三江平原1954年以来土地利用变化对非点源污染的累积效应研究

如何科学地认识并有效控制非点源污染已经成为我国环境保护领域急需解决的紧迫课题之一，不合理的土地利用方式是造成非点源污染的关键驱动因子。以三江平原挠力河流域为研究区域，从土地利用方式改变对非点源污染影响的角度入手，利用土地利用数字重建技术、GIS技术分析1954年以来三江平原挠力河流域几个关键时期土地利用方式及时空变化模式；采用现场监测、采样与室内化验相结合的方法分析主要非点源污染物N、P主要形态的含量和关键气候参数；分析不同土地利用方式、不同利用年限下非点源污染因子的时空变化规律，采用ArcSwat模型定量模拟长期土地利用方式对非点源影响的累积生态效应，预测未来土地利用情景变化对非点源污染的影响程度。该研究为流域非点源污染的产生机制研究提供支撑，对提升我国流域非点源污染治理的效率和水平、改善流域水体水质、制定流域水环境质量目标具有重要的现实意义。

自1954年以来挠力河流域土地利用/覆被发生了根本性变化，特别是湿地大面积萎缩，这种剧烈动态变化的关键驱动因子在于人类的农垦活动，特别是农场经营模式。根据不同数据来源类型生成六个不同时期LUCC数据，结合流域主要县区的统计资料分析其驱动因素，并在Dyna-CLUE模型支持下实现驱动因子的回归分析，以2010年LUCC数据为验证，并在农场高强度经营、环境保护约束等六种情景下模拟挠力河流域2020年挠力河流域的LUCC格局。结果表明，挠力河流域湿地大面积开垦，面积比例从45.84%下降到9.76%，减少到只有原来面积的1/5，而耕地（包含水田与旱地）则从8.20%上升到57.97%，其它各类土地利用类型之间变化剧烈，但2000年之后变幅较小；人口因素特别是大规模农场建设是流域土地利用变化的关键驱动力，但是近年来市场经济的调整也不可忽视，比如水稻价格直接影响到水田与旱地的相对面积，模拟结果显示了水田面积持续增加、旱地面积缓慢下降、湿地面积减少的总趋势，表明农业用地增加可能会引起非点源污染。.从土地利用方式改变（湿地变为耕地）对面源污染影响的角度入手，采用现场监测、采样与室内化验相结合的方法分析主要面源污染物N、P主要形态的含量和关键气候参数；分析不同土地利用方式、不同利用年限下面源污染因子的时空变化规律，采用ArcSWAT模型定量模拟长期湿地动态变化对面源影响的累积效应。实验室化验分析表明不同土地利用方式的土壤氮磷的含量大致是水田>旱地>湿地>林地；水中氮磷营养盐含量随流域分布趋势表现为中下游>中游>下游>中上游>上游，不同流域所对应土壤的氮磷营养盐含量大致与水体中的分布趋势相似；面源污染模拟表明，挠力河流域面源污染负荷集中于挠力河干流两侧，水田与旱地对面源污染负荷的贡献大于林地，耕地面积占58%，但是TP和TN的负荷贡献率大于89.6和91.7%，这些面源重点负荷区域原来均为湿地，表明湿地面积及其空间位置变化是挠力河流域非点源污染负荷增加的重要原因；根据累积效应分析可以看出，单位面积内耕地TN、TP的输出量呈现增加趋势，可理解为土地利用变化对非点源污染具有累积效应，即湿地面积减少越多，TP和TN负荷呈现加速的趋势。.通过研究发表SCI论文3篇（2篇刊出，1篇接收），已检索EI论文2篇，另有2篇EI发表（未检索），培养研究生3名，已经毕业1名。