張 建,雷 剛,漆良華,,*

1 國際竹藤中心 國家林業(yè)和草原局/北京市共建竹藤科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100102 2 國際竹藤中心安徽太平試驗(yàn)中心, 太平 245700

氮磷凈化能力是水質(zhì)凈化功能的重要體現(xiàn),對制定水源保護(hù)規(guī)劃,落實(shí)陸域-水域綜合保護(hù),防治水體污染,保障區(qū)域用水安全具有重要意義[1-2]。丹江口庫區(qū)作為南水北調(diào)中線工程重要水源地,其水質(zhì)狀況對工程具有舉足輕重的作用,不僅關(guān)系到庫區(qū)及沿線地區(qū)人民生活、生產(chǎn)用水安全,更影響著周邊地區(qū)社會和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

目前常用的水質(zhì)評價(jià)方法有單因子法、綜合指數(shù)法、灰色評價(jià)法、水質(zhì)指數(shù)法、多變量分析法等[3],這些方法多用來評價(jià)水質(zhì)狀況,無法針對水質(zhì)凈化功能進(jìn)行評估。隨著3S等技術(shù)的發(fā)展,生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)模型的建立與使用成為研究熱點(diǎn),SWAT模型[4]、HSPF模型[5]和InVEST模型[6]等被開發(fā)利用。InVEST模型以其簡單、快速和強(qiáng)大的空間表達(dá)能力成為應(yīng)用最廣泛的工具,該模型營養(yǎng)鹽輸送率(NDR)模塊專門用于模擬氮、磷出口的水質(zhì)凈化功能研究,并已在世界許多地區(qū)得到應(yīng)用。Goldstein等[7]研究了糧食作物、牧草情景及生物燃料等七種情境下對夏威夷島嶼水質(zhì)凈化功能空間分異情況；王大尚等[8]利用InVEST模型對密云水庫上游流域氮磷水質(zhì)凈化服務(wù)在內(nèi)的諸多生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能及居民福祉進(jìn)行了定量評估和空間特征刻畫；吳瑞等[9]、韓會慶等[10]利用模型對官廳水庫、貴州省珠江流域氮、磷水質(zhì)凈化功能開展研究。

水質(zhì)凈化能力不僅受地形、地貌、降水等自然因素的影響,人類活動引起的景觀格局變化以及城鎮(zhèn)化集聚、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等均會影響污染物的遷移和轉(zhuǎn)化,從而改變進(jìn)入河流污染物的數(shù)量,對流域水質(zhì)產(chǎn)生重要影響。研究表明景觀格局變化是影響水質(zhì)凈化的關(guān)鍵因子[11-12],不同景觀要素如景觀類型、景觀面積及景觀特征均對水質(zhì)凈化能力產(chǎn)生顯著影響[13-14]。趙鵬等[15]運(yùn)用多變量分析方法,分析流域、河岸帶尺度的景觀組成和空間格局指數(shù)與水質(zhì)的關(guān)系,結(jié)果表明流域尺度下景觀指數(shù)對水質(zhì)影響較大；李昆等[16]利用3S技術(shù)和景觀格局指數(shù)以7種空間尺度的湖濱帶緩沖區(qū)為對象,研究景觀格局對洪湖水質(zhì)變化的空間尺度效應(yīng)；Oliverira[17]等選擇河岸緩沖區(qū)和專屬貢獻(xiàn)區(qū),分析了景觀格局與五個(gè)選定水質(zhì)指數(shù)之間的聯(lián)系；Rajaei[18]研究了塔簡河流域景觀格局與硝酸鹽等污染物的相關(guān)性,結(jié)果表明流域硝態(tài)氮與斑塊密度、景觀形態(tài)指數(shù)等景觀格局指數(shù)呈正相關(guān)。王瑛[19]研究了景觀格局與水環(huán)境變化的響應(yīng),發(fā)現(xiàn)通過人為措施合理改變景觀結(jié)構(gòu)對控制面源污染具有顯著作用。因此,探討景觀格局與水質(zhì)凈化能力的關(guān)系,對于揭示庫區(qū)景觀格局變化,合理規(guī)劃景觀減少面源污染的傳遞具有重要意義。

丹江口庫區(qū)是南水北調(diào)中線工程重要水源地,水環(huán)境狀況不僅威脅當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境和用水安全,更直接關(guān)系到工程受水區(qū)的水量和水質(zhì)?！兜そ趨R水區(qū)土壤養(yǎng)分狀況及農(nóng)作物施肥量調(diào)查研究報(bào)告(2015)》顯示,庫區(qū)污染源中農(nóng)業(yè)面源污染占比高達(dá)70%,庫區(qū)坡耕地主要經(jīng)濟(jì)作物柑橘為面源污染主要來源,化肥和農(nóng)藥的不合理使用帶來較高的氮磷輸出,高強(qiáng)度集中降水帶來的水土流失成為面源污染遷移的重要載體,大量養(yǎng)分進(jìn)入水體造成水質(zhì)退化,由此產(chǎn)生的一系列生態(tài)問題為學(xué)者所關(guān)注。Wang等[20]研究了丹江口庫區(qū)景觀格局和土地利用變化對水生態(tài)時(shí)空變化的關(guān)系,但由于數(shù)據(jù)量較少,而未能準(zhǔn)確反映生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的變化；張煦等[21]基于水質(zhì)理化指標(biāo)對丹江口庫區(qū)水質(zhì)開展監(jiān)測,得出農(nóng)業(yè)污染是影響水質(zhì)安全的重要因素,丁霞等[22]對庫區(qū)馬尾松林水源涵養(yǎng)價(jià)值進(jìn)行了研究,缺乏水質(zhì)時(shí)空動態(tài)變化。目前,該區(qū)景觀格局變化和氮磷凈化能力及二者關(guān)系的研究罕有報(bào)道?；诖?在縣域尺度上以丹江口市為研究區(qū)域,利用景觀格局指數(shù)和InVEST模型分析2003—2018年景觀格局變化和水質(zhì)中氮磷凈化能力,并利用Pearson相關(guān)分析和RDA冗余分析研究二者的關(guān)系,探討引起氮磷凈化能力變化因素,以期為丹江口庫區(qū)水源水質(zhì)保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

丹江口市位于湖北省西北部、鄂豫兩省交界,是南水北調(diào)中線工程水源地,國家級重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)縣,素有“中國水都”之稱,水源區(qū)位于秦嶺巴山之間,漢江中上游,市跨32°14′10″—32°58′10″N,110°47′53″—110°34′47″E 之間；屬于北亞熱帶季風(fēng)區(qū)的溫暖半濕潤氣候,四季分明,降水分布不均,年平均氣溫 15.9 ℃,年降水量約 800 mm,年蒸發(fā)量為1979.1 mm；河流以漢江為主,自西向東橫跨全境；土壤以黃棕壤和黃壤為主,成土母質(zhì)由石灰?guī)r、片麻巖等發(fā)育而成,質(zhì)地疏松,地貌類型多以低山丘陵為主；庫區(qū)森林類型由人工林和次生林組成,馬尾松(Pinusmassoniana)、栓皮櫟(Quercusvariabilis)、杉木(Cunninghamialanceolata)等廣泛分布；經(jīng)濟(jì)以農(nóng)林牧漁業(yè)發(fā)展為主,并廣泛種植柑橘(CitrusreticulataBlanco)。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

InVEST模型水質(zhì)凈化模塊所需數(shù)據(jù)包括研究區(qū)土地利用/覆被圖、降水量、年潛在蒸散量、土壤深度、植物可利用含水量、DEM數(shù)據(jù)與流域及子流域、生物物理系數(shù)表、氮磷輸出負(fù)荷數(shù)據(jù)以及流域累積閾值等數(shù)據(jù)。土地利用/覆被圖通過遙感影像圖解譯得到,選擇2003年Landsat 7 ETM+、2008年Landsat- 5 TM、2013年和2018年Landsat 8 OLI_TIRS 影像,分辨率為30 m；在ENVI軟件中通過幾何校正、融合鑲嵌、裁剪處理,將研究區(qū)分為林地、耕地、園地、建設(shè)用地、水域和未利用地6類,見圖1。

降水?dāng)?shù)據(jù)通過中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)獲得,對研究區(qū)域及周邊氣象站點(diǎn)進(jìn)行克里金插值分析。年潛在蒸散發(fā)利用中國地面氣象觀測報(bào)告,收集研究區(qū)周邊4氣象站數(shù)據(jù),運(yùn)用Hargreaves方程[23]計(jì)算年潛在蒸發(fā)量。土壤深度根據(jù)森林資源二類調(diào)查結(jié)果,采用克里金插值得到模型所需柵格圖。植被可利用水含量可評估土壤為植被生長所儲蓄的總水量,也可確定田間持水量和萎蔫點(diǎn)的差值[24],計(jì)算公式選取周文佐等[25]所提出的 AWC模型進(jìn)行估算,將計(jì)算的結(jié)果進(jìn)行克里金插值得到模型所需柵格圖。

AWC=[54.509-0.132×SAN-0.003×SAN2-0.055×SIL-0.006×SIL2-0.738×CLA+0.007×CLA2-2.688×C+0.501×C2] ×100%

(1)

式中,SAN為土壤的沙粒含量(%)；SIL為土壤的粉粒含量(%)；CLA為土壤的黏粒含量(%)；C為土壤的有機(jī)質(zhì)含量(%)。

DEM數(shù)據(jù)從地理空間數(shù)據(jù)云網(wǎng)站獲取,經(jīng)鑲嵌、裁剪、填洼處理,使用水文分析工具和矢量數(shù)據(jù)生成流域和子流域,每一級流域賦予唯一數(shù)值。生物物理系數(shù)表和氮磷輸出負(fù)荷數(shù)據(jù),參考丹江口庫區(qū)的調(diào)查和文獻(xiàn)[22, 26- 27]及InVEST 模型用戶指南獲得,相關(guān)參數(shù)見表1。

圖1 丹江口市土地利用/覆被圖Fig.1 Land use/cover map of Danjiangkou City

表1 氮磷輸出相關(guān)參數(shù)

2.2 氮磷凈化能力研究方法

InVEST 模型水質(zhì)凈化模塊主要基于植被土壤可通過存儲、轉(zhuǎn)換的方式截留徑流中營養(yǎng)鹽污染物的機(jī)理,計(jì)算每個(gè)柵格中養(yǎng)分元素的量,TN、TP輸出量越高表明氮磷凈化能力越低,其主要算法：

ALVx=HSSx×polx

(2)

式中,ALVx是像素x的調(diào)整負(fù)荷值,HSSx是像素x計(jì)算方法的水文敏感度評分,polx是像素x的輸出系數(shù)。計(jì)算得到TN、TP輸出量后,結(jié)合土地利用/覆被類型對污染物的移除效率來得到營養(yǎng)物保持(截留)量。

依據(jù)氮磷凈化能力結(jié)果,利用水域營養(yǎng)類型的劃分標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合《生態(tài)功能區(qū)劃技術(shù)暫行規(guī)程》,對研究區(qū)的凈化能力重要性進(jìn)行分類,共分為5級(表2),以此表現(xiàn)區(qū)域氮磷凈化能力的強(qiáng)弱。

表2 丹江口市TN、TP凈化重要性等級

2.3 景觀格局指數(shù)選取

景觀格局指數(shù)能有效反映生態(tài)系統(tǒng)與空間格局的關(guān)系,可在斑塊水平、斑塊類型水平和景觀水平3個(gè)層次上評估景觀格局變化、分析景觀與水質(zhì)變化的關(guān)系等[28-29]?；谇叭说幕A(chǔ)[30-31],本文在土地利用/覆被圖的基礎(chǔ)上利用ArcGIS和Fragstats 4.2軟件,從斑塊類型和景觀水平層次開展研究,選取表征面積、聚集度、形狀和多樣性測量等8個(gè)具有代表性和廣泛應(yīng)用的景觀指標(biāo)(表3)。

表3 景觀指數(shù)的選擇

2.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用統(tǒng)計(jì)分析軟件SPSS 24.0和Canoco 5.0軟件,對不同時(shí)期TN、TP輸出量與景觀格局指數(shù)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析和冗余分析(Redundancy analysis,RDA),探究氮磷凈化能力與景觀格局的相關(guān)關(guān)系,利用RDA冗余分析識別各個(gè)因子貢獻(xiàn)大小,揭示在景觀尺度下氮磷凈化能力變化的主要驅(qū)動。

3 結(jié)果與分析

3.1 丹江口市景觀格局特征及變化

選擇斑塊類型和景觀水平對丹江口市的景觀格局開展研究,結(jié)果表明(表4),丹江口市水域面積增加,斑塊類型比和最大斑塊指數(shù)總體呈上升趨勢,水域占研究區(qū)面積的比例持續(xù)上升；林地面積逐年增加,從40.80%增長至50.84%,最大斑塊指數(shù)先增后減表明受人類活動干擾較大；耕地與園地面積逐漸減少,耕地、園地的斑塊類型比和最大斑塊指數(shù)總體呈下降趨勢,但依然占比較大,表明當(dāng)?shù)貙Ω睾蛨@地的經(jīng)營管理強(qiáng)度依然較大；建設(shè)用地先減后增,總體新增面積約2553 hm2,城市及鎮(zhèn)村的發(fā)展和移民搬遷政策執(zhí)行,都加劇了建設(shè)用地變化；未利用地主要包括裸地等,基本保持持平狀態(tài),因此合理開發(fā)利用裸地將成為下階段土地利用的重點(diǎn)。

表4 斑塊類型及景觀水平景觀格局指數(shù)變化情況

景觀水平上,2003—2018年景觀形狀指數(shù)不斷減少,蔓延度指數(shù)和聚集度指數(shù)整體呈增長趨勢,說明形狀與相同面積的規(guī)則圖形之間偏離程度逐年減小,形狀復(fù)雜程度降低,斑塊類型間形成了良好的連接性,景觀聚集程度提升,空間分布趨向集中,景觀的異質(zhì)性減弱；散布與并列指數(shù)增加了5.58,香農(nóng)多樣性指數(shù)變幅較小,說明各斑塊類型趨于規(guī)則,呈均衡趨勢分布。究其原因,水庫蓄水、移民搬遷、退耕還林和生態(tài)文明建設(shè)等項(xiàng)目的實(shí)施,社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人類不斷活動,都加速了景觀格局的變化。

3.2 氮磷凈化能力時(shí)空變化與等級劃分

利用InVEST模型對氮磷凈化能力開展研究,其中TN、TP輸出總量越大氮磷凈化能力越差。結(jié)果表明(表5、圖2)TN、TP單位面積輸出量最大值均出現(xiàn)在2013年,分別為1.625 kg hm-2a-1和0.129 kg hm-2a-1,總輸出量分別為776.979 t,68.163 t；但整體上看2003年TN、TP輸出量最高分別為899.224 t、77.308 t,輸出量的最大值分別為1.559 kg hm-2a-1和0.124 kg hm-2a-1；2008年TN、TP的輸出量開始降低,輸出量的最大值分別為1.583 kg hm-2a-1和0.125 kg hm-2a-1；2018年TN、TP的輸出量最低,總量為672.139 t、60.802 t,其中最大值分別為1.588 kg hm-2a-1和0.126 kg hm-2a-1。

表5 TN、TP輸出量

從時(shí)間上看,2003—2018年丹江口市TN、TP輸出量呈減少趨勢,表明氮磷凈化能力逐漸增強(qiáng),15年間TN的凈化服務(wù)增強(qiáng)了25.3%,TP的凈化服務(wù)增強(qiáng)了21.4%；空間上看,TN、TP輸出量高的地區(qū)均分布在地勢平坦和人口分布密集區(qū)。丹江口市農(nóng)業(yè)以種植農(nóng)作物和柑橘園為主,農(nóng)藥、化肥的使用是氮、磷的主要來源,有部分農(nóng)業(yè)區(qū)距離水庫較近,因此瀕臨水庫處應(yīng)擴(kuò)大林地面積,進(jìn)一步增強(qiáng)該區(qū)水質(zhì)凈化能力。

以2018年TN、TP模型輸出結(jié)果為例,進(jìn)行氮磷凈化能力重要性等級分類,共分為5級(圖3)。整體上看丹江口市2018年氮磷水質(zhì)凈化重要性等級分布基本相似,特別是氮磷凈化能力強(qiáng),極重要區(qū)、高度重要區(qū)主要分布在庫區(qū)、河流兩岸和林地區(qū)域；凈化能力稍弱,一般重要區(qū)主要分布在城鎮(zhèn)建設(shè)、農(nóng)田、柑橘園等。

圖3 氮磷凈化能力重要性等級Fig.3 Importance level of nitrogen and phosphorus removal capacity

綜上結(jié)果可知：氮磷凈化能力與景觀格局和土地利用類型有關(guān),隨著時(shí)空變化丹江口市近15年氮磷能力不斷增強(qiáng),較弱區(qū)域主要集中在平坦地區(qū),這些區(qū)域植被覆蓋度較低,對污染物的截留效用較弱,且耕地和柑橘園化肥農(nóng)藥的使用增加了氮磷的輸出量；同時(shí)這些區(qū)域城鎮(zhèn)化建設(shè)明顯,人口和人類活動的增加也導(dǎo)致污染物排放遞增,從而導(dǎo)致凈化能力較弱；凈化能力強(qiáng),極重要、高度重要區(qū)主要分布在庫區(qū)、河流兩岸和林地等區(qū)域。

3.3 景觀格局變化與氮磷凈化能力的關(guān)系

由于InVEST模型水質(zhì)凈化模塊主要與林地、耕地、園地和建設(shè)用地有關(guān),利用Pearson相關(guān)分析結(jié)果見表6。在斑塊類型水平上,林地類型面積與氮磷輸出量均呈顯著負(fù)相關(guān),表明林地可以有效攔截氮磷進(jìn)入水庫；耕地、園地斑塊類型面積和斑塊類型比均與氮磷輸出量呈正相關(guān)關(guān)系,說明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是影響水質(zhì)的重要因素,隨著農(nóng)業(yè)用地的減少,污染源的輸入逐漸下降,其中耕地類型的最大斑塊指數(shù)與氮磷輸出呈負(fù)相關(guān),表明耕地最大斑塊指數(shù)的增加對氮磷凈化能力的提升起一定的促進(jìn)作用；氮磷輸出量與建設(shè)用地整體上呈中等程度相關(guān),因此城鎮(zhèn)化發(fā)展中建設(shè)用地的增加也是影響水質(zhì)變化的重要因素。

在景觀水平上,氮磷輸出量與景觀形狀指數(shù)呈顯著正相關(guān),說明TN、TP凈化能力與景觀形狀的復(fù)雜度有關(guān)；與香農(nóng)多樣性指數(shù)呈中等程度正相關(guān)；氮磷輸出量和景觀聚集與分散度測量指標(biāo)中蔓延度指數(shù)、聚集度指數(shù)呈負(fù)相關(guān),和散布與并列指數(shù)表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān),表明隨著各類景觀的連通性與聚集性的升高氮磷凈化能力增強(qiáng)。

表6 斑塊類型及景觀水平景觀格局與TN、TP的關(guān)系

在景觀格局與氮磷凈化能力相關(guān)性分析的基礎(chǔ)上,通過Canoco 5.0軟件進(jìn)行解釋變量的前向選擇,排序軸的特征值分別為0.843和0.109,排序圖可以很好地反映景觀與氮磷凈化之間的關(guān)系圖4表明氮磷輸出量與林地類型,蔓延度指數(shù)、散布與并列指數(shù)、聚集度指數(shù)呈負(fù)相關(guān)；與耕地、園地、建設(shè)用地類型,景觀形狀指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)呈正相關(guān),這與Pearson相關(guān)分析結(jié)果一致。由箭頭連線的長短可看出土地利用類型依然以林地、耕地和園地對氮磷凈化能力影響最大,各景觀格局指數(shù)帶來的影響較為均衡。

圖4 景觀格局指數(shù)與TN、TP輸出量RDA排序圖 Fig.4 RDA sorting map of landscape pattern index and TN、TP outputRDA：冗余分析Redundancy analysis；WOL：林地 Woodland；CRL：耕地 Cropland；ORA：果園 Orangery；URL：建設(shè)用地 Urbanized land;CONTAG: 蔓延度指數(shù)Contagion index;SHDI： 香農(nóng)多樣性指數(shù)Shannon′s diversity index;IJI: 散布與并列指數(shù)Interspersion juxtaposition index;AI: 聚集度指數(shù)Aggregation index;LSI: 景觀形狀指數(shù)Landscape shape index

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

南水北調(diào)中線工程通水后,為確保水質(zhì)安全,協(xié)調(diào)庫區(qū)的區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展和水環(huán)境資源保護(hù),國務(wù)院先后批復(fù)了《丹江口庫區(qū)及上游水污染防治和水土保持規(guī)范(2006年)》、《丹江口庫區(qū)及上游水污染防治和水土保持“十二五”規(guī)劃(2013年)》以及《丹江口庫區(qū)及上游水污染防治和水土保持“十三五”規(guī)劃(2017年)》,隨著規(guī)劃的推行和實(shí)施,面源污染氮磷等元素的輸出、水質(zhì)變化規(guī)律和變化驅(qū)動因子成為丹江口庫區(qū)水環(huán)境研究的重點(diǎn)。孫玉君等[32]采用單因子評價(jià)法,對丹江口庫區(qū)入庫水系、水功能區(qū)以及水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了監(jiān)測和分析；周穎[33]借助GIS和RS等技術(shù),對丹江口庫區(qū)胡家山小流域等流域水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測,探討導(dǎo)致面源污染輸出季節(jié)性差異的驅(qū)動因子,得出林地、耕地和建設(shè)用地是影響小流域水質(zhì)的主要因子；張博等[34]研究發(fā)現(xiàn)丹江口庫區(qū)林地對面源污染的輸出有攔截和削減作用,耕地則是水體氮磷污染的主要來源；丁飛霞[35]以張家山小流域不同時(shí)期為研究對象,分別從景觀數(shù)量特征和景觀格局特征探討匯水區(qū)景觀特征對小流域徑流水質(zhì)的影響。前人研究結(jié)果與本文研究結(jié)果相似,且本文利用InVEST模型和景觀格局結(jié)合的方法完善了丹江口庫區(qū)氮磷凈化時(shí)空變化研究,探討影響水質(zhì)凈化功能的因素。

水質(zhì)凈化功能和景觀格局變化的相關(guān)性研究主要分為動態(tài)和靜態(tài)的研究,即通過時(shí)間和空間表征二者關(guān)系。朱蘭保等[36]基于GIS和RS利用多年的水質(zhì)數(shù)據(jù)與景觀格局進(jìn)行分析,研究發(fā)現(xiàn)景觀類型是影響水質(zhì)的重要因素,但未明晰水質(zhì)變化與景觀格局變化的關(guān)系；劉怡娜等[37]對長江流域景觀格局變化與水質(zhì)凈化服務(wù)的關(guān)系開展研究,表明河岸帶景觀格局的改變更能影響污染物的截留效率；伍恒赟等[38]通過匯水單元和子流域劃分, 研究不同區(qū)域景觀格局變化與水質(zhì)的聯(lián)系, 從空間上分析了兩者的相關(guān)性, 但時(shí)間期限較短。本文選擇以時(shí)間變化序列研究方法,從時(shí)空動態(tài)角度探討水質(zhì)凈化中氮磷凈化能力與景觀格局的關(guān)系,整體層面研究了丹江口市近15年氮磷凈化能力、景觀格局變化以及兩者間的相關(guān)性。在斑塊水平上選擇林地、耕地、園地和建設(shè)用地,著重探討4種土地利用類型帶來的影響,在景觀水平上選擇聚集度、形狀和多樣性測量等指標(biāo),進(jìn)一步探究了各指標(biāo)與水質(zhì)凈化功能的關(guān)系,也表明了營養(yǎng)物質(zhì)累積濃度的空間分布在不同景觀類型上存在差異,補(bǔ)充了丹江口市時(shí)空變化下景觀格局與氮磷凈化能力關(guān)系的空缺。

由于本文利用InVEST模型方法開展研究,水質(zhì)凈化模塊閾值累積量會隨著季節(jié)性產(chǎn)生差異,可能會引起氮、磷輸出量存在誤差；模型下一步應(yīng)增加對其他污染物輸出量的研究。

4.2 結(jié)論

丹江口市2003—2018年景觀格局變化明顯,水域面積和林地面積不斷增加,耕地和園地面積逐漸減少,建設(shè)用地面積整體上呈增長趨勢；景觀形狀指數(shù)不斷減少,蔓延度指數(shù)和聚集度指數(shù)整體呈增長趨勢,形狀復(fù)雜程度降低,景觀聚集程度提升,散布與并列指數(shù)增加了5.58,香農(nóng)多樣性指數(shù)變幅較小,各斑塊類型趨于規(guī)則,呈均衡趨勢分布。2003年、2008年、2013年和2018年氮磷凈化能力呈持續(xù)增強(qiáng)趨勢,其中TN輸出總量分別為899.224、801.481、776.979、672.149 t,TP輸出總量分別為77.308、69.921、68.163、60.802 t,15年間TN、TP的水質(zhì)凈化能力分別增強(qiáng)了25.3%和21.4%；對氮磷凈化能力重要性等級劃分發(fā)現(xiàn)極重要、高度重要區(qū)主要集中在庫區(qū)、河流兩岸和林地區(qū)域；氮磷凈化能力稍弱,一般重要區(qū)主要在城鎮(zhèn)建設(shè)、農(nóng)田、柑橘園。利用Pearson相關(guān)分析和RDA分析發(fā)現(xiàn),在斑塊類型上林地面積與氮磷的輸出呈顯著負(fù)相關(guān),耕地、園地和建設(shè)用地與氮磷輸出量呈正相關(guān)；在景觀水平上氮磷輸出量與景觀形狀指數(shù)呈顯著正相關(guān),和散布與并列指數(shù)表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān),與蔓延度指數(shù)、聚集度指數(shù)呈負(fù)相關(guān)。

因此,在丹江口庫區(qū)氮磷輸出量高的地區(qū),應(yīng)選擇種植喜氮、喜磷的作物,合理施肥灌溉,可以有效降低氮磷進(jìn)入水體的風(fēng)險(xiǎn)；可調(diào)節(jié)景觀格局結(jié)構(gòu),合理規(guī)劃土地利用,增加林地面積,建設(shè)河岸緩沖帶充分滯緩徑流；制定排污標(biāo)準(zhǔn),平衡水源保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系,確保南水北調(diào)中線工程水源水質(zhì)安全。