艾比湖區(qū)域水質空間分布特征及其與土地利用/覆被類型的關系

王 娟, 張 飛,*, 張 月, 任 巖 , 于海洋

1 新疆大學資源與環(huán)境科學學院,烏魯木齊 830046 2 新疆大學綠洲生態(tài)教育部重點實驗室,烏魯木齊 830046 3 新疆智慧城市與環(huán)境建模普通高校重點實驗室,烏魯木齊 830046

艾比湖區(qū)域水質空間分布特征及其與土地利用/覆被類型的關系

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 新疆大學資源與環(huán)境科學學院,烏魯木齊 830046 2 新疆大學綠洲生態(tài)教育部重點實驗室,烏魯木齊 830046 3 新疆智慧城市與環(huán)境建模普通高校重點實驗室,烏魯木齊 830046

為深入了解艾比湖周邊水質空間格局的變化,利用2014年5月及2014年10月實測水樣采樣點研究了艾比湖區(qū)域4個水質指標的空間變化趨勢,包括pH、電導率、礦化度及全鹽。結果表明：(1) 探討2014年內(nèi)干濕季水質的空間分布趨勢,從總體上看,pH表現(xiàn)出明顯的交錯模式；電導率、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)分析各水質的空間自相關性,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值的點被有較低pH值的點所包圍,表明了水質在一定程度上存在空間異質性。電導率、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區(qū)隨著地勢的增高呈現(xiàn)出由HH-LH-LL的轉變。(3)建立水質參數(shù)與各土地利用/覆蓋類型之間的關系,研究表明研究區(qū)內(nèi)林草地、鹽漬地及耕地對水質的影響相對較為顯著。(4) 為了研究水質變化因素,選取耕地、林草地、鹽漬地和未利用地與水質參數(shù)分別建立優(yōu)選多元線性回歸模型,所得到的相關系數(shù)R分別為0.58、0.72、0.74、0.71,結果表明優(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)域水質空間格局的變化趨勢研究,對于干旱區(qū)水質的時空分布具有重要的理論和實際意義。

水質空間分布；空間分析；土地利用/覆被；相關分析；GIS

水質的空間分布特征對其所流經(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、人為活動等的影響,同時它對流域水資源利用方式、可持續(xù)發(fā)展、管理及生態(tài)環(huán)境的保護與建設都具有重要的意義[1- 3]。在我國,受人類活動影響,流域普遍存在水質惡化現(xiàn)象,而水質優(yōu)劣直接影響流域整體生態(tài)環(huán)境狀況和社會經(jīng)濟的發(fā)展[4]。

研究流域內(nèi)土地利用/覆被變化對水環(huán)境的影響,可以為流域水土資源可持續(xù)利用、保護環(huán)境等提供科學依據(jù)[5]。已有許多學者利用統(tǒng)計分析模型結合GIS以及遙感數(shù)據(jù)進行深入探討研究地區(qū)土地利用格局與水質之間的關系[6-8],表明土地利用/覆被類型與水環(huán)境質量之間存在緊密的相互作用關系,土地利用的方式和土地覆被類型可以顯著影響水環(huán)境質量。例如,國內(nèi)有郭青海等[9]研究結果表明農(nóng)村居民點、城市居民點、商業(yè)用地和灘地對武漢漢陽地區(qū)的水質影響相對較大；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的響應關系,發(fā)現(xiàn)城市建設用地、未利用地與水質正相關；而林地與水質呈負相關。國外有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存在相關性,并且流域內(nèi)的土地利用類型、面積比例也與河流水質顯著相關性；Lee等[12]研究了流域土地利用格局與水庫水質間的關系,結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,水庫的水質越差。就當前國內(nèi)的研究進展來看,土地利用與水環(huán)境質量的相關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、電導率、礦化度及全鹽作為研究對象對干旱區(qū)艾比湖區(qū)域水質空間分布特征及其與土地利用/覆被類型的關系進行分析探討,以期為控制、治理、保護艾比湖典型綠洲生態(tài)環(huán)境的調控實踐中的實際應用和發(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,是國家級荒漠自然生態(tài)保護區(qū),其類型為濕地、荒漠植被及野生生物混合類型。其獨特的濕地生態(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、草場退化嚴重、土地沙化、水質咸化、礦化度增高等[14]。本研究通過實際采樣樣點的分布情況,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)源分析水質的空間變化及其與土地利用/覆被類型間的相互關系,其中遙感數(shù)據(jù)沒有云、霧和積雪等的影響,圖像質量好。

(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、艾比湖鳥島國家生態(tài)保護區(qū)及甘家湖梭梭林自然保護區(qū)進行取樣。2015年5月共采集37個水樣,同年10月共采集25個水樣,共計62個樣品。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,樣品采集后帶回實驗室測定分析。其中pH通過PHS- 2C儀用電位法測定；電導率通過DDS- 307電導率儀測定；礦化度和全鹽則利用殘渣烘干-質量法測定。

1.3 基于Moran′sI空間分析

近年來,學科之間交叉和融合的趨勢不斷加強,各領域的專家學者根據(jù)研究需要不斷完善和豐富Moran′sI指數(shù)的理論和實踐,對于Moran′sI指數(shù)的應用研究已經(jīng)滲透到土地利用[15-17]、景觀[18-19]、社會經(jīng)濟[20-21]等諸多領域,隨著時間的推移也被用于水質參數(shù)空間相關的標識程度。Moran′sI計算公式如下[6]：

1.4 土地利用/覆被類型面積變化對水質影響空間分析

揭示土地利用/覆被類型面積變化對水環(huán)境的影響,對于提高流域水環(huán)境質量及實現(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量,采用2014年5月獲取的Landsat8影像,結合國內(nèi)外研究經(jīng)驗及所研究區(qū)域的實際情況,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,結合我國北斗衛(wèi)星地圖進行檢驗糾正,并以實測點為準,對分類精度進行修正。分類后精度達到99.2112%,Kappa系數(shù)為0.9904,表明分類較為準確,滿足于研究需求。由于水環(huán)境質量受土地利用格局的影響與水文緩沖區(qū)存在關聯(lián)[24],故本研究利用ArcGIS10.1空間分析工具對各采樣點建立500m緩沖區(qū),分別統(tǒng)計在緩沖區(qū)下各采樣點的土地利用/覆被類型面積,建立不同土地利用/覆被類型與水質的關系,探討緩沖區(qū)內(nèi)艾比湖區(qū)域土地利用/覆被變化對水質變化的影響趨勢。

2 結果與分析

2.1 水質空間分布特征

從圖2可以清晰地看出2014年干濕季水質的空間分布趨勢。pH表現(xiàn)出明顯的交錯模式,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區(qū)附近,這也反映了地理環(huán)境的空間異質性。電導率在干濕季變化差異較大,5月的水樣電導率值明顯高于10月的值,但主要分布趨勢大體上保持一致,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,高值主要聚集在艾比湖周邊,其他地區(qū)則含量較低。

圖2 水質空間分布圖Fig.2 The spatial distribution of water quality

在研究艾比湖區(qū)域水質空間分布趨勢的基礎上,為深入研究水質的空間分布特征,采用Moran′sI指數(shù)對水質的空間集聚形式進行分析并結合DEM數(shù)據(jù)探討隨地勢變化水質的空間分布特征(圖3)。

圖3 水質空間自相關圖Fig.3 The spatial autocorrelation map of water quality

從圖3可以得到,研究區(qū)各實測水質指標主要表現(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pH具有較高程度的集聚效應。由于多年受到阿拉山口大風作用的影響,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值的點被有較低pH值的點所包圍,表明了水質在一定程度上存在空間異質性。電導率在沿著艾比湖周邊到天然梭梭林隨著地勢的增高呈現(xiàn)出由HH-LH-LL的轉變,說明電導率的大小分布在空間上表現(xiàn)出從較高的集聚轉變?yōu)榕c相鄰水樣采樣點電導率的差異較大,又逐漸過渡為較低的集聚形式。通過建立空間自相關,可以看出礦化度大小的分布由低海拔到高海拔和電導率在一定程度上具有相似性,但主要表現(xiàn)為LL,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,隨著地勢的升高也逐漸表現(xiàn)為LH到LL的轉移,同時也表明了水質中各離子在人為干擾較小的天然梭梭林附近,水質則沒有表現(xiàn)出較大的差異性。總體而言,各水質指標在人類活動較為頻繁的區(qū)域表現(xiàn)出與相鄰水樣點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。在此基礎上,統(tǒng)計了2014年水樣點的Moran′sI值,見表1。

表1 2014年5—10月水質特征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、電導率、礦化度及全鹽表現(xiàn)為正相關。2014年10月,除pH外,電導率、礦化度及全鹽均表現(xiàn)為較為微弱的負相關,且整體上各水質的空間自相關性較弱。而2014年5—10月,在一整年內(nèi)干濕季變化中,整體上各水質表現(xiàn)出較為明顯的空間自相關性,其中礦化度最高,其次依次是礦化度、全鹽和電導率。從年內(nèi)看,說明各水質隨著干濕季的變化即降水、徑流等自然因素以及人為活動的影響表現(xiàn)出不同的空間集聚狀況。

2.2 水質與土地利用/覆被類型關系探討研究

利用ArcGIS10.1以實測水樣點為準,建立500m緩沖區(qū),統(tǒng)計所有作用區(qū)的土地利用/覆被構成。通過二元回歸分析建立水質參數(shù)與各土地利用/覆蓋類型之間的關系,研究土地利用/覆被類型所占比例大小對水質的影響。結合研究區(qū)的實際狀況及采樣點的分布狀況,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水質的影響相對于林草地、鹽漬地和耕地來說較弱,具體相關性如表2所示。

表2 水質變化與各土地類型在500m緩沖區(qū)下相關性

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

由圖4可知,林草地和耕地對pH、電導率、礦化度及全鹽整體上呈現(xiàn)出負影響,鹽漬地對pH、電導率、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,對礦化度及全鹽的負影響較為顯著,R值達到0.73和0.72；對電導率的影響次之,R值為0.63；pH相對于其他水質參數(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電導率、礦化度及全鹽的影響較大,隨著鹽漬地面積的增大,水質中各離子種類及濃度等均有所增加,尤其是Na+、Cl-等離子含量較高導致電導率、礦化度及全鹽和鹽漬地呈正相關。

為進一步研究水質變化因素,作者分析了pH、電導率、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關系。其中,分別以pH、電導率、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 水質估算多元線性回歸模型

從結果中可以看出,pH、電導率、礦化度與全鹽和各地物類型的相關系數(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,結果表明除全鹽以外,其余水質參數(shù)綜合擬合模型與數(shù)據(jù)的擬合程度較好。

在此基礎上,通過比較水質參數(shù)與各地物類型間的Pearson相關性,可以得出在0.01水平置信度下,pH與林草地的相關系數(shù)R為-0.476,與未利用地的相關系數(shù)R為0.398。電導率與林草地的相關系數(shù)R為-0.628,與鹽漬地的相關系數(shù)R為0.626。在0.05水平置信度下,電導率與耕地的相關系數(shù)R為-0.324,與裸露湖床的相關系數(shù)R為0.353。在0.01水平置信度下,礦化度與林草地的相關系數(shù)R為-0.734,與鹽漬地的相關系數(shù)R為0.583。與電導率在相同置信水平下,全鹽與林草地的相關系數(shù)R為-0.718。多元線性逐步回歸法雖然具有預測模型的優(yōu)勢,但是建立在對同一時段大量多次調查基礎上,為了達到整體模型的擬合度,有可能舍棄與因變量密切相關的影響因子[25]。故綜合以上水質參數(shù)與土地類型間的相關性,選取對水質參數(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參數(shù)分別建立優(yōu)選多元線性回歸模型,相關系數(shù)R在一定程度上都有所提高。pH、電導率、礦化度與全鹽和選取的地物類型建立模型所得到的相關系數(shù)R分別為0.58、0.72、0.74、0.71。由于當相關系數(shù)0.5≤|R|<0.8時被視為中度相關,且通過了α=0.05的顯著性水平檢驗,故結果表明優(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。同時以上結果可以在一定程度上預測土地利用/覆被類型變化對水質質量的影響,為保護干旱區(qū)艾比湖區(qū)域的水資源保護提供一定的依據(jù)。

3 結論與討論

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[26-27],導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,導致地表徑流量的顯著變化是促使艾比湖區(qū)域水質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,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,且隨著河流進入艾比湖,導致艾比湖水環(huán)境逐步惡化[28]；同時,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致的艾比湖干涸湖底面積的增加, 在大風作用下形成的鹽塵顆粒對整個華北地區(qū)的植被、農(nóng)作物和水資源構成威脅[29],都是在艾比湖周邊的采樣點的pH、礦化度、電導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較高的主要原因,也是各水質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之間也存在著較為顯著的相關關系,因此,土地的異質性在一定程度上也影響了水質的空間分布進而改變了區(qū)域水體的狀況。結合當?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展狀況,發(fā)現(xiàn)受人類活動影響較大的區(qū)域,由于人為對土地利用方式的改變、對湖區(qū)資源的開采利用等諸多因素的影響導致艾比湖區(qū)域土地利用類型面積的大小與區(qū)域水質存在較為顯著的相關性。其中林草地、鹽漬地及耕地對水質的影響較為突出,主要表現(xiàn)為離人類活動頻繁區(qū)域水中各指標變化較為明顯,而遠離人類活動范圍的天然梭梭林及結構較為單一的耕種土地周圍,受影響較輕,水質的空間分布較為穩(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表現(xiàn)出較為明顯的相關性,研究結果可為艾比湖區(qū)域土地利用/覆被與水質關系研究提供借鑒,為艾比湖區(qū)域空間開發(fā)與水環(huán)境保護協(xié)調政策制定提供科學依據(jù)。

3.2 結論

本研究對艾比湖區(qū)域水質空間分布特征及其與土地利用/覆被類型的關系進行分析,結論顯示：

(1) 通過對水質空間分布及空間集聚形式進行分析,可以得到在湖床附近的水樣點pH具有較高程度的集聚效應,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率隨著地勢的增高呈現(xiàn)出由HH-LH-LL的轉變,說明電導率的大小分布在空間上表現(xiàn)出從較高的集聚轉變?yōu)榕c相鄰水樣采樣點電導率的差異較大,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率在一定程度上具有相似性,但主要表現(xiàn)為LL,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,隨著地勢的升高也逐漸表現(xiàn)為LH到LL的轉移,代表了水質中各離子在人為干擾較小的天然梭梭林附近,水質沒有表現(xiàn)出較大的差異性?？傮w而言,各水質指標的空間分布在人類活動較為頻繁的區(qū)域表現(xiàn)出與相鄰水樣點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。

(2)通過二元回歸分析建立水質參數(shù)與各土地利用/覆蓋類型之間的關系,研究土地利用/覆蓋類型所占比例大小對水質的影響。結果表明林草地和耕地對pH、電導率、礦化度及全鹽整體上呈現(xiàn)出負影響,鹽漬地對pH、電導率、礦化度及全鹽整體上呈現(xiàn)出正影響。通過對水質參數(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,結果表明耕地、林草地、鹽漬地及未利用地的面積變化對水質參數(shù)有較大的影響。

[1] 呂婕梅, 安艷玲, 吳起鑫, 羅進, 蔣浩. 貴州清水江流域豐水期水化學特征及離子來源分析. 環(huán)境科學, 2015, 36(5): 1565- 1572.

[2] Meybeck M. Global occurrence of major elements in rivers. Treatise on Geochemistry, 2003, 5: 207- 223.

[3] Plummer J D, Long S C. Monitoring source water for microbial contamination: evaluation of water quality measures. Water Research, 2007, 41(16): 3716- 3728.

[4] Wang Q, Shi J A, Chen G J, Xue L H. Environmental effects induced by human activities in arid Shiyang River basin, Gansu province, northwest China. Environmental Geology, 2002, 43(1/2): 219- 227.

[5] 陳瑩, 尹義星, 陳爽. 典型流域土地利用/覆被變化預測及景觀生態(tài)效應分析——以太湖上游西苕溪流域為例. 長江流域資源與環(huán)境, 2009, 18(8): 765- 770.

[6] Chang H. Spatial analysis of water quality trends in the Han River basin, South Korea. Water Research, 2008, 42(13): 3285- 3304.

[7] King R S, Baker M E, Whigham D F, Weller D E, Jordan T E, Kazyak P F, Hurd M K. Spatial considerations for linking watershed land cover to ecological indicators in streams. Ecological Applications, 2005, 15(1): 137- 153.

[8] Park M H, Stenstrom M K. Using satellite imagery for stormwater pollution management with Bayesian networks. Water Research, 2006, 40(18): 3429- 3438.

[9] 郭青海, 馬克明, 張易. 城市土地利用異質性對湖泊水質的影響. 生態(tài)學報, 2009, 29(2): 776- 787.

[10] 胡和兵, 劉紅玉, 郝敬鋒, 安靜. 南京市九鄉(xiāng)河流域景觀格局空間分異對河流水質的影響. 環(huán)境科學, 2012, 33(3): 794- 801.

[11] Basnyat P, Teeter L D, Flynn K M, Lockaby B G. Relationships between landscape characteristics and nonpoint source pollution inputs to coastal estuaries. Environmental Management, 1999, 23(4): 539 - 549.

[12] Lee S W, Hwang S J, Lee S B, Hwang H S, Sung H C. Landscape ecological approach to the relationships of land use patterns in watersheds to water quality characteristics. Landscape and Urban Planning, 2009, 92(2): 80- 89.

[13] 袁新春, 張莉萍. 新疆精河流域水文特性分析. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技, 2010, (6): 290- 290, 294- 294.

[14] 吉力力·阿不都萬里, 穆桂金. 艾比湖干涸湖底塵暴及其災害分析. 干旱區(qū)地理, 2002, 25(2): 149- 154.

[15] ZhaoY L, Murayama Y. Effect of spatial scale on urban land-use pattern analysis in different classification systems: An empirical study in the CBD of Tokyo. Theory and Application of GIS, 2006, 14(1): 29- 42.

[16] 謝花林,劉黎明,李波,張新時.土地利用變化的多尺度空間自相關分析-以內(nèi)蒙古翁牛特旗為例.地理學報, 2006, 61(4): 389- 400.

[17] 谷建立, 張海濤, 陳家贏, 任艷, 郭龍. 基于DEM的縣域土地利用空間自相關格局分析. 農(nóng)業(yè)工程學報, 2012, 28(23): 216- 224.

[18] Tan W Q, Xu J H, Yue W Z, Mei A X, Zhao J, Su F L. Scales of spatial autocorrelation and self-similarity of urban landscape pattern. Chinese Journal of Ecology, 2005, 24(6): 627- 630.

[19] 劉吉平, 呂憲國, 劉慶鳳, 高俊琴. 別拉洪河流域濕地鳥類豐富度的空間自相關分析. 生態(tài)學報, 2010, 30(10): 2647- 2655.

[20] Du G M, Zhang S W, Zhang Y Q. Analyzing spatial auto-correlation of population distribution: A case of Shenyang city. Geographical Research, 2007, 26(2): 383- 390.

[21] 許傳陽,唐永,王巧玲. 基于空間自相關的中國區(qū)域經(jīng)濟增長趨同研究.安徽農(nóng)業(yè)科學, 2007, 35(26): 8347- 8349.

[22] 梅立永, 趙智杰, 黃錢, 尹璇. 小流域非點源污染模擬與仿真研究——以HSPF模型在西麗水庫流域應用為例. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報, 2007, 26(1): 64- 70.

[23] Li S Y, Gu S, Liu W Z, Han H Y, Zhang Q F. Water quality in relation to land use and land cover in the upper Han River Basin, China.Catena, 2008, 75(2): 216- 222.

[24] 趙軍, 楊凱, 邰俊, 單福征. 區(qū)域景觀格局與地表水環(huán)境質量關系研究進展. 生態(tài)學報, 2011, 31(11): 3180- 3189.

[25] 李昆, 王玲, 李兆華, 王祥榮, 陳紅兵, 吳忠, 朱鵬. 豐水期洪湖水質空間變異特征及驅動力分析. 環(huán)境科學, 2015, 36(4): 1285- 1292.

[26] Fan X Y, Cui B S, Zhang K J, Zhang Z M, Shao H B. Water quality management based on division of dry and wet seasons in Pearl River Delta, China. Clean-Soil, Air, Water, 2012, 40(4): 381- 393.

[27] Prathumratana L, Sthiannopkao S, Kim K W. The relationship of climatic and hydrological parameters to surface water quality in the Lower Mekong River. Environment International, 2008, 34(6): 860- 866.

[28] 任建麗,金海龍,葉茂,靳萬貴,滿中龍.艾比湖濕地自然保護區(qū)水質分析與評價.干旱區(qū)資源與環(huán)境2011,25(5):154- 157.

[29] 張飛, 王娟, 塔西甫拉提·特依拜, 周梅, 王東芳, 李瑞, 李曉航. 1998- 2013年新疆艾比湖湖面時空動態(tài)變化及其驅動機制. 生態(tài)學報, 2015, 35(9): 2848- 2859.

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

國家自然科學基金項目(41361045, 41130531)；自治區(qū)青年科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)工程項目(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, 張月, 任巖, 于海洋.艾比湖區(qū)域水質空間分布特征及其與土地利用/覆被類型的關系.生態(tài)學報,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.