摘要：探討流域土地利用變化及其水質(zhì)效應(yīng)，有利于從源頭控制水污染。以內(nèi)蒙古自治區(qū)典型草原區(qū)河流海拉爾河為研究對(duì)象，綜合Gis技術(shù)、多元統(tǒng)計(jì)及偏最小二乘回歸模型，對(duì)2005—2015年間流域土地利用的動(dòng)態(tài)變化及其對(duì)水質(zhì)的影響進(jìn)行分析。結(jié)果表明，2005—2015年研究區(qū)各土地利用類型面積發(fā)生較大變化，其中草地面積大幅銳減、水域面積明顯萎縮，而林地、農(nóng)田、城鎮(zhèn)用地、未利用地面積增多，特別是在中上游流域土地利用類型變化較明顯;土地利用格局整體呈現(xiàn)景觀破碎化程度加劇、形狀趨于復(fù)雜化、多樣性增加、聚集度減弱的趨勢(shì)，下游流域土地利用格局變化較明顯。海拉爾河中上游水質(zhì)基本滿足環(huán)境功能區(qū)要求，下游水質(zhì)濃度大幅升高，高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)全年超標(biāo)，研究時(shí)段內(nèi)河流水質(zhì)總體平穩(wěn)改善。偏最小二乘回歸模型顯示，與水質(zhì)呈顯著正相關(guān)的主要土地利用指標(biāo)為凝聚度(COHE)、蔓延度指數(shù)(CONTAG)，負(fù)相關(guān)指標(biāo)為農(nóng)田面積占比(AGRI)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)，主要水質(zhì)污染指標(biāo)CODMn對(duì)土地利用的顯著響應(yīng)均出現(xiàn)在雨季。研究表明，土地利用變化是影響區(qū)域非點(diǎn)源污染的重要因素，是海拉爾河有機(jī)污染的驅(qū)動(dòng)因子之一，建議加強(qiáng)區(qū)域土地利用空間管控。

　　關(guān)鍵詞：土地利用;景觀格局;水質(zhì)效應(yīng);偏最小二乘回歸模型

　　土地利用/覆被變化(Landuseandcoverchange,LUCC)作為全球環(huán)境變化的重要原因，是人類可持續(xù)發(fā)展和全球環(huán)境變化研究的核心主題之一[1]。土地利用/覆被變化的環(huán)境效應(yīng)表現(xiàn)在對(duì)氣候、土壤、水文、生態(tài)系統(tǒng)等生態(tài)環(huán)境要素的影響上[2]，已有研究表明LUCC是影響非點(diǎn)源污染最關(guān)鍵的因素之一，通過(guò)改變地表水文循環(huán)過(guò)程，增加營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬及懸浮物的入河通量，造成水體富營(yíng)養(yǎng)化和水污染[3-4]。因此，在當(dāng)前地表水體污染嚴(yán)重、湖泊水庫(kù)藻華頻發(fā)的背景下[5]，探討LUCC與地表水水質(zhì)的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)非點(diǎn)源污染控制有重要意義[6,7]。

　　LUCC對(duì)水質(zhì)的影響，一方面是由于土地利用類型的改變，導(dǎo)致地表水文循環(huán)過(guò)程改變，從而間接地對(duì)河流水質(zhì)起作用[8-10]，已有研究表明不同土地利用類型對(duì)水質(zhì)的影響不同，單一地類中以農(nóng)業(yè)用地和建設(shè)用地的影響最大[11-13]。另一方面土地利用格局變化會(huì)引起景觀中物質(zhì)循環(huán)和能量分配的變化，影響?zhàn)B分等非點(diǎn)源污染物發(fā)生、遷移和轉(zhuǎn)化產(chǎn)生過(guò)程，從而影響區(qū)域水質(zhì)[14-15]，一般采用景觀指數(shù)來(lái)反映景觀單元類型及其空間布局的變化[16-17]。

　　鑒于水土耦合系統(tǒng)的復(fù)雜性，研究多采用數(shù)學(xué)模型進(jìn)行土地利用與水質(zhì)的定量研究，早期主要采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蚚18]，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及3S技術(shù)的發(fā)展，最小二乘回歸(OLS)、地理加權(quán)回歸(GWR)、逐步多元回歸(SMR)、主成分分析(PCA)等統(tǒng)計(jì)模型逐漸興起[3-4,10-11]，這些多元統(tǒng)計(jì)模型在進(jìn)行水土關(guān)聯(lián)分析時(shí)能給出定量結(jié)果，但仍存在一些問(wèn)題，主要是由于大部分土地利用指標(biāo)間存在高度共線性，違背了多元回歸模型解釋變量間不相關(guān)的古典假設(shè)，將帶來(lái)冗余信息，使模型評(píng)估失真或者不準(zhǔn)確[19]。

　　偏最小二乘回歸(PLSR)在普通多元回歸的基礎(chǔ)上，結(jié)合了主成分分析PCA和典型相關(guān)分析CCA的思想，解決了回歸分析中自變量多重共線性的問(wèn)題，特別當(dāng)兩組變量的個(gè)數(shù)很多，且都存在多重相關(guān)性，而樣本量又較少時(shí)，用偏最小二乘回歸建立的模型具有傳統(tǒng)經(jīng)典回歸分析等方法所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)[20]。

　　現(xiàn)有的研究產(chǎn)生了大量有益的成果，但針對(duì)水土復(fù)合系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)機(jī)理方面的研究仍薄弱，兩者時(shí)空耦合的研究也較少;研究尺度主要集中于特定區(qū)域，而區(qū)域的特異性和指標(biāo)的各異性使得結(jié)果難以進(jìn)行比較，較難形成統(tǒng)一的結(jié)論;分析手段仍以傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)模型為主，可廣泛推廣應(yīng)用的科學(xué)方法尚未完全建立。 海拉爾河作為中國(guó)北方重要生態(tài)安全屏障呼倫貝爾草原的生命之源，是地區(qū)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展和流域人民賴以生存的基礎(chǔ)[21]。

　　已有研究[22-24]發(fā)現(xiàn)，近年，由于自然過(guò)程、人類活動(dòng)的影響，海拉爾河流域生態(tài)環(huán)境遭到破壞，面臨草地退化、土地沙化、水土流失、水污染等環(huán)境問(wèn)題的威脅。針對(duì)流域日益凸出的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題，地方政府啟動(dòng)了退耕還林還草、三北防護(hù)林建設(shè)、水污染防治等專項(xiàng)工作，但傳統(tǒng)的以畜禽養(yǎng)殖為主的生產(chǎn)生活方式無(wú)法快速根本轉(zhuǎn)變，農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染問(wèn)題仍然突出，流域生態(tài)環(huán)境并未完全好轉(zhuǎn)。

　　因此，針對(duì)流域現(xiàn)狀問(wèn)題，本文從土地利用的角度揭示2005—2015年間海拉爾河流域土地利用和水質(zhì)的變化，并采用偏最小二乘回歸分析土地利用與水質(zhì)的耦合關(guān)系，以期為流域農(nóng)業(yè)面源污染控制、環(huán)境保護(hù)決策的科學(xué)制定、自然資源合理利用提供科學(xué)支撐，也為流域經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展提供理論指導(dǎo)價(jià)值。

　　1材料和方法

　　1.1研究區(qū)概況及水質(zhì)斷面設(shè)置

　　海拉爾河流域(117°48'30″～122°28'5″E，47°32'30″～50°16'2″N)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)呼倫貝爾市西南部，流域面積5.48萬(wàn)km2。

　　流域?qū)僦袦貛О霛駶?rùn)半干旱大陸性季風(fēng)氣候，多年年均氣溫和降水量分別為5.34℃和348mm，降雨主要集中在6—9月，占全年降雨總量的80%。流域最大的河流海拉爾河干流全長(zhǎng)1430km，自西向東流經(jīng)牙克石市、海拉爾區(qū)、陳巴爾虎旗、新巴爾虎左旗，匯入額爾古納河，河流兩岸森林、草原、煤炭等資源豐富，其主要支流有免渡河、伊敏河等。海拉爾河流域是呼倫貝爾市人口、經(jīng)濟(jì)以及產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)，也是內(nèi)蒙古自治區(qū)重要的能源、畜牧業(yè)和林業(yè)基地，因此保護(hù)好流域水環(huán)境對(duì)區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大[23-24]。

　　海拉爾河主體為地表水Ⅲ類水環(huán)境功能區(qū)，發(fā)源于有機(jī)質(zhì)背景值高的大興安嶺林區(qū)，上游地形起伏大，河谷呈“V”形，兩岸主要分布有原始林和次生林。自牙克石市以下，河流進(jìn)入高平原，橫貫呼倫貝爾大草原，河流中游流經(jīng)牙克石市、海拉爾區(qū)，人類活動(dòng)密集。到與伊敏河匯合處以下，地勢(shì)開(kāi)闊平坦，處于河流下游。根據(jù)海拉爾河地理?xiàng)l件、水文特征以及周邊土地利用分布差異，海拉爾河現(xiàn)有水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布如下：上游設(shè)有八號(hào)牧場(chǎng)(BHMC)、大屯橋(DTQ)段面，中游設(shè)有牙克石(YKS)斷面，下游設(shè)有五牧場(chǎng)(WMC)、陶海(TH)、嵯崗(CG)斷面。

　　1.2數(shù)據(jù)來(lái)源

　　DEM為中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心ASTERGDEM30m分辨率高程數(shù)據(jù)，流域2005年、2010年和2015年三期的遙感影像來(lái)自中國(guó)科學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心Landsat8衛(wèi)星數(shù)據(jù)。水質(zhì)數(shù)據(jù)為2005—2015年海拉爾河6個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，由呼倫貝爾市水質(zhì)監(jiān)測(cè)站提供，樣品采集及分析測(cè)試方法參照《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》第4版。基于已有河流污染現(xiàn)狀研究[23,24,25]，選取高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、總氮(TN)、總磷(TP)、氨氮(NH3-N)為分析參數(shù)，依據(jù)區(qū)域季節(jié)性變化和水文特征，將參數(shù)劃分為雨季(6—9月)和旱季(10—12月、1—5月)進(jìn)行分析。研究區(qū)降雨量數(shù)據(jù)為多年(1981—2010年)降雨量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來(lái)源為中國(guó)氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)。

　　1.3數(shù)據(jù)處理

　　1.3.1空間分析

　　在Arcgis10.4(ESRI)平臺(tái)，結(jié)合監(jiān)測(cè)點(diǎn)的位置，基于流域DEM劃分為6個(gè)斷面小流域[20,26];基于2005年、2010年和2015年三期的遙感影像，參照最新土地分類標(biāo)準(zhǔn)《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T21010—2007)，采用非監(jiān)督分類法進(jìn)行土地利用分類，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)踏勘進(jìn)行修正，最終將3個(gè)時(shí)期的土地利用統(tǒng)一分為農(nóng)田(AGRI)、林地(FOREST)、草地(GRASS)、水域(WATER)、城鄉(xiāng)工礦居民用地(URBAN)、未利用地(UNUSE)6類，其中城鄉(xiāng)工礦居民用地包括城鎮(zhèn)建設(shè)用地、農(nóng)村聚落、工交建設(shè)用地。

　　選用土地利用類型面積百分比表征土地利用類型組分，選用斑塊密度(PD)、景觀形狀指數(shù)(LSI)、分維度數(shù)(FRAC_MN)、凝聚度(COHE)、蔓延度指數(shù)(CONTAG)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)這6個(gè)景觀指數(shù)表征土地利用空間格局，通過(guò)Fragstats4.2得到各景觀指數(shù)值。基于馬爾科夫模型，利用Arcgis10.4(ESRI)計(jì)算土地利用轉(zhuǎn)移矩陣，定量揭示土地利用變化。

　　1.3.2統(tǒng)計(jì)分析

　　利用SPSS25進(jìn)行數(shù)據(jù)異常值排除和標(biāo)準(zhǔn)化去量綱后，采用描述性統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)河流水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行描述統(tǒng)計(jì)分析;在0.05的顯著性水平下進(jìn)行水質(zhì)數(shù)據(jù)的K-S正態(tài)性檢驗(yàn)，基于檢驗(yàn)結(jié)果選用非參數(shù)Kruskal-Wallis檢驗(yàn)進(jìn)行水質(zhì)數(shù)據(jù)的季節(jié)性差異分析。在偏最小二乘回歸(PLSR)之前，采用Person相關(guān)性分析對(duì)自變量進(jìn)行共線性診斷，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)PLSR模型多個(gè)自變量間相關(guān)系數(shù)均大于0.9，存在較嚴(yán)重的多重共線性，加之樣本數(shù)少于變量個(gè)數(shù)，故采用偏最小二乘回歸法分析河流水質(zhì)與土地利用的關(guān)聯(lián)，建模后采用留一交叉驗(yàn)證法確定因子個(gè)數(shù)。

　　2結(jié)果

　　2.1土地利用特征

　　2.1.1土地利用空間分布

　　2005、2010和2015年研究區(qū)的土地利用狀況，優(yōu)勢(shì)地類為草地、林地、農(nóng)田。土地利用空間分布差異明顯，上游流域主要分布有林地和耕地，占比分別為30%~48%、19%~31%;中游流域?yàn)楦�地，占比�?0%~41%;下游流域?yàn)椴莸兀�占比�?0%~88%。

　　2.1.2土地利用類型變化

　　10年間研究區(qū)主要土地利用類型轉(zhuǎn)移矩陣。2005—2015年間，研究區(qū)草地面積大幅銳減，減少1713.73km2，未利用地面積增加1067.18km2;其次農(nóng)田開(kāi)墾，林地面積擴(kuò)大，兩者面積分別增加396.92km2、382.96km2，再者水域萎縮251.04km2，城鎮(zhèn)用地?cái)U(kuò)張117.72km2。

　　2005—2010年、2010—2015年，研究區(qū)土地利用類型變化規(guī)律與整體10年的變化趨勢(shì)基本一致，但2005—2010年水域面積擴(kuò)大，2010—2015年農(nóng)田面積減少。空間上，中上游流域草地銳減現(xiàn)象明顯，其次是農(nóng)田和林地面積增多;下游流域草地銳減、未利用地面積增多現(xiàn)象明顯，其次水域萎縮，總體上游流域土地利用類型變化更明顯。

　　2.1.3土地利用格局變化

　　2005—2015年研究區(qū)土地利用格局，10年間研究區(qū)土地利用景觀格局變化主要表現(xiàn)為，PD、LSI、FRAC_MN、SHDI值升高，CONTAG、COHE值降低。2005—2010年研究區(qū)土地格局變化規(guī)律與10年整體的變化規(guī)律較一致，但2010—2015年則略有不同，主要表現(xiàn)為期間COHE值升高。空間上，中上游八號(hào)牧場(chǎng)、大屯橋、牙克石流域的PD、LSI、FRAC_MN、SHDI值較高，下游五牧場(chǎng)、陶海、嵯崗流域的CONTAG、COHE值較高。

　　2.2河流水質(zhì)特征

　　2.2.1河流水質(zhì)時(shí)空變化特征

　　參照地表水Ⅲ類水環(huán)境功能區(qū)要求，海拉爾河中上游水質(zhì)基本滿足要求，下游斷面出現(xiàn)TN、CODMn超標(biāo)現(xiàn)象。季節(jié)性變化顯示，TN、TP、NH3-N濃度在海拉爾河上游，均呈現(xiàn)雨季高于旱季的現(xiàn)象，在中下游則相反;CODMn濃度則全河雨季高于旱季。空間上，河流水質(zhì)指標(biāo)自上游至下游濃度升高，尤其是下游段水質(zhì)濃度大幅升高。水質(zhì)差異性分析顯示，在0.05的顯著性水平下，TN、NH3-N濃度在下游斷面季節(jié)性差異顯著，TP濃度上游斷面季節(jié)性差異顯著，CODMn濃度各斷面均存在顯著季節(jié)性差異。

　　2.2.2河流水質(zhì)變化趨勢(shì)

　　2005—2015年海拉爾河水質(zhì)變化趨勢(shì)，表明10年間河流水質(zhì)指標(biāo)濃度整體降低，水質(zhì)改善，其中TN、TP、NH3-N濃度在2005—2010年、2011—2015年均呈降低趨勢(shì)，且下降幅度較2005—2015年大。

　　2.3土地利用與水質(zhì)的關(guān)聯(lián)分析

　　2.3.1成分提取

　　首先采用留一交叉驗(yàn)證法確定最優(yōu)因子數(shù)，當(dāng)PLS模型在不同主成分個(gè)數(shù)下對(duì)應(yīng)的預(yù)測(cè)均方根誤差(RMSEP)相對(duì)小時(shí)，結(jié)合各因子對(duì)因變量的累計(jì)貢獻(xiàn)率，確定最終的因子數(shù)。

　　2.3.2回歸模型建立

　　3個(gè)時(shí)段土地利用與水質(zhì)指標(biāo)的偏最小二乘回歸系數(shù)，對(duì)水質(zhì)影響顯著的主要正相關(guān)指標(biāo)為COHE、CONTAG，負(fù)相關(guān)指標(biāo)為AGRI、SHDI。水質(zhì)對(duì)土地利用的響應(yīng)存在季節(jié)性差異，水質(zhì)顯著響應(yīng)指標(biāo)在2015年為雨季CODMn和旱季TN，2010年為雨季NH3-N和旱季TP，2005年為雨季CODMn和旱季NH3-N，其中水質(zhì)主要污染指標(biāo)CODMn對(duì)土地利用的顯著響應(yīng)出現(xiàn)在雨季。

　　3討論

　　3.1土地利用動(dòng)態(tài)變化

　　研究發(fā)現(xiàn)，10年間受人類活動(dòng)影響，研究區(qū)優(yōu)勢(shì)地類草地大幅銳減，林地和農(nóng)田面積增加。王治良等[27]針對(duì)呼倫貝爾草原區(qū)的研究也發(fā)現(xiàn)2000—2010年草原減少、耕地增加，但林地減少，他分析造成草原減少的主要原因，一方面是由于人類活動(dòng)導(dǎo)致草地被大量侵占，另外在區(qū)域氣象、植被特征以及人類過(guò)度放牧、牲畜踩踏的多重影響下，草地沙化面積加大;耕地對(duì)其它生態(tài)用地的擠占，雖然一定程度上受限于區(qū)域?qū)嵤┑耐烁�還草等生態(tài)工程，但在目前政策對(duì)耕地的保護(hù)和耕地開(kāi)墾的經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使下，耕地面積仍呈增加趨勢(shì);呼倫貝爾草原區(qū)林地面積減少主要是由2006年鄂溫克紅花爾基特大火災(zāi)導(dǎo)致，由于本研究區(qū)不涉及到火災(zāi)區(qū)，退耕還林、三北防護(hù)林建設(shè)等工程的實(shí)施使流域林地面積增加。

　　流域水域萎縮、未利用地增多、城鎮(zhèn)擴(kuò)張等現(xiàn)象也有發(fā)生，這主要受區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及人口增長(zhǎng)帶來(lái)的影響。土地利用格局整體呈現(xiàn)景觀破碎化程度加劇、形狀趨于復(fù)雜化、聚集度減弱、多樣性增加的趨勢(shì)，其中景觀形狀及多樣性的變化趨勢(shì)同王治良的研究一致，破碎化及粘合度的變化趨勢(shì)與李攀的研究一致，這說(shuō)明一方面流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展下人類活動(dòng)對(duì)土地的不合理利用仍在繼續(xù)，另一方面實(shí)施的草原生態(tài)保護(hù)工程等相關(guān)環(huán)保政策也在發(fā)揮效益，此外地形、氣象等自然驅(qū)動(dòng)因子也對(duì)其有一定影響[22,27]。

　　另外本文發(fā)現(xiàn)不同空間區(qū)域土地利用變化存在差異，牙克石市及以上的區(qū)域人類活動(dòng)干擾相對(duì)少、多受自然因素影響，主要以土地利用類型變化為主，而下游區(qū)域海拉爾區(qū)為人類活動(dòng)密集區(qū)，對(duì)土地利用的影響相對(duì)深入，主要影響土地空間分布格局。因此，后續(xù)在流域水環(huán)境治理時(shí)應(yīng)統(tǒng)籌考慮山水林田湖草的綜合空間管控，仍應(yīng)以林地?cái)U(kuò)增，草地和農(nóng)田均衡發(fā)展為主要宗旨，同時(shí)制定中上游自然修復(fù)、下游綜合治理的分類保護(hù)策略。

　　3.2水質(zhì)變化

　　本文發(fā)現(xiàn)2005—2015年海拉爾河水質(zhì)主要污染指標(biāo)為CODMn，在河流下游斷面全年超標(biāo)，且雨季濃度高，這與前期[23-25]的研究結(jié)論類似。海拉爾河水質(zhì)的時(shí)空差異是區(qū)域氣象、水文及人為活動(dòng)特征的綜合體現(xiàn)，海拉爾河屬降水和融雪補(bǔ)給型河流，它發(fā)源于大興安嶺林區(qū)，該區(qū)域土壤有機(jī)質(zhì)背景值較高，當(dāng)進(jìn)入融雪期(5月)，冰雪迅速融化，形成大量山洪，尤其進(jìn)入6—9月降雨期，降雨沿途沖刷腐殖質(zhì)入河，有機(jī)污染加重;加之干流下游流經(jīng)牙克石市、海拉爾區(qū)等人類活動(dòng)密集區(qū)，人類活動(dòng)加劇，由此產(chǎn)生的外來(lái)污染物入河更加重了水體有機(jī)污染。

　　研究時(shí)段內(nèi)河流水質(zhì)整體呈好轉(zhuǎn)趨勢(shì)，這與人類活動(dòng)下土地利用類型及格局轉(zhuǎn)變的復(fù)合效應(yīng)有關(guān)，主要是由于優(yōu)勢(shì)地類草地大幅銳減、林地面積增加，加之分布格局整體呈現(xiàn)破碎化程度加劇、聚集度減弱、多樣性增加的趨勢(shì)，一方面會(huì)減少區(qū)域畜禽養(yǎng)殖等農(nóng)業(yè)非點(diǎn)源污染物產(chǎn)排及入河量，增加植被覆蓋率，提升對(duì)入河污染物的攔截、凈化能力，另一方面區(qū)域土地利用分布越分散，對(duì)水質(zhì)調(diào)節(jié)功能的類型越豐富，越有利于污染物的逐步削減從而減輕了水質(zhì)污染[22]。

　　同時(shí)水質(zhì)的變化與區(qū)域環(huán)保工程的實(shí)施密不可分，自2003年以來(lái)地方政府加強(qiáng)了海拉爾河的保護(hù)與治理，在海拉爾河干流設(shè)置了國(guó)家和省級(jí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，開(kāi)展水質(zhì)常規(guī)監(jiān)測(cè);同時(shí)在流域啟動(dòng)了環(huán)保專項(xiàng)整治，大力開(kāi)展天然林保護(hù)、草原生態(tài)修復(fù)、沙區(qū)綜合治理、畜禽養(yǎng)殖污染防治等工程，取得了較好的環(huán)境效益[25,28]。因此后續(xù)應(yīng)繼續(xù)積極推進(jìn)河流水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)相關(guān)工程，在采取修復(fù)措施時(shí)，除考慮河流自身水質(zhì)狀況，還應(yīng)協(xié)同考慮河流周邊生態(tài)空間對(duì)河流生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)同效應(yīng)。同時(shí)由于表征流域有機(jī)物污染的指標(biāo)CODMn存在顯著的季節(jié)性差異，氣象、水文等自然條件的作用也應(yīng)納入進(jìn)一步研究中。

　　3.3土地利用與水質(zhì)的關(guān)聯(lián)

　　強(qiáng)烈的人類活動(dòng)下土地利用變化對(duì)水質(zhì)的作用明顯，且不同土地利用類型對(duì)水質(zhì)的影響各異。已有研究表明，農(nóng)田與水質(zhì)的關(guān)系受研究區(qū)坡度、地形、耕作方式、種植模式等自然和人為因素的綜合影響，呈現(xiàn)出復(fù)雜的耦合關(guān)系[13,26,29]。本研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)田面積百分比AGRE與河流多項(xiàng)水質(zhì)呈顯著負(fù)相關(guān)，這與JOHNSON等[12]、SLIVA等[30]、Dai等[31]的研究結(jié)論一致，主要是由于海拉爾河流域農(nóng)業(yè)活動(dòng)以傳統(tǒng)畜禽養(yǎng)殖業(yè)為主，農(nóng)田分散、面積小且化肥施用少，農(nóng)田內(nèi)作物植被對(duì)污染物的截留吸附作用大于種植活動(dòng)對(duì)水質(zhì)的負(fù)效應(yīng)，因此呈現(xiàn)出綜合正效應(yīng)。

　　作為流域的優(yōu)勢(shì)地類，林草地在2005年對(duì)水質(zhì)的影響作用較顯著，林地主要發(fā)揮攔截污染物、凈化水質(zhì)的作用，草地作為流域畜禽養(yǎng)殖業(yè)的生產(chǎn)生活載體，是污染產(chǎn)生的源區(qū)，后隨著流域土地利用的變化，林草地對(duì)水質(zhì)的作用逐漸減弱，2015年兩者與水質(zhì)的關(guān)系均不顯著。

　　此外受區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所限，區(qū)域城鎮(zhèn)化程度低，由此產(chǎn)生的水質(zhì)效應(yīng)也不顯著。 河流作為景觀的重要組成部分，其水質(zhì)受到流域土地利用景觀格局的重要影響[15,17]。研究發(fā)現(xiàn)COHE、CONTAG、SHDI是對(duì)水質(zhì)有顯著影響的景觀指標(biāo)，COHE、CONTAG對(duì)水質(zhì)有顯著負(fù)效應(yīng)，SHDI則相反。COHE是反映斑塊類型之間物理連通性的指標(biāo)，其值越大，表明斑塊之間的連通性越好;CONTAG表征景觀破碎程度，高CONTAG值意味著景觀斑塊越集中;SHDI從斑塊的分布均衡程度和類型兩方面反映了景觀異質(zhì)性和多樣性，高SHDI值表明景觀多樣性越高，異質(zhì)性越大[14,16]。

　　本研究結(jié)果表明，斑塊間的高連通性有助于污染物的遷移，加之流域畜禽養(yǎng)殖業(yè)發(fā)達(dá)，當(dāng)流域優(yōu)勢(shì)地類牧草地越集中，畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的污染更集中，排放入河強(qiáng)度更大，水質(zhì)污染更重;而當(dāng)流域優(yōu)勢(shì)地類草地的控制作用減弱，地類多樣性越豐富，分布越均衡，水體受到的污染越輕，水質(zhì)越好。這與李艷利等[32]、孫芹芹等[33]的研究結(jié)論一致，卻與Lee等[34]、XIAO等[35]的研究結(jié)論不符。

　　可見(jiàn)由于土地利用類型與格局的復(fù)雜性，雖然土地利用變化對(duì)水質(zhì)存在較為明顯的影響這一觀點(diǎn)已得到普遍認(rèn)同，但兩者耦合關(guān)系還具有不確定性[12,36]，后續(xù)研究還需從兩者關(guān)系的空間依賴性、不同類型區(qū)域指標(biāo)選取的科學(xué)性等方面進(jìn)一步加強(qiáng)研究。此外研究發(fā)現(xiàn)河流主要污染因子CODMn對(duì)土地利用的顯著響應(yīng)均出現(xiàn)在雨季，進(jìn)一步驗(yàn)證了土地利用變化是影響區(qū)域非點(diǎn)源污染的重要因素，是海拉爾河有機(jī)污染的驅(qū)動(dòng)因子之一，因此后續(xù)制定海拉爾河水質(zhì)改善、農(nóng)業(yè)面源防治策略時(shí)，建議加強(qiáng)土地利用空間管控。

　　4結(jié)論

　　(1)2005—2015年間，研究區(qū)草地面積大幅銳減，其次農(nóng)田開(kāi)墾，林地面積擴(kuò)大，再者水域萎縮現(xiàn)象明顯，城鎮(zhèn)用地也存在擴(kuò)張;土地利用格局整體呈現(xiàn)景觀破碎化程度加劇、形狀趨于復(fù)雜化、聚集度減弱，但多樣性增加的趨勢(shì);中上游流域以土地利用類型變化為主，下游流域以土地分布格局變化為主。(2)2005—2015年間海拉爾河中上游水質(zhì)基本滿足水功能區(qū)要求，下游水質(zhì)較差，主要污染指標(biāo)CODMn全年超標(biāo)，但10年間河流水質(zhì)整體呈改善趨勢(shì)。(3)對(duì)水質(zhì)影響顯著的主要土地利用正相關(guān)指標(biāo)為COHE、CONTAG，負(fù)相關(guān)指標(biāo)為AGRI、SHDI。水質(zhì)對(duì)土地利用的響應(yīng)存在季節(jié)性差異，主要污染指標(biāo)CODMn對(duì)土地利用的顯著響應(yīng)均出現(xiàn)在雨季。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]李秀彬.全球環(huán)境變化研究的核心領(lǐng)域,土地利用/土地覆被變化的國(guó)際研究動(dòng)向[J].地理學(xué)報(bào),1996,51(5):523-557.LIXB.Areviewoftheinternationalresearchesonlanduse/landcoverchange[J].ActaGeographicaSinica,1996,51(5):523-557.

　　[2]YILMAZYA,SENOL,TURUNCOGLUUU.ModelingthehydroclimaticeffectsoflocallanduseandlandcoverchangesonthewaterbudgetintheupperEuphrates-TigrisBasin[J].JournalofHydrology,2019,576:596-609.

　　[3]MESSINANJ,COUTURERM,NORTONSA,etal.Modelingresponseofwaterqualityparameterstoland-useandclimatechangeinatemperate,mesotrophiclake[J].ScienceofTheTotalEnvironment,2020,713,136549.

　　作者：項(xiàng)頌，龐燕*，楊天學(xué)，刁兆巖