環(huán)境的綜合變化[7]，改變能量、物質(zhì)和水分的流動(dòng)，導(dǎo)致水資源短缺、洪澇災(zāi)害、水污染等問題。

由于土地利用變化研究的復(fù)雜性，全球土地利用變化研究一般以區(qū)域案例為基礎(chǔ)進(jìn)行[8]，區(qū)域尺度的土地利用變化是全球變化最重要的來源與驅(qū)動(dòng)力[9]。全球陸地計(jì)劃（GLP）也強(qiáng)調(diào)了從局地到區(qū)域尺度上的人地系統(tǒng)耦合研究[4]。通過對(duì)區(qū)域土地利用變化造成的水環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行歸納總結(jié)，不僅有助于闡明區(qū)域土地利用變化過程及其對(duì)水環(huán)境產(chǎn)生的影響，也為區(qū)域水土資源開發(fā)、利用、保護(hù)和可持續(xù)性管理提供了有價(jià)值的科學(xué)依據(jù)，而且為更大尺度的全球變化研究提供了一定的理論基礎(chǔ)。

1 區(qū)域土地利用變化的水環(huán)境效應(yīng)研究進(jìn)展

水體的數(shù)量、質(zhì)量受多種自然與人為因素控制，其中，土地利用是自然與人類活動(dòng)交叉最為密切的過程。用途轉(zhuǎn)移（或地類變更）和集約度變化是土地利用變化的2種基本類型[10]，對(duì)水環(huán)境影響主要體現(xiàn)在水文過程和水環(huán)境質(zhì)量方面[11]。

1.1 水文效應(yīng)

1.1.1 研究內(nèi)容 典型試驗(yàn)研究表明，土地利用變化對(duì)水體循環(huán)及水量平衡的影響十分明顯，被稱之為土地利用變化的水文效應(yīng)[12]，其研究內(nèi)容可以歸納為2個(gè)方面。

1.1.1.1 土地利用類型變化會(huì)造成下墊面性質(zhì)的改變，影響截留、下滲、蒸發(fā)等水文要素以及產(chǎn)匯流過程 城市化導(dǎo)致建設(shè)用地比例逐年增長，大面積的天然植被和土壤被街道、工廠、住宅等建筑物所替代，使得不透水地表面積比例上升，從而影響了地面徑流的時(shí)空模式和水量平衡狀況，主要表現(xiàn)為徑流系數(shù)和產(chǎn)水量增大、下滲減少、洪峰流量增加[13-15]。由于大面積相對(duì)平緩的濱水濕地可加大對(duì)季節(jié)性洪水的接納容量，降低洪峰的高程[16]，因此，沼澤地墾殖、水域被建設(shè)用地侵占，使區(qū)域滯洪庫容損失，洪水調(diào)蓄能力降低[17-18]。

為了增加耕地的農(nóng)業(yè)開發(fā)活動(dòng)，改變了原有覆被類型的下墊面性質(zhì)，一般均會(huì)產(chǎn)生不利的水文效應(yīng)。如新中國成立后，在洞庭湖、鄱陽湖的圍墾，導(dǎo)致荊北所有通江湖泊被堵塞[19]。在長江流域，大量的坡耕地是水土流失的主要源頭，導(dǎo)致土壤蓄滿產(chǎn)流歷時(shí)變短、蓄存水量減少，土壤水庫容嚴(yán)重受損，加大了長江中下游的洪峰流量[20]。在一些區(qū)域，土地利用開發(fā)強(qiáng)度不斷增加，極大地破壞了土壤結(jié)構(gòu)，促使土壤壓實(shí)和結(jié)皮，從而使入滲速率和土壤蓄水含量有所降低[21-25]，增加了年徑流量[26]。然而，在干旱半干旱地區(qū)的研究得出了相反的結(jié)論[27-28]：林草地大規(guī)模轉(zhuǎn)為耕地，會(huì)使流域年徑流量和基流量顯著減少，耕地面積的增加導(dǎo)致年最大洪峰流量也呈遞減趨勢(shì)。但普遍觀點(diǎn)認(rèn)為，當(dāng)林地、草地、濕地被農(nóng)業(yè)開發(fā)后，其年徑流量和洪峰流量具有明顯的增加效應(yīng)[29]。

關(guān)于林地的水文效應(yīng)，一般認(rèn)為，林地的高入滲率、低產(chǎn)流率以及強(qiáng)烈的蒸騰作用對(duì)河川徑流調(diào)節(jié)作用明顯[30-33]，森林采伐率的提高會(huì)導(dǎo)致徑流量增加、下游洪水泛濫的頻率和強(qiáng)度增大，并使得降水的再分配不平均[34-36]，草原、牧地的土地類型變化也有同樣的效果[37]。但研究也表明，林地對(duì)洪水?dāng)r蓄的作用是有限的，植被因素對(duì)面積較大和土地利用類型復(fù)雜的流域攔截降水的作用會(huì)逐漸減弱[38]，且不同的林地植被類型對(duì)降雨的響應(yīng)不同，在較大降雨條件下，各植被類型對(duì)于雨水的調(diào)節(jié)作用差別較大[39]。同時(shí)，當(dāng)暴雨達(dá)到一定強(qiáng)度后，森林對(duì)洪流的調(diào)節(jié)作用會(huì)減弱，地形、地貌的影響作用會(huì)增強(qiáng)[40]。

1.1.1.2 土地利用變化會(huì)改變區(qū)域水資源平衡，影響地表水和地下水循環(huán) 土地利用變化對(duì)區(qū)域水資源時(shí)空配置起著決定作用，隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化速度的加快，生活用水會(huì)增加，留給生態(tài)的水資源就會(huì)減少；上游用水增加，留給下游的水資源就會(huì)減少[41]。黃河流域從20世紀(jì)70年代以來，下游頻繁出現(xiàn)斷流，主要原因就是由黃河流域工農(nóng)業(yè)、城市用水量大增，再加上流域水土保持工程和水利工程改變了土地利用及覆被類型等綜合造成的[42]。

土地利用變化對(duì)區(qū)域地下水資源起著決定作用[43]，尤其是工業(yè)化和城鎮(zhèn)化速度的加快、農(nóng)業(yè)用水方式的變化，改變了地下水系統(tǒng)的天然循環(huán)路徑和方式[44]。上游農(nóng)田灌溉面積增大，導(dǎo)致灌溉用水量增加，會(huì)造成下游地表徑流減少，從而加劇下游地區(qū)對(duì)地下水的開采[45]。土地利用變化對(duì)下墊面性質(zhì)的改變，則會(huì)影響降雨對(duì)地下水的補(bǔ)給[46]，含水層逐漸疏干，改變了地表水與地下水之間以及含水層之間的天然補(bǔ)給聯(lián)系，使含水層參數(shù)、含水層性質(zhì)及邊界條件等發(fā)生了變化[47]。這些都使平原地表水和地下水轉(zhuǎn)化關(guān)系發(fā)生了明顯的變化。

1.1.2 研究方法 區(qū)域土地利用變化的水文效應(yīng)研究方法可以歸納為4類：試驗(yàn)流域法、水文特征變量時(shí)間序列法、水文模型法和綜合法[29]。試驗(yàn)流域法適用于較小流域；水文特征變量時(shí)間序列法適用于下墊面條件比較均勻、降水量和土地利用空間差異不大的流域[48]，二者都是建立在對(duì)現(xiàn)狀和結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析上，難以發(fā)現(xiàn)其演變的內(nèi)在機(jī)理，僅能得出一些公式，缺乏具有普遍指導(dǎo)意義的理論模型。

而基于物理機(jī)制的水文模型法能夠比較準(zhǔn)確地刻畫流域的水文效應(yīng)，隨著GIS技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，基于DEM的分布式水文模型研究逐步發(fā)展起來，成為當(dāng)今水文學(xué)界研究的熱點(diǎn)和方向[49-51]。由于單一方法不可避免的局限性，現(xiàn)階段的研究已開始綜合利用以上方法研究LUCC的水文效應(yīng)，如水文模型與各種統(tǒng)計(jì)學(xué)方法相結(jié)合[52]、結(jié)合不同模型的模型耦合法[53-55]、模型對(duì)比法[56]、組件式模型庫系統(tǒng)[57]等。

1.2 水質(zhì)效應(yīng)

土地利用變化對(duì)水質(zhì)的影響主要有2個(gè)方面，一方面是不合理的土地利用結(jié)構(gòu)引發(fā)的水土流失，使得流域產(chǎn)沙量增加；另一方面是人類生產(chǎn)生活產(chǎn)生的污染物進(jìn)入河流、湖泊，污染地表水和地下水。

1.2.1 研究內(nèi)容

1.2.1.1 泥沙效應(yīng) 土地利用變化對(duì)流域泥沙產(chǎn)出及其輸移的過程影響，雖然是在一定的氣候、地形等自然背景下產(chǎn)生的，但土地利用變化仍是最主要的驅(qū)動(dòng)因子[58]。

農(nóng)業(yè)作物植被雖然對(duì)泥沙輸出有一定的抑制作用，但長期的耕作與農(nóng)業(yè)用地的利用方式變化卻能大大促進(jìn)泥沙的產(chǎn)出。早有研究表明[59]，人類大規(guī)模耕種后，世界河流每年的輸沙量已增加了2～10倍。許多研究表明，坡耕地是各區(qū)域江河泥沙的主要來源[60-63]，而荒地產(chǎn)流產(chǎn)沙量則更甚于坡耕地[64-65]。國外有研究證明[66]，流域河流泥沙濃度在流經(jīng)林地和濕地時(shí)，比在流經(jīng)農(nóng)墾地區(qū)要低1個(gè)數(shù)量級(jí)。國內(nèi)的相關(guān)研究主要集中在黃土丘陵區(qū)，在黃河流域，歷史上由于不合理的土地利用、林草植被的過度開墾造成該區(qū)域嚴(yán)重的水土流失[67-68]，對(duì)水土保持的相關(guān)研究逐漸興起，坡度、土地利用類型、降雨強(qiáng)度是影響流域產(chǎn)沙量的主要因素：坡耕地的坡度越高，水土流失越多[69-71]；林草地，特別是灌木林與自然草地的蓄水減沙效益要好于農(nóng)地[70，72-74]；降雨強(qiáng)度特別是暴雨對(duì)徑流和沖刷影響極大，會(huì)加劇水土流失[73-75]。退耕還林是防止水土流失的重要措施，許多專家在這方面作了相關(guān)研究[61，73-74，76]。城市流域產(chǎn)沙相對(duì)較少，但市區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)（例如修建道路[77]）卻能對(duì)泥沙輸出有很大影響[78-79]，尤其是快速城市化的發(fā)展會(huì)使河流年含沙量增加[80]。

1.2.1.2 水污染 許多研究表明，不同土地利用類型對(duì)水質(zhì)的影響是不同的[81-84]，區(qū)域土地利用類型的比例變化會(huì)導(dǎo)致河流水質(zhì)發(fā)生變化[85-87]。

隨著工業(yè)點(diǎn)源污染的逐步控制，土地利用變化造成的面源污染對(duì)水質(zhì)的影響日益凸顯，成為目前關(guān)注和研究的熱點(diǎn)，其中，農(nóng)業(yè)面源污染和城市地表徑流污染是造成一些區(qū)域水污染的主要原因[88-90]。

研究表明，絕大部分地表水體（包括地下水）的N，P負(fù)荷來源與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有關(guān)，而灌溉農(nóng)業(yè)被認(rèn)為是地表水體最大的N，P輸入源[91-92]，耕地棄耕后也會(huì)造成N，P等土壤養(yǎng)分物質(zhì)流失，造成污染。耕地?cái)U(kuò)張、大量化肥農(nóng)藥的施用加劇了日益嚴(yán)重的地表水富營養(yǎng)化趨勢(shì)，還導(dǎo)致地下水水質(zhì)變化[93]。隨著畜禽養(yǎng)殖業(yè)的大規(guī)模發(fā)展，其污染日益嚴(yán)重[94-95]，由于大部分畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)沒有足夠數(shù)量的配套耕地，以消納其產(chǎn)生的畜禽糞尿，原本可用作肥料的畜禽糞尿被直接排放入河中，也加速了水體的污染。農(nóng)業(yè)面源污染現(xiàn)已成為一些區(qū)域水污染的最主要原因[96-99]。城市化水平的加快，使得區(qū)域建筑面積和工業(yè)交通用地不斷增長，相應(yīng)產(chǎn)生大量工業(yè)和生活污水[95，100-101]。城市不透水面積的增加，則使得降雨在下墊面上更容易匯聚污染物質(zhì)，通過徑流攜帶大量的沉積物、營養(yǎng)污染物、重金屬污染物，加重了城市河流的非點(diǎn)源污染[101-103]，城市地表徑流污染已成為僅次于農(nóng)業(yè)面源污染的第2大污染源[104-105]。

同時(shí)有研究表明，林地具有減水減沙、減少面源污染的特點(diǎn)[106]，大量森林被砍伐會(huì)引起陽離子和硝態(tài)氮的流失。在單一土地利用類型占主導(dǎo)的流域中，林地和草地為主的小流域的地表水水質(zhì)明顯好于以耕地為主的小流域[107]。城市中的綠地系統(tǒng)具有明顯凈化水質(zhì)的功能[108]，具有重要生態(tài)意義的濕地系統(tǒng)對(duì)于凈化水質(zhì)、蓄洪防旱的作用非常明顯[109-110]。在河岸建立緩沖帶，則有助于減少進(jìn)入水體的面源污染物[111]，例如，在有農(nóng)田坡面徑流匯入的湖泊四周設(shè)置適當(dāng)寬度的帶狀生態(tài)攔截人工濕地，可有效地截留來自農(nóng)田地表徑流中的固體顆粒物、氮、磷和其他化學(xué)污染物，降低面源污染形成的危險(xiǎn)[112]。

1.2.2 研究方法 關(guān)于水質(zhì)受土地利用變化的影響常采用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行定量研究，早期主要采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停唇⑽廴矩?fù)荷與土地利用或徑流量之間的相關(guān)關(guān)系，利用相關(guān)分析、回歸分析、方差分析、主成分分析等數(shù)理統(tǒng)計(jì)的方法可以描述土地利用變化參數(shù)與水質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系強(qiáng)度[113-116]。在農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染計(jì)算中，廣泛應(yīng)用的通用土壤流失方程USLE、輸出系數(shù)Johnes模型、Soranno磷通量模型等均屬于經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚117]，還有 WRENS，F(xiàn)HWA，WMM等模型[118]。

隨著研究內(nèi)容的加深和研究技術(shù)的改變，涉及土地利用對(duì)地表徑流污染特征、場(chǎng)次暴雨污染負(fù)荷以及長期土地利用變化對(duì)非點(diǎn)源污染負(fù)荷及水生生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)等方面的機(jī)理模型研究逐漸興起[119]，通常機(jī)理研究由降雨徑流過程、土壤侵蝕過程和化學(xué)物質(zhì)轉(zhuǎn)化運(yùn)移3個(gè)過程組成，其中，模型研究包括綜合水文、侵蝕和污染物運(yùn)移過程的模型，如 CREAMS，GLEAMS，DRAINMOD-N，EPIC 等[120]。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展和3S技術(shù)在流域研究中的廣泛應(yīng)用，一些學(xué)者把GIS技術(shù)和非點(diǎn)源模型進(jìn)行耦合來進(jìn)一步完善現(xiàn)有的非點(diǎn)源污染模型，通過將已經(jīng)定量化的土地利用變化數(shù)據(jù)和地圖以及水質(zhì)變化數(shù)據(jù)疊加，從而得出水質(zhì)變化與土地利用變化之間的關(guān)系[115，121-122]，使得非點(diǎn)源污染模型更逼近環(huán)境過程的真實(shí)性。其中，比較著名的有美國農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)研究所開發(fā)的AGNPS 及其改進(jìn)版 AnnAGNPS，SWAT，BASINS模型等。同時(shí)，把傳統(tǒng)的非點(diǎn)源污染模型與專家系統(tǒng)或各種人工智能相結(jié)合，開發(fā)非點(diǎn)源模型系統(tǒng)平臺(tái)，為非點(diǎn)源污染的研究和控制提供了有利工具，也成為一個(gè)重要的研究方向[123]。

2 存在的問題與展望

2.1 存在的問題

前人對(duì)區(qū)域土地利用變化的水環(huán)境效應(yīng)已做了很多富有成效的研究，但土地利用變化與水環(huán)境效應(yīng)之間的關(guān)系復(fù)雜。受研究資料與方法等因素的限制，區(qū)域土地利用變化的水環(huán)境效應(yīng)在研究內(nèi)容、研究方法等方面還存在許多問題。

2.1.1 研究內(nèi)容

2.1.1.1 基礎(chǔ)理論與機(jī)理研究比較薄弱 20 a來，我們對(duì)土地利用變化的認(rèn)識(shí)已逐步提高，但相關(guān)的理論成果仍比較匱乏，土地利用變化研究仍然有待理論化[124]，其最大的障礙就是缺乏全面、綜合的人地關(guān)系理論[11]。隨著LUCC及GLP研究的不斷深入，土地利用變化對(duì)水環(huán)境的影響受到普遍關(guān)注，但目前的研究多集中在對(duì)現(xiàn)狀與結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析上，對(duì)土地利用變化的水環(huán)境效應(yīng)過程與機(jī)理研究較為薄弱，規(guī)律總結(jié)較少，因而，在預(yù)測(cè)模擬方面的理論研究不足。

2.1.1.2 水土復(fù)合系統(tǒng)及時(shí)空耦合研究較少縱觀以往的研究成果，或是把水土資源作為整體進(jìn)行開發(fā)潛力與優(yōu)化配置的研究，或是把二者分割開來加以研究，正如Falkenmark[125]研究指出：在環(huán)境政策中，土地和水的問題仍然被看成是不同領(lǐng)域的問題，由教育和專業(yè)背景相當(dāng)不同的人員來管理。結(jié)果就是土地和水資源的管理傳統(tǒng)上是相互隔絕的。但大量研究表明，土地利用變化會(huì)影響到區(qū)域水文和水質(zhì)，反過來水資源的開發(fā)也會(huì)影響到土地利用。而目前，由于對(duì)水土相互作用的過程與機(jī)理研究較為薄弱，從而導(dǎo)致對(duì)水土復(fù)合系統(tǒng)的作用規(guī)律、時(shí)空演變沒有很好地認(rèn)識(shí)：土地利用變化對(duì)水環(huán)境作用的過程還未能建立空間演變模型，同時(shí)研究多集中在短期的水文水質(zhì)變化過程，很少涉及長期土地利用變化過程的綜合水環(huán)境變化與預(yù)測(cè)研究。

2.1.1.3 缺乏統(tǒng)一指標(biāo)、對(duì)比集成分析 目前，區(qū)域土地利用變化的水環(huán)境效應(yīng)研究多在單個(gè)區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，研究者多在某個(gè)特定區(qū)域根據(jù)土地利用變化的數(shù)據(jù)，選取單個(gè)或多個(gè)水環(huán)境變化的指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，不同研究者選取的指標(biāo)往往會(huì)有較大差異。由于缺乏統(tǒng)一指標(biāo)體系，對(duì)不同區(qū)域的相同研究內(nèi)容難以進(jìn)行對(duì)比分析，因此，不同區(qū)域的對(duì)比集成分析較少，缺乏整體的綜合性及直觀的認(rèn)識(shí)。

2.1.2 研究方法 在研究方法上，監(jiān)測(cè)與模擬實(shí)驗(yàn)是獲取數(shù)據(jù)的基本途徑[126-127]。由于技術(shù)限制，一般來說，在人類活動(dòng)較少的自然流域地形較易提取。而在人類活動(dòng)較密集的地區(qū)，例如城市區(qū)域，由于土地利用與水環(huán)境變化過程的復(fù)雜性，數(shù)據(jù)獲取周期長等原因，使得動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)難度較大，也限制了長期對(duì)水環(huán)境效應(yīng)的綜合研究。在模型研究方面，目前盡管已建立了許多模型，但總體來說都只是考慮了土地利用變化參數(shù)而沒有將人類活動(dòng)尤其是社會(huì)、經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)因素結(jié)合到模型中，并且對(duì)環(huán)境效應(yīng)過程與機(jī)理研究的欠缺，又必然會(huì)影響過程與機(jī)理模型的建立及其模擬與預(yù)測(cè)的精度。

在技術(shù)方面，研究方法與3S技術(shù)的結(jié)合仍然比較薄弱。GIS和RS技術(shù)的應(yīng)用雖然給模型研究思路和技術(shù)方法帶來了創(chuàng)新和革命，但由于各區(qū)域自然條件、水文現(xiàn)象的復(fù)雜性決定了各類模型很難通用。同時(shí)，遙感資料還沒有完全融入水文模型的結(jié)構(gòu)中，直接應(yīng)用還有很大困難，不斷出現(xiàn)的衛(wèi)星系統(tǒng)水文數(shù)據(jù)也需要新的模型來分析和處理。

2.2 未來研究展望

針對(duì)目前對(duì)于區(qū)域土地利用變化的水環(huán)境效應(yīng)研究的不足，未來應(yīng)注重在幾個(gè)方面繼續(xù)開展深入研究。

2.2.1 強(qiáng)化科學(xué)理論體系 土地變化科學(xué)是當(dāng)前地理學(xué)尤其是自然地理學(xué)重要的科學(xué)前沿與研究領(lǐng)域，在未來的研究中，需要不斷豐富和完善土地利用變化科學(xué)理論體系，識(shí)別土地系統(tǒng)變化的原因、本質(zhì)、后果以及對(duì)土地可持續(xù)性利用的綜合分析，更好地認(rèn)識(shí)陸地上人類—環(huán)境耦合系統(tǒng)的脆弱性和持續(xù)性與干擾相互作用的特征及驅(qū)動(dòng)力等。許多專家認(rèn)為，人地關(guān)系論是地理科學(xué)的理論基礎(chǔ)，它滲透于地理科學(xué)的每個(gè)分支研究領(lǐng)域，對(duì)于建立、鞏固、發(fā)展和完善地理科學(xué)有著重要意義。因此，需要構(gòu)建全面、綜合的人地關(guān)系理論，以更好地掌握土地利用變化科學(xué)的研究對(duì)象、內(nèi)容及任務(wù)。

2.2.2 加強(qiáng)過程與機(jī)理研究 水土資源的利用不是分開單獨(dú)進(jìn)行的，土地利用與水環(huán)境之間的相互作用制約著區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展。因此，有必要加強(qiáng)水土復(fù)合系統(tǒng)的研究，深入了解土地利用變化與水文水質(zhì)相互作用的關(guān)系，并加強(qiáng)過程與機(jī)理的研究，識(shí)別水土資源在動(dòng)因、結(jié)果和本質(zhì)方面的變化，掌握水土復(fù)合系統(tǒng)的作用規(guī)律、時(shí)空演變，為認(rèn)識(shí)區(qū)域水土資源生態(tài)安全與合理、高效利用水土資源提供理論基礎(chǔ)。同時(shí)，有必要構(gòu)建統(tǒng)一的指標(biāo)體系，從而更好地量化水土耦合系統(tǒng)之間的相互作用。

2.2.3 加強(qiáng)多尺度集成分析 社會(huì)和環(huán)境動(dòng)力學(xué)發(fā)生于多尺度，不同尺度的動(dòng)力學(xué)具有許多聯(lián)系[4]。因此，在區(qū)域尺度上考慮土地利用變化的水環(huán)境效應(yīng)時(shí)，更應(yīng)關(guān)注不同區(qū)域尺度的水環(huán)境問題，綜合考慮人為干擾、社會(huì)經(jīng)濟(jì)對(duì)土地利用的影響，加強(qiáng)不同區(qū)域尺度上的比較研究，尋求不同尺度上研究結(jié)果的聯(lián)結(jié)。而在微觀尺度上，應(yīng)更加重視長期土地利用變化對(duì)生物地球化學(xué)循環(huán)過程的影響，例如，地層性質(zhì)與地質(zhì)特征對(duì)地下水與地表水循環(huán)的影響，土壤與巖石理化性質(zhì)的差異對(duì)水體物質(zhì)含量的影響等。因此，加強(qiáng)多尺度的集成研究，對(duì)認(rèn)識(shí)地方與全球的耦合關(guān)系、深入了解水土資源的微觀機(jī)理活動(dòng)有著重要意義。

2.2.4 完善模型研究以及與GIS，RS技術(shù)的融合對(duì)土地利用變化的水環(huán)境效應(yīng)研究離不開模型支持。通過對(duì)相關(guān)理論的完善，需要加強(qiáng)過程與機(jī)理模型的研究，有必要將社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的影響融合到模型研究中，以期對(duì)不同土地利用發(fā)展模式下可能導(dǎo)致的水環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行模擬預(yù)測(cè)，為全球、國家和區(qū)域的水土資源可持續(xù)管理提供科學(xué)的決策依據(jù)。目前，GIS和RS技術(shù)的應(yīng)用還不夠廣泛，在獲取區(qū)域水土變化數(shù)據(jù)方面，遙感監(jiān)測(cè)的優(yōu)越性有待進(jìn)一步提高，同時(shí)，有必要加強(qiáng)GIS和RS等現(xiàn)代技術(shù)與水文水質(zhì)模型的集成與耦合，建立結(jié)構(gòu)上匹配、機(jī)制上合理的分布式水文模型，提高對(duì)土地利用變化的水環(huán)境效應(yīng)的認(rèn)識(shí)和估算水平，完善評(píng)價(jià)結(jié)果，為流域綜合管理、水污染防治和可持續(xù)利用等提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

3 結(jié)語

人類的土地利用活動(dòng)不僅影響到水資源在區(qū)域間的重新分配、改變了區(qū)域內(nèi)部的水分循環(huán)，而且加劇了水資源污染的程度，嚴(yán)重破壞了水資源可持續(xù)的地域耦合空間結(jié)構(gòu)及流域和諧的生態(tài)水文過程，進(jìn)一步加劇了水資源短缺的局面，增加了水資源供需壓力。一方面在城市化快速發(fā)展驅(qū)動(dòng)下，城市不斷增加的非透水型地面，改變了地面徑流的時(shí)空模式和水量平衡，城市徑流量的增多也增加了進(jìn)入河流與湖泊的泥沙量和污染負(fù)荷，加重了城市非點(diǎn)源污染。另一方面在一些生態(tài)脆弱區(qū)，過度開墾、過度放牧、過度砍伐，加重了干旱與水污染。林地具有延緩和削減洪峰、降低洪水總量的作用，濕地具有凈化水質(zhì)的功能，然而，伴隨著土地利用和水資源利用的集中化與規(guī)?；?，濕地與林地的總量與質(zhì)量正在下降。因此，深入認(rèn)識(shí)和研究區(qū)域土地利用變化的水環(huán)境效應(yīng)，對(duì)建立可持續(xù)發(fā)展的土地利用模式和實(shí)現(xiàn)科學(xué)的水土綜合管理具有重要意義，在更深層次上有助于為人類與環(huán)境耦合系統(tǒng)研究作出貢獻(xiàn)。

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