淺談土地利用對水環(huán)境的影響

摘要：本文在分析國內(nèi)外土地利用變化對水環(huán)境影響的基礎(chǔ)上，得出了土地利用主要從水循環(huán)、水污染通量和水質(zhì)三個(gè)方面對水環(huán)境系統(tǒng)的產(chǎn)生影響。并重點(diǎn)分析了土地利用變化對水環(huán)境產(chǎn)生影響的機(jī)制，這為以后協(xié)調(diào)土地規(guī)劃和水環(huán)境保護(hù)提供一些有價(jià)值的參考。

關(guān)鍵詞：地利用變化；水環(huán)境；水循環(huán)；水污染通量；水質(zhì)；機(jī)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(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)。隨著社會經(jīng)濟(jì)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(shí)人類活動使水體污染也不斷嚴(yán)重，因此水環(huán)境問題已經(jīng)成為全球性的環(huán)境問題之一，這嚴(yán)重制約著人類社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。所以探究水環(huán)境污染的形成機(jī)理以及如何防治水污染成為全人類關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問題[4-5]。

一、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1995年以來土地利用成為全球變化研究的核心領(lǐng)域之一，國外利用GIS和RS實(shí)例對土地利用變化下的水環(huán)境效應(yīng)進(jìn)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(zhì)狀況，得出不同土地利用類型對水質(zhì)產(chǎn)生不同的影響[11-12]。RandhirT.O.（2005）通過建立在水源保護(hù)的流域及周邊土地利用的數(shù)學(xué)模型，指出合理的土地利用方式和土地保護(hù)決策可以提高水源區(qū)域的水質(zhì)。隨著研究的深入，研究區(qū)域從水源地拓展到整個(gè)流域，同時(shí)在地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、政治學(xué)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(xiàn)土地利用的空間格局也會對流域水質(zhì)產(chǎn)生影響[15]，如KingR.S.（2010）指出無數(shù)的空間因素可以模糊的解答土地利用與流域水質(zhì)之間的相關(guān)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(chǎn)生的影響[16]。Robert A.Z.（2012）以新澤西松林地MuHica流域?yàn)檠芯繉ο螅赋錾降氐耐恋乩米兓c水質(zhì)狀況相關(guān)性最大，盆地的土地利用變化與流域水質(zhì)狀況相關(guān)性很小[17]。

國外學(xué)者主要是從水源保護(hù)區(qū)和流域上游向河流的整個(gè)流域擴(kuò)展，以宏觀尺度（大尺度）研究為主。

隨著中國城市化的推進(jìn)，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(nèi)學(xué)界的關(guān)注。對這一領(lǐng)域的研究主要從兩個(gè)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(jìn)行研究，這方面研究開始于20世紀(jì)80年代[19]，以北京研究為起點(diǎn)，分析水質(zhì)污染狀況，得出不同下塾面對水質(zhì)產(chǎn)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(guān)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(shè)用地對水環(huán)境有污染作用；另一個(gè)方面，一些學(xué)者從土地利用空間格局對水環(huán)境影響進(jìn)行了研究。相繼在南京、杭州、上海、廣州等城市展開，側(cè)重于研究區(qū)域的水質(zhì)狀況的調(diào)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(zhì)，指出城市雨水徑流的水質(zhì)較差，初期徑流甚至比城市污水的污染還要嚴(yán)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(jī)動車輛產(chǎn)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(zhì)造成嚴(yán)重的破壞[22]。王瑤（2006）通過分析深圳市境內(nèi)的五條河流的流域面積大于100km²的近10年的水質(zhì)空間變化情況，得出耕地、園地的數(shù)量對相應(yīng)河流水質(zhì)的有機(jī)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(shè)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(zhì)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(zhì)和減少地表徑流的作用[25]。近年來部分學(xué)者從大尺度空間視角出發(fā)，借助RS和GIS技術(shù)獲取土地利用格局指數(shù)，分析其與水環(huán)境之間的相關(guān)性程度[26-28]。以流域?yàn)檠芯繉ο?，主要對滇池流域、太湖流域、九龍江流域、京杭大運(yùn)河南段等污染較為嚴(yán)重區(qū)域進(jìn)行了研究，例如夏敷（2012）在京杭大運(yùn)河無錫段進(jìn)行了取樣研究，得出監(jiān)測斷面的緩沖區(qū)的距離遠(yuǎn)近與水質(zhì)之間響應(yīng)關(guān)系明顯[29-33]。不同于國外以流域研究為主，國內(nèi)學(xué)者主要從城市和河湖流域兩大方面展開相關(guān)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(guān)性，但對土地利用空間布局結(jié)構(gòu)與水質(zhì)相關(guān)性研究甚少。主要是因?yàn)镽S和GIS技術(shù)對土地利用的識別精度不高，與此同時(shí)，目前研究的尺度及其相應(yīng)的指標(biāo)選取和目前現(xiàn)行的土地分類方法差異較大，使得這些學(xué)者的研究成果很難科學(xué)的指導(dǎo)土地規(guī)劃。因此加強(qiáng)這方面的研究對控制和管理面源污染，改善河流水質(zhì)，有著重大的現(xiàn)實(shí)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(zhì)三個(gè)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(xiàn)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(chǎn)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(xiàn)在以下三個(gè)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(chǎn)生不同程度的影響；二是流域內(nèi)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(guān)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(chǎn)生不同的影響，例如城市建設(shè)用地的增加會降低地表水的留存及其下滲，增大降雨時(shí)間段的徑流量，甚至造成洪災(zāi)[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(jìn)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(xiàn)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(shù)據(jù)經(jīng)過試驗(yàn)分析，并計(jì)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(guān)研究比較集中，朱繼業(yè)等[44-45]以太湖流域的小流域?yàn)檠芯糠侗荆芯拷邓^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(nóng)田氮素遷移的時(shí)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(guān)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(dǎo)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(xué)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(jìn)而影響水體中營養(yǎng)元素的濃度。

3、土地利用對水質(zhì)的影響

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

（1）無邊界范圍的土地利用對水質(zhì)的影響

無邊界范圍的土地利用對水質(zhì)的影響指不考慮特定的土地利用的范圍，可以概化為點(diǎn)狀的土地利用類型對水質(zhì)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(zhì)來評估不同類型礦床采礦對水質(zhì)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(zhì)污染的性質(zhì)也不同[51-52]。在發(fā)展中國家，衛(wèi)生設(shè)施和垃圾處理設(shè)備的缺乏，在城市化進(jìn)程中土地利用變化對地表與地下水污染較為嚴(yán)重。例如Dzwairo在津巴布韋的某個(gè)城市一個(gè)水系內(nèi)的3個(gè)坑狀廁所周圍沿橫斷面上下游均有采樣點(diǎn)分布，設(shè)14個(gè)監(jiān)測點(diǎn)。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(zhì)產(chǎn)生污染[53]。我國學(xué)者也展開了這方面的相關(guān)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(zhì)的影響研究主要集中在對流域內(nèi)一種或幾種比較典型的土地利用方式下的不同的水質(zhì)效應(yīng)，其特點(diǎn)比較清晰分析水質(zhì)在時(shí)空上的差異，并指出污染物在水中的遷移轉(zhuǎn)化過程，缺點(diǎn)是缺乏對土地利用結(jié)構(gòu)、規(guī)模變化對水質(zhì)的定量化研究。

（2）有邊界范圍的土地利用對水質(zhì)的影響

有邊界范圍的土地利用對水質(zhì)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(nèi)具有一定緩沖區(qū)范圍內(nèi)的土地利用方式與水質(zhì)指標(biāo)之間的相關(guān)性（一般是定量分析）。最大的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了土地利用對水質(zhì)影響的定量化研究。目前在國內(nèi)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(zhì)的關(guān)系。根據(jù)DEM把該流域分成次級流域，并在研究范圍門內(nèi)選取42個(gè)采樣點(diǎn)進(jìn)行水質(zhì)測驗(yàn)和相關(guān)的分析；同時(shí)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(jìn)行回歸分析與相關(guān)分析，得出土地利用利用類型與水質(zhì)的關(guān)系，結(jié)果表明不同的土地利用類型對水質(zhì)的影響不同。

其特點(diǎn)是不僅比較清晰分析水質(zhì)在時(shí)空上的差異，并指出污染物在水中的遷移轉(zhuǎn)化過程，而且通過數(shù)據(jù)或數(shù)學(xué)模型對土地利用結(jié)構(gòu)、規(guī)模變化對水質(zhì)的定量化研究，并能較為精準(zhǔn)的預(yù)測變化趨勢，這為相關(guān)部門制定科學(xué)決策提供了依據(jù)。

三、結(jié)語

本文在分析國內(nèi)外土地利用變化對水環(huán)境影響的基礎(chǔ)上，得出了土地利用主要從水循環(huán)、水污染通量和水質(zhì)三個(gè)方面對水環(huán)境系統(tǒng)的產(chǎn)生影響。重點(diǎn)分析了土地利用變化對水環(huán)境產(chǎn)生影響的機(jī)制。

但土地利用變化對水資源環(huán)境的影響關(guān)系到陸-氣生態(tài)系統(tǒng)、水系統(tǒng)和社會經(jīng)濟(jì)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(nèi)對這方面的研究就更少。近年來，盡管國外建立了一些數(shù)學(xué)模擬的模型，但缺乏科學(xué)的依據(jù)，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(nèi)做針對性的研究和和試驗(yàn)，這可以真實(shí)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(jìn)區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的全面可持續(xù)發(fā)展都有重大的實(shí)際意義。

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作者簡介：張強(qiáng)（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(xué)歷：研究生，研究方向：自然地理學(xué)（土地規(guī)劃）。