湿地农业流域的景观-水质模型研究

湿地农业区域是我国核心农产品生产基地，水环境质量关系到国家生态安全与粮食安全。研究典型湿地农业流域的景观-水质关系意义重大。本项目拟以湖北省四湖流域为案例，选择部分排水单元，对泵站出口沟渠水质进行长期定点采样测试，以遥感数据为基础建立流域和排水单元的景观数据库，采用一元和多元相对生长模型模拟景观格局指标与水质指标的关系，估计两者之间的相对生长权重因子，研究确定影响水质的关键景观组分、阈值，结合土壤肥力测试数据和农户肥料投入调查数据、雨量观测数据，采用L-THIA模型，模拟流域及各个分区的的氮磷负荷，与实际检测的氮磷负荷数据进行拟合性分析, 将经验模型与机理模型的结果相互印证、相互补充，并融入模型预测的不确定性量化、误差预算、影响即风险评价体系，据此预测农业生产活动和景观变化引起的水环境效应及其置信区间,为探讨控制非点源污染的景观途径提供科学依据。

摘要：在湖北省四湖流域的24个排水单元的、三个关键节制闸进行了8次水样采集和水质指标测试，利用遥感数据对全流域土地利用现状进行了解译判读，建立了景观数据库，收集了流域收集流域降雨、水文、土壤、施肥等信息。采用线性回归与幂指数回归分别在景观水平、斑块类型水平上构建了景观-水质关联模型。采用L-THIA（Long – time Hydrologic Impacts Assessment of Land Use Change）模型模拟分析景观结构对流域和分区的氮磷负荷的影响。水质评价分析表明，该流域处于轻度污染状态，沿流域上下游，呈中游严重、上下游偏轻的分布特征，冬春季节水质明显比夏秋季节差。经验模型研究结果发现：斑块类型水平上的景观格局指数比景观水平上的指数显示出更强的与水质指标的关联；在景观水平、斑块类型水平上，表征斑块分布与结构、多样性的格局指数对水质指标空间分异的解释能力弱于表征斑块数量、面积、形状的格局指数；在斑块类型水平上，线性回归模型可分别解释水质指标pH、COD的72.0%、77.5%浓度变异；对SS、DO、TN、TP、NH4+-N的模拟则是多元幂指数回归模型效果优于多元线性回归模型，其中对SS的模拟效果最好，DO的拟合效果次之，证明多数景观格局指数与水质指标之间的关系主要表现为非线性关系；幂指数回归方程中入选的变量都是与水田面积、形状特征相关的指数和旱地分散程度指数； TN、TP、NH4+-N的幂指数回归模型中的变量都是与沟渠特征相关的指数，表明沟渠、水田和鱼池等人工湿地景观类型在流域水质变化中可能是最关键的景观组分，人工湿地景观类型在调控排水单元水环境方面具有重要作用。机理模型研究结果，旱地对非点源氮磷负荷的影响最大，水田和居民点的影响次之，草地和林地的影响最小；比较流域上、中、下游的土地利用比例及总氮、总磷负荷情况，水体与居民区的比例差不多，但居民区产生的氮磷负荷较大；在上游区域，居民区与林地的面积接近，但产生的氮磷负荷也较大；鱼池和沟渠对非点源氮磷具有一定的减缓作用，同样表明包括鱼池和沟渠可能是影响流域水质关键景观组分。提示我们，在湿地农业流域，增加鱼池和沟渠面积，增大单个沟渠和鱼池的面积，同时注重大小沟渠和鱼池的配套，有利于减缓面源污染。目前正在继续对沟渠、鱼池的位置特征的影响进行分析，以期获得对景观建设更有具体指导意义的科学结论。