基于最小累積阻力模型的洱海流域上游面源污染“源—匯”風(fēng)險(xiǎn)格局研究

董亞坤王 鈺曾維軍

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利學(xué)院,云南 昆明650201;2.自然資源部 云南山間盆地土地利用野外科學(xué)觀測(cè)研究站,云南 昆明650201;3.云南省土地資源利用與保護(hù)工程實(shí)驗(yàn)室,云南 昆明650201)

洱海是云南9大高原湖泊之一[1]。洱海流域上游為高原山間盆地,使得該地區(qū)集中了整個(gè)流域約57%的耕地[2],同時(shí)洱海流域上游也是洱海最為主要的水源補(bǔ)給區(qū)[3]。面源污染具有分布廣,污染源多,治理難,成本高等特點(diǎn),成為區(qū)域生態(tài)環(huán)境污染的主要貢獻(xiàn)者[4]。因而控制洱海流域上游面源污染是改善洱海水質(zhì)的決定因素。

在水質(zhì)受到污染前對(duì)面源污染進(jìn)行識(shí)別和防控具有更好的治理效果[5]。目前涉及洱海流域面源污染的相關(guān)研究多圍繞水質(zhì)的理化性質(zhì)及變化特點(diǎn)進(jìn)行探討[6-8],而近年來(lái)利用“源—匯”景觀理論,以構(gòu)建阻力面來(lái)識(shí)別和防控面源污染成為熱門(mén)方向[9-10]?！霸础獏R”風(fēng)險(xiǎn)是“源—匯”景觀理論的延伸,最初是用來(lái)研究大氣污染中CO2的來(lái)源與吸收,后來(lái)被引入到景觀生態(tài)學(xué)當(dāng)中,發(fā)展為“源—匯”景觀理論[11]?！霸础獏R”方法將流域景觀賦予“源”“匯”屬性,并依據(jù)源匯景觀指數(shù)評(píng)價(jià)流域內(nèi)景觀對(duì)面源污染的貢獻(xiàn),識(shí)別流域內(nèi)面源污染的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)[12]。面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)識(shí)別有多種方法。Jiang,Zhou和Xin[10,13-14]分別采用景觀空間負(fù)荷比指數(shù)、網(wǎng)格景觀空間負(fù)荷比指數(shù)來(lái)劃分面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),而Zhu、王金亮和劉帆[5,15-16]借助最小累積阻力模型構(gòu)建阻力面方式分別劃分了三峽庫(kù)區(qū)、王家溝、重慶北碚區(qū)的面源污染“源—匯”風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。相較于SWAT,Ann AGNPS等模型在大中尺度流域的應(yīng)用,最小累積阻力模型偏定性研究,對(duì)數(shù)據(jù)要求較低,精度較高[17],更適合洱海流域上游這種面積較小(1 230.00 km2),數(shù)據(jù)易獲取的小尺度流域。面源污染研究的方法很多,但有的對(duì)研究區(qū)域的基礎(chǔ)資料要求高[18-19],有的缺乏預(yù)測(cè)的精確性或適用性不強(qiáng)[20-21]。同時(shí)水文水質(zhì)氣象等數(shù)據(jù)具有較高的保密性,對(duì)于非相關(guān)研究領(lǐng)域人員獲取較難。遙感技術(shù)具有全天時(shí)、全天候、易獲取等優(yōu)點(diǎn)[22],方便了土地利用數(shù)據(jù)的獲取。通過(guò)構(gòu)建氮磷等面源污染物的評(píng)價(jià)體系,以阻力成本的方式來(lái)識(shí)別面源污染的“源—匯”風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),是研究洱海流域上游面源污染的有益嘗試。因此,本文以洱海流域上游為例,選取影響面源污染轉(zhuǎn)移的阻力因子構(gòu)建評(píng)價(jià)體系,使用最小累積阻力模型形成阻力面,識(shí)別2005,2010,2015和2020年洱海流域上游面源污染“源—匯”風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),分析面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及其轉(zhuǎn)移變化。通過(guò)面源污染“源—匯”風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的劃分,快速識(shí)別面源污染發(fā)生的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域并開(kāi)展重點(diǎn)治理,為保護(hù)洱海流域生態(tài)環(huán)境提供理論與決策支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

洱海流域位于云南省大理州境內(nèi),處于三江交匯地帶[1]。洱海流域上游屬中亞熱帶西南季風(fēng)氣候帶,一年當(dāng)中只有干季和濕季,無(wú)春夏秋冬四季之分,氣候宜人,降雨量豐沛,但空間分布不均,95%的雨量集中在雨季的5—10月[7]。研究區(qū)獨(dú)特的地形地貌,優(yōu)越的環(huán)境與氣候,豐富的水資源,使得該區(qū)域人口密集,耕地面積大而集中,經(jīng)濟(jì)活躍,土地利用率高,受面源污染嚴(yán)重[8]。

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及處理

本文基礎(chǔ)數(shù)據(jù)包括2005,2010,2015和2020年的土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)、歸一化植被指數(shù)、人口密度以及DEM數(shù)據(jù)、土壤數(shù)據(jù)、地形濕潤(rùn)指數(shù)。其中歸一化植被指數(shù)和2005,2010,2015和2020年土地利用類(lèi)型數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心(http:∥www.resdc.cn/data.aspx?DATAID=184),分辨率均為30 m(見(jiàn)圖1);DEM數(shù)據(jù)來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn),分辨率為30 m;土壤數(shù)據(jù)來(lái)自中科院南京土壤所(http:∥www.issas.ac.cn/),分辨率為30 m;人口密度來(lái)自WorldPop(https:∥www.worldpop.org/project/categories?id=18),分辨率為1 km。

圖1 洱海流域上游2005—2020年土地利用類(lèi)型分布

以上數(shù)據(jù)經(jīng)處理全部采用CGCS 2000坐標(biāo)系,分辨率統(tǒng)一為30 m的柵格數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)處理以及后續(xù)的空間分析使用軟件ArcGIS 10.5。

1.3 研究方法

1.3.1 最小累積阻力模型 最小累積阻力模型(the minimal cumulative resistance model,MCRM)是耗費(fèi)距離模型的擴(kuò)展應(yīng)用,其核心觀點(diǎn)是景觀要素通過(guò)克服阻力來(lái)實(shí)現(xiàn)景觀類(lèi)型的相互轉(zhuǎn)化[23]。最初用來(lái)反映物種從“源”到目的地所耗費(fèi)的最小代價(jià)[24],后被廣泛應(yīng)用于生態(tài)安全[17]、生態(tài)廊道或風(fēng)險(xiǎn)路徑[25]、景觀格局[26]等。該模型考慮源、空間距離和阻力基面3方面因素[23],計(jì)算公式為:

式中:MCR為最小累積阻力值;Dij為某物種從“源”景觀j至“匯”景觀i的空間距離;Ri為修正后的阻力系數(shù);f為正相關(guān)關(guān)系函數(shù),表征源景觀至空間中某一點(diǎn)路徑的相對(duì)易達(dá)性。

1.3.2 “源”地識(shí)別 面源污染中的“源”景觀是指能夠促進(jìn)面源污染發(fā)生、發(fā)展的景觀類(lèi)型,污染風(fēng)險(xiǎn)高,而“匯”景觀則與之相反[27]。產(chǎn)生面源污染物的土地利用類(lèi)型加快面源污染的發(fā)展,被認(rèn)為是“源”景觀[28]。依據(jù)中國(guó)土地分類(lèi)體系將洱海流域上游的土地劃分為耕地、林地、草地、水域、建設(shè)用地和其他用地,其中耕地施用農(nóng)藥化肥產(chǎn)成氮磷等面源污染物,為“源”景觀;建設(shè)用地通常被認(rèn)定為點(diǎn)源污染,但研究區(qū)以農(nóng)村為主體,生活污水的排放設(shè)施在近幾年由政府投資修建才得以緩解,因此建設(shè)用地被認(rèn)為是“源”景觀(圖1)。

1.3.3 阻力基面評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建 選取影響面源污染的土地利用類(lèi)型、相對(duì)高程、坡度、地形濕潤(rùn)指數(shù)、人口密度、土壤可蝕性和植被指數(shù)7個(gè)因子,構(gòu)建阻力基面評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

不同因子在面源污染的轉(zhuǎn)移過(guò)程中所起的阻力作用不同,權(quán)重也不同,參考相關(guān)文獻(xiàn)和Delphi專(zhuān)家打分法為各因子權(quán)重賦值[10,15,29]。而同一因子的不同等級(jí)也有不同的阻礙作用,依據(jù)文獻(xiàn)或自然斷點(diǎn)法利用重分類(lèi)工具劃分5個(gè)等級(jí),分別賦予對(duì)應(yīng)因子阻力系數(shù)值為1,3,5,7,9[30](表1)。其中,相對(duì)高程和歸一化植被指數(shù),值越高,面源污染發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)越小,面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)越低;坡度、地形濕潤(rùn)指數(shù)[31]、土壤可蝕性[32](K值)和人口密度,值越大,以及土地利用類(lèi)型中的耕地和建設(shè)用地越多,面源風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)越高。相對(duì)高程、坡度和歸一化植被指數(shù)與面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)呈負(fù)相關(guān)性,主要原因是相對(duì)高程越高、坡度越大的區(qū)域受到人類(lèi)活動(dòng)影響越小,氮磷等污染物排放越低;而歸一化植被指數(shù)值越大,植被覆蓋度越高,生態(tài)環(huán)境越好,其能有效保持水土,減少氮磷等污染物的流失。地形濕潤(rùn)指數(shù)、土壤可蝕性、人口密度和土地利用類(lèi)型與面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)呈正相關(guān)性,地形濕潤(rùn)指數(shù)可對(duì)潛在土壤水分含量和徑流產(chǎn)生潛在能力進(jìn)行量化,值越高,污染物越容易隨土壤侵蝕而流失,土壤可蝕性反映不同土壤受到侵蝕的速度,值越高,土壤受到的侵蝕越高,污染物流失也越多;人口密度和土地利用類(lèi)型是人們生產(chǎn)、生活與經(jīng)濟(jì)的反映,也是污染物排放最為集中之地,人口越多,密度越大,耕地和建設(shè)用地就越多,面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)也隨之越高。

表1 洱海流域上游面源污染阻力基面評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1.3.4 阻力面構(gòu)建 阻力面反映了各種“流”(物質(zhì)和能量等)從“源”克服各種阻力到達(dá)目的地的難易程度,也客觀表現(xiàn)了事物空間運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)和潛在可能性[24]。基于阻力基面評(píng)價(jià)體系,運(yùn)用ArcGIS 10.5中的柵格計(jì)算器進(jìn)行疊加計(jì)算,形成2005,2010,2015和2020年的綜合阻力基面,再將“源”景觀和綜合阻力基面運(yùn)用cost-distance工具進(jìn)行疊加,生成對(duì)應(yīng)阻力面,即最小累積阻力面。

1.3.5 面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分 本文將影響流域面源污染的阻力面作為反映面源污染“源—匯”風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的指標(biāo),該指標(biāo)反映面源污染物從“源”景觀到最終匯集處之間的可達(dá)性[23]。阻力面值越大,面源污染“源—匯”風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)越小,景觀單元所起到的匯作用越強(qiáng),面源污染越不容易發(fā)生,否則反之。眾多文獻(xiàn)利用數(shù)據(jù)的突變點(diǎn)采用自然斷點(diǎn)法進(jìn)行分類(lèi)。研究區(qū)屬于盆地,采用自然斷點(diǎn)法會(huì)把山地錯(cuò)分到極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)當(dāng)中,綜合各種數(shù)據(jù)分析后采用幾何間斷方法劃分面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),將研究區(qū)分為極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。

2 結(jié)果與分析

2.1 各因子的阻力系數(shù)分布特征

阻力因子的阻力系數(shù)分布從1—9等級(jí),表示阻礙污染物的阻力在逐漸增大。由圖2分析可知,相對(duì)高程、土壤可蝕性和人口密度空間分布規(guī)律相近,均是從中間向邊界逐漸增大,各等級(jí)層次分明,高度集中,呈現(xiàn)圈層分布特征,而坡度、地形濕潤(rùn)指數(shù)和歸一化植被指數(shù)三者空間分布雜亂無(wú)序,各阻力等級(jí)相互交錯(cuò),呈小區(qū)域聚集,整體分散的特征。各阻力因子的阻力系數(shù)面積也存在著巨大差異。相對(duì)高程和坡度的阻力等級(jí)分布以1,3等級(jí)為主,面積是其余阻力因子同等級(jí)的數(shù)倍。土壤可蝕性的阻力等級(jí)分布5等級(jí)面積(604.13 km2)最多,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)剩余阻力因子最大值(382.92 km2)。人口密度、地形濕潤(rùn)指數(shù)和歸一化植被指數(shù)的阻力等級(jí)分布以7,9等級(jí)最多,二者面積超過(guò)800.00 km2,遠(yuǎn)超其余阻力因子的兩者面積(最高約400.00 km2)之和,與其他阻力因子形成鮮明對(duì)比。除了坡度外,各因子阻力等級(jí)分布均為中間低邊界高,表明平緩區(qū)是面源污染物最集中的區(qū)域,易受到面源污染。

圖2 研究區(qū)面源污染各阻力因子等級(jí)空間分布

2.2 綜合阻力基面和阻力面的空間分布

阻力值的高低表明景觀單元受到阻力因子的影響程度,阻力值越大,受到面源污染的概率越小,否則反之。由圖3可以看出,2005,2010,2015和2020年的綜合阻力基面的最高值均是8.48,而最低值在1.60。結(jié)合圖1可知,阻力值的分布和土地利用類(lèi)型的分布較為一致,但局部空間分布也有變化的趨勢(shì)。主要在于2005—2020年,土地利用類(lèi)型分布總體保持穩(wěn)定,但景觀內(nèi)部耕地、草地面積呈現(xiàn)減少,林地、水域面積呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)。同時(shí),茈碧湖鎮(zhèn)、三營(yíng)鎮(zhèn)交界處以及鳳羽鎮(zhèn)的低阻力值空間分布明顯減少,尤其在2005—2010年顯著減少。從圖4可知,4期的阻力面整體分布是基本一致的,都是低阻力值占據(jù)絕對(duì)主體地位。低阻力值占據(jù)平緩區(qū)域及附近范圍,高阻力值分布流域邊緣的極高山地,阻力值在波動(dòng)中總體呈上升態(tài)勢(shì),由2005年的55 183.90增加到2020年的62 669.30。16 a來(lái),阻力基面與阻力面的空間分布存在著明顯的區(qū)域差異,但均呈現(xiàn)中間低邊界高的趨勢(shì)。而阻力面的阻力值增加,表明從2005—2020年,各種保護(hù)洱海的政策和工程起到良好作用,產(chǎn)生面源污染物的區(qū)域進(jìn)一步縮小,阻礙范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

圖3 洱海流域上游2005—2020年面源污染綜合阻力基面空間分布

圖4 洱海流域上游2005—2020年面源污染阻力面空間分布

2.3 面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分析

由圖5,表2可知,2005,2010,2015和2020年洱海流域上游的面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布由里向外依次是極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū),中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)占總面積絕大部分。同時(shí)受地形影響,研究區(qū)南部面源污染風(fēng)險(xiǎn)要高于北部,耕地及其鄰近范圍內(nèi)的區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)最高,表明極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)即為面源污染的關(guān)鍵源區(qū)。耕地“源”作用強(qiáng),林地、草地和水域“匯”作用弱,因此,“源”景觀的面積和分布是影響風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的關(guān)鍵因素。16 a間(圖6),極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)從2005—2015年呈現(xiàn)逐步下降的趨勢(shì),到2020年又有所上升;高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在2005—2020年持續(xù)上升;中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在2005—2010年略微下降后,在2010—2020年快速上升;低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在2005—2015年快速上升后,到2020年又急劇下降;極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)在2005—2010年上升,之后持續(xù)下降。

圖5 洱海流域上游2005—2020年面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布

圖6 研究區(qū)2005—2020年面源污染各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積趨勢(shì)變化

表2 洱海流域上游各鄉(xiāng)鎮(zhèn)2005—2020年面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)面積 km2

總之,極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積減少16.16 km2,低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積減少7.01 km2,極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積減少35.74 km2,中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)增加了38.69 km2,高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積增加了20.23 km2。16 a間,茈碧湖鎮(zhèn)極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)雖有波動(dòng),但面積基本上未發(fā)生變化,保持在65.00 km2左右;鄧川鎮(zhèn)和上關(guān)鎮(zhèn)全鎮(zhèn)面積的80%以上被中等風(fēng)險(xiǎn)及以上所占據(jù),而極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)幾乎為零,受到的面源污染威脅很高;三營(yíng)鎮(zhèn)和右所鎮(zhèn)均處在平緩區(qū)域,且極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積最多,都大于70.00 km2,2020年相比2005年極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積也均有所下降;鳳羽鎮(zhèn)和牛街鄉(xiāng)的各面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較為相似,但牛街鄉(xiāng)各面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布較為分散,而鳳羽鎮(zhèn)較為連續(xù)?？傊?各鄉(xiāng)鎮(zhèn)都受到較高的面源威脅。

2.4 面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)移分析

2005—2020年,洱海流域上游共發(fā)生了15種面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)移變化(圖7,表3),主要是在極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)之間轉(zhuǎn)移,以轉(zhuǎn)出為主,轉(zhuǎn)出面積分別為80.93,72.51,75.63 km2。其中極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出主要在盆地邊緣,而其他面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出主要在盆地中間。低海拔向高海拔過(guò)渡的區(qū)域面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)變化最為劇烈。

表3 研究區(qū)2005—2020年面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)移矩陣 km2

圖7 研究區(qū)2005—2020年面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)移分布

低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)具有相似的轉(zhuǎn)移特征,與其相鄰的等級(jí)轉(zhuǎn)移最多,最高分別為41.12,33.88和43.29 km2,相距越遠(yuǎn)彼此轉(zhuǎn)移越少。極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)均只相鄰一個(gè)面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),故只沿一側(cè)單向遞減轉(zhuǎn)移。極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)幾乎只和低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)相互轉(zhuǎn)移,而極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)因距離遞減作用,向高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)轉(zhuǎn)移最多,分別為51.10和29.47 km2,向其余面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)幾乎不轉(zhuǎn)移。在空間分布上,茈碧湖鎮(zhèn)、鳳羽鎮(zhèn)和右所鎮(zhèn)的交界處以及牛街鄉(xiāng)的北部是主要轉(zhuǎn)移的區(qū)域,這些區(qū)域是“源—匯”景觀交界處及“匯”景觀所在地,也是面源污染治理重點(diǎn)關(guān)注的區(qū)域。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)移的方向和程度受到多種因素的影響,而人類(lèi)活動(dòng)和洱海流域生態(tài)保護(hù)政策的實(shí)施是最主要的原因。

3 討論

本文采用四期數(shù)據(jù)研究面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)變化,相較于一期數(shù)據(jù)而言,能夠體現(xiàn)時(shí)間和空間變化特征,表明面源污染“源—匯”風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法具有可行性[5,9]。雖然劃分出5個(gè)級(jí)別,但數(shù)據(jù)段是不同的。這種劃分方法是否可以進(jìn)行不同年份之間的比較有待探討。但可以確定的是基于最小累積阻力模型,可以初步識(shí)別面源污染的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),找到面源污染的關(guān)鍵區(qū)域[12,23]。同時(shí)阻力因子的數(shù)量以及權(quán)重會(huì)受人為因素影響,不同的學(xué)者、不同的研究區(qū)域會(huì)選擇不同的阻力因子,具有一定主觀性。此外,耕地分類(lèi)只考慮到一級(jí)地類(lèi),未進(jìn)一步細(xì)分旱地和水田,而旱地的氮磷流失要高于水田[27],也未分析氮磷污染物從“源”到“匯”過(guò)程中的機(jī)理。上述局限性需要進(jìn)行更深入研究。

洱海流域上游的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)主要分布在耕地及其附近,這些區(qū)域與經(jīng)濟(jì)、人口、城鎮(zhèn)建設(shè)等具有正相關(guān)性。限制城鎮(zhèn)規(guī)模,管控耕地,進(jìn)行景觀優(yōu)化[33]、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整[4]是減少氮磷等污染物的有效方式,可從“源”頭上有效降低面源污染的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)移。對(duì)耕地質(zhì)量較低、易造成水土流失的坡耕地要逐步退出[34],對(duì)茈碧湖、西湖和海西湖所在的區(qū)域重點(diǎn)管控,實(shí)施緩湖濱帶生態(tài)修復(fù)。此外,極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)具有波動(dòng)性,和中高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)呈現(xiàn)此消彼長(zhǎng),在風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)變的重點(diǎn)區(qū)域加大植樹(shù)造林力度,增加林地和草地的面積,提高“匯”景觀的優(yōu)勢(shì)度及主導(dǎo)作用。

農(nóng)藥、化肥的禁用,大蒜等高水高肥的經(jīng)濟(jì)作物禁止種植,大面積的退耕還林還濕等眾多保護(hù)洱海的政策實(shí)施,改變了洱海流域上游的面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),使得面源污染物大幅度減少,洱海水質(zhì)得到較大提升。上述研究結(jié)果與《中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》《洱海保護(hù)治理與流域生態(tài)建設(shè)“十三五”規(guī)劃綱要》《云南省環(huán)境狀況公報(bào)》等文件總體保持一致,如《中國(guó)環(huán)境狀況公報(bào)》《云南省環(huán)境狀況公報(bào)》指出:洱海氮磷含量顯著降低,水質(zhì)由Ⅲ類(lèi)接近Ⅱ類(lèi)。而王琦[35]、徐建鋒[36]、孔佩儒[37]等人基于最小累積阻力模型分別識(shí)別了查干湖、丹江口水庫(kù)和海河流域的面源污染風(fēng)險(xiǎn)格局,指出耕地是高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域,與本文研究結(jié)果相吻合。同時(shí)農(nóng)戶對(duì)于環(huán)境保護(hù)的積極性較高,甚至可以損失自己的部分利益,而一系列保護(hù)洱海的政策的實(shí)施使得當(dāng)?shù)剞r(nóng)民經(jīng)濟(jì)損失嚴(yán)重,導(dǎo)致大量人員外出務(wù)工,眾多農(nóng)田被荒。因此,以綠色高效低成本方式,識(shí)別和控制洱海流域上游面源污染,降低因洱海保護(hù)造成的對(duì)農(nóng)戶及農(nóng)業(yè)的損失,實(shí)現(xiàn)洱海保護(hù)和農(nóng)民利益的雙贏,會(huì)對(duì)洱海的保護(hù)起到更加非凡的意義。

4 結(jié)論

(1)阻力因子和源的分布使阻力基面和阻力面的空間分布、阻力值的大小存在區(qū)域性差異。隨著海拔的升高,阻力值的分布呈現(xiàn)中間低邊界高,“源”景觀的作用被“匯”景觀逐漸取代。2020年比2005年阻力面值提高了7 485.40,表明洱海流域上游的生態(tài)環(huán)境有所改善。

(2)研究區(qū)4期極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積全都大于360.00 km2,所占比例達(dá)30%,而中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)以上占比超60%,整體面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)偏高;16 a間,極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積分別減少了16.16,7.01和35.74 km2,中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積分別增加了38.69和20.23 km2。

(3)面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)由“源”向外依次分布:極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)、低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和極低風(fēng)險(xiǎn)區(qū),即距離“源”越近,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)越高;受空間距離和“源”的影響,風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)表現(xiàn)為中部高于邊界,南部高于北部。

(4)16 a間的中、高、極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)面積轉(zhuǎn)出最多,分別為80.93,72.51和75.63 km2,分別占其總面積的36.44%,53.68,19.89%。茈碧湖鎮(zhèn)、鳳羽鎮(zhèn)和右所鎮(zhèn)三鎮(zhèn)交界處以及牛街鄉(xiāng)的北部是面源污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)轉(zhuǎn)移的主要區(qū)域,主要是中高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)所在地;極高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)是洱海流域上游面源污染的關(guān)鍵區(qū)域,而減少氮磷的流失需要圍繞關(guān)鍵區(qū)域展開(kāi)。