淺談土地利用對水環(huán)境的影響

張 強

(湖南師范大學，湖南 長沙 410006)

淺談土地利用對水環(huán)境的影響

張 強

(湖南師范大學，湖南 長沙 410006)

本文在分析國內外土地利用變化對水環(huán)境影響的基礎上，得出了土地利用主要從水循環(huán)、水污染通量和水質三個方面對水環(huán)境系統(tǒng)的產生影響。并重點分析了土地利用變化對水環(huán)境產生影響的機制，這為以后協(xié)調土地規(guī)劃和水環(huán)境保護提供一些有價值的參考。

地利用變化;水環(huán)境;水循環(huán);水污染通量;水質;機制

水為生命之源，是生物生存繁衍的必要條件，也是人類社會經濟發(fā)展的基礎。隨著社會經濟的發(fā)展和人口的不斷增長，對水資源的需求量不斷增長［1－3］;在這同時人類活動使水體污染也不斷嚴重，因此水環(huán)境問題已經成為全球性的環(huán)境問題之一，這嚴重制約著人類社會經濟的發(fā)展。所以探究水環(huán)境污染的形成機理以及如何防治水污染成為全人類關注的一個熱點問題［4－5］。

一、國內外研究現狀

1995年以來土地利用成為全球變化研究的核心領域之一，國外利用GIS和RS實例對土地利用變化下的水環(huán)境效應進行了廣泛的研究。一是從大區(qū)域方面研究土地利用對環(huán)境影響，HerlihyA.T.(1998)研究美國中大西洋區(qū)域的368條水域的水質狀況，得出不同土地利用類型對水質產生不同的影響［11－12］。RandhirT.O.(2005)通過建立在水源保護的流域及周邊土地利用的數學模型，指出合理的土地利用方式和土地保護決策可以提高水源區(qū)域的水質。隨著研究的深入，研究區(qū)域從水源地拓展到整個流域，同時在地理學、生態(tài)學、政治學等不同角度也展開了研究［13－14］。在研究流域土地利用變化的過程中，研究者發(fā)現土地利用的空間格局也會對流域水質產生影響［15］，如KingR.S.(2010)指出無數的空間因素可以模糊的解答土地利用與流域水質之間的相關性，特別是在大尺度的區(qū)域中，要更加重視土地利用的空間布局對河流生態(tài)環(huán)境產生的影響［16］。Robert A.Z.(2012)以新澤西松林地MuHica流域為研究對象，指出山地的土地利用變化與水質狀況相關性最大，盆地的土地利用變化與流域水質狀況相關性很?。?7］。

國外學者主要是從水源保護區(qū)和流域上游向河流的整個流域擴展，以宏觀尺度 (大尺度)研究為主。

隨著中國城市化的推進，中國的城市景觀格局的發(fā)生了劇烈變化，城市水土環(huán)境的惡化［18］，這引起了國內學界的關注。對這一領域的研究主要從兩個層面展開:一是在微觀層面，對城市不同類型下墊面上雨水徑流污染狀況進行研究，這方面研究開始于20世紀80年代［19］，以北京研究為起點，分析水質污染狀況，得出不同下塾面對水質產生的影響不同。隨后LUCC研究興起，大范圍的開展區(qū)域土地利用與水環(huán)境相關性的研究，這些研究表明:林地、綠地對水環(huán)境有改善作用，建設用地對水環(huán)境有污染作用;另一個方面，一些學者從土地利用空間格局對水環(huán)境影響進行了研究。相繼在南京、杭州、上海、廣州等城市展開，側重于研究區(qū)域的水質狀況的調查［20］。如車伍 (2002)分析了北京城區(qū)道路和屋面雨水徑流的水質，指出城市雨水徑流的水質較差，初期徑流甚至比城市污水的污染還要嚴重［21］。甘華陽 (2006)分析得出城市道路雨水徑流中含有大量的機動車輛產生的油類、重金屬、懸浮固體等污染物，這些污染物對水體的水質造成嚴重的破壞［22］。王瑤(2006)通過分析深圳市境內的五條河流的流域面積大于100km2的近10年的水質空間變化情況，得出耕地、園地的數量對相應河流水質的有機物污染有較大的改善［23］。戚曉明(2010)以合肥市為例，分析得出隨著不透水面積和建設用地的增加，人均水量的擁有量在不斷減少，區(qū)域水源地的水質也在不斷的變差［24］。楊麗錫 (2011)指出城市綠地系統(tǒng)具有凈化水質和減少地表徑流的作用［25］。近年來部分學者從大尺度空間視角出發(fā)，借助RS和GIS技術獲取土地利用格局指數，分析其與水環(huán)境之間的相關性程度［26－28］。以流域為研究對象，主要對滇池流域、太湖流域、九龍江流域、京杭大運河南段等污染較為嚴重區(qū)域進行了研究，例如夏敷 (2012)在京杭大運河無錫段進行了取樣研究，得出監(jiān)測斷面的緩沖區(qū)的距離遠近與水質之間響應關系明顯［29－33］。不同于國外以流域研究為主，國內學者主要從城市和河湖流域兩大方面展開相關研究［35－36］。

綜合已有的研究成果，主要是通過土地利用變化來分析其與水環(huán)境的相關性，但對土地利用空間布局結構與水質相關性研究甚少。主要是因為RS和GIS技術對土地利用的識別精度不高，與此同時，目前研究的尺度及其相應的指標選取和目前現行的土地分類方法差異較大，使得這些學者的研究成果很難科學的指導土地規(guī)劃。因此加強這方面的研究對控制和管理面源污染，改善河流水質，有著重大的現實意義。

二、土地利用對水環(huán)境的影響

本文主要從循環(huán)、水污染通量和水質三個方面來分析土地利用變化對水環(huán)境系統(tǒng)的影響:

1、土地利用對水循環(huán)的影響

土地利用對水循環(huán)的影響主要表現在空間上的水量分布變化。土地利用方式的不同對降水的阻擋、截留、下滲及蒸騰作用不同，因此土地利用類型會對地表及其地下水的水量大小產生影響，還會對區(qū)域水循環(huán)的方式造成影響［37］。土地利用類型對水循環(huán)的影響主要表現在以下三個方面:一是土地利用類型改變下墊面狀況，對降水的阻擋、截留、下滲、徑流、蒸騰及其洪峰產生不同程度的影響;二是流域內的攔截和改道，會在一定程度上改變地表水循環(huán)的方式和路徑;三是由于地下水的過度開采，可能會改變地表水與地下水以前的循環(huán)關系。

總之，土地利用方式的改變對水循環(huán)的方式和路徑會產生不同的影響，例如城市建設用地的增加會降低地表水的留存及其下滲，增大降雨時間段的徑流量，甚至造成洪災［38－40］;林地、草地和城市綠地面積的增加，會減少蒸發(fā)量和入滲量，進而使年均流量增加［41－43］。

2、土地利用對水污染物通量的影響

土地利用類型對水污染物通量的影響主要表現在水對氮、磷等營養(yǎng)元素的吸收、輸出和解析特征。研究方法是建立不同土地利用方式下的小流域，再收集暴雨后的樣品泥沙和徑流量，把記錄下的數據經過試驗分析，并計算不同土地利用類型下的營養(yǎng)元素輸出量的多少。我國在太湖流域的相關研究比較集中，朱繼業(yè)等［44－45］以太湖流域的小流域為研究范本，研究降水過程對不同土地利用方式下的地表徑流氮流失的情況。王鵬等［46］研究太湖丘陵地區(qū)農田氮素遷移的時空分布特征，得出不同土地利用下氮素濃度的空間分布跟植被覆蓋度及其施肥條件有著密切的關系，旱地和菜地的氮素板比栗林和竹林遷移通量要大，并且指出徑流量的大小是遷移通量差異的主導因素。高超等［47］從了太湖流域不同土地利用方式下的地表徑流磷輸出量及其季節(jié)性分布特征。旱地的固磷能力高于水稻土，但旱地的有效磷水平大于水稻土，所以旱地的固磷的DPS比后者大，因此旱地的磷被淋溶及溶解量要明顯多于水稻土［48－49］。從以上學者的研究可以得出土地利用變化通過影響營養(yǎng)元素的通量進而影響水體中營養(yǎng)元素的濃度。

3、土地利用對水質的影響

土地利用對水質的影響研究比較廣泛，學者們從不同的方面研究了土地利用對水質的影響，并得出土地利用變化是造成河流水質發(fā)生變化的主要原因［50］。主要從無邊界和有邊界兩個方面對水質的影響進行研究。

(1)無邊界范圍的土地利用對水質的影響

無邊界范圍的土地利用對水質的影響指不考慮特定的土地利用的范圍，可以概化為點狀的土地利用類型對水質的影響的研究。一般從研究尾料析出液、礦堆、礦石堆積處附近的河流上游和下游的水體的理化性質來評估不同類型礦床采礦對水質的影響，得出下游污染物濃度大于上游，開采不同種類的礦山對水質污染的性質也不同［51－52］。在發(fā)展中國家，衛(wèi)生設施和垃圾處理設備的缺乏，在城市化進程中土地利用變化對地表與地下水污染較為嚴重。例如Dzwairo在津巴布韋的某個城市一個水系內的3個坑狀廁所周圍沿橫斷面上下游均有采樣點分布，設14個監(jiān)測點。通過分析得出坑狀廁所從微生物、土壤屬性和地下水水位增加對地下水水質產生污染［53］。我國學者也展開了這方面的相關研究。例如尹占娥等［54］以上海浦東新區(qū)為例，分析得出土地利用變化加重了水體污染。戰(zhàn)金艷等［55］以無錫市為例，分析得出土地利用快速變化加重了水環(huán)境惡化。

無邊界范圍的土地利用對水質的影響研究主要集中在對流域內一種或幾種比較典型的土地利用方式下的不同的水質效應，其特點比較清晰分析水質在時空上的差異，并指出污染物在水中的遷移轉化過程，缺點是缺乏對土地利用結構、規(guī)模變化對水質的定量化研究。

(2)有邊界范圍的土地利用對水質的影響

有邊界范圍的土地利用對水質的影響簡而言之是考慮了土地利用邊界，指的研究某一流域內具有一定緩沖區(qū)范圍內的土地利用方式與水質指標之間的相關性 (一般是定量分析)。最大的特點是實現了土地利用對水質影響的定量化研究。目前在國內外越來越注重對這方面定量化的研究。例Li［56］研究了漢江流域的上游地區(qū)的土地利用/土地覆被與水質的關系。根據DEM把該流域分成次級流域，并在研究范圍門內選取42個采樣點進行水質測驗和相關的分析;同時利用TM遙感影像制作流域土地利用/土地覆被圖;再通過SPSS進行回歸分析與相關分析，得出土地利用利用類型與水質的關系，結果表明不同的土地利用類型對水質的影響不同。

其特點是不僅比較清晰分析水質在時空上的差異，并指出污染物在水中的遷移轉化過程，而且通過數據或數學模型對土地利用結構、規(guī)模變化對水質的定量化研究，并能較為精準的預測變化趨勢，這為相關部門制定科學決策提供了依據。

三、結語

本文在分析國內外土地利用變化對水環(huán)境影響的基礎上，得出了土地利用主要從水循環(huán)、水污染通量和水質三個方面對水環(huán)境系統(tǒng)的產生影響。重點分析了土地利用變化對水環(huán)境產生影響的機制。

但土地利用變化對水資源環(huán)境的影響關系到陸－氣生態(tài)系統(tǒng)、水系統(tǒng)和社會經濟系統(tǒng)及其相互作用。目前，涉及到這些方面的綜合研究甚少，國內對這方面的研究就更少。近年來，盡管國外建立了一些數學模擬的模型，但缺乏科學的依據，基本上不完備。建議今后展開這方面的綜合研究，在大、中、小不同的空間尺度范圍內做針對性的研究和和試驗，這可以真實地反映土地利在不同空間尺度上的變化的影響作用，這對合理利用水土資源，促進區(qū)域社會經濟的全面可持續(xù)發(fā)展都有重大的實際意義。

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張強 (1989.10－)，性別 :男，民族:土家族，籍貫:湖南省龍山縣苗兒灘鎮(zhèn)六合村七組，學歷:研究生，研究方向:自然地理學 (土地規(guī)劃)。