基于土地利用结构与景观格局的小流域氮、磷、碳输出特征分析

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1、华中农业大学硕士学位论文基于土地利用结构与景观格局的小流域氮、磷、碳输出特征分析姓名：王鹏举申请学位级别：硕士专业：土壤学指导教师：胡荣桂201206基于土地利用结构与景观格局的小流域氮、磷、碳输出特征分析摘要伴随着我国城市化的不断发展，城市郊区范围不断扩大，并以从单一为城市供应农副产品发展成为具有为城市居民生产农副产品和提供生态环境保障双重基本功能的特殊区域。城郊农业区地理条件优越、农业基础设施发达，产业结构以蔬菜粮食种植和集约化畜禽养殖为主体，而在此过程中，化肥的过量使用和低利用率、畜禽养殖废水的排放、生产生活废弃物和污水处理收

2、集处理设施的缺乏，使得城郊区农业面源污染极为严重，成为我国生态环境风险最大的区域。本研究选取湖南省长沙市城郊区金井河小流域为研究对象，以GIS和RS技术为平台，合理布设监测点，从2009年12月至2011年11月对流域水体中氮、磷、碳浓度进行连续定点监测，利用多元统计学手段分析流域氮、磷、碳的输出特征；结合流域的土地利用结构和景观格局，分析其对氮、磷、碳输出的影响，为城郊农业区面源污染的监测和控制提供理论依据，为城郊农业区的可持续发展提供科学依据。主要的研究结果如下：(1)城郊区金井河小流域径流水体氮素污染极为严重，总氮(TN)年均

3、浓度为3．67mg·L～。在年际尺度上，流域氮素输出以硝态氮(N03"-N)和铵态氮(NH4+-N)为主，且以NH4+．N占优，TN与NH4+_N浓度达到极显著正相关，与N03"-N、N02"-N达到显著正相关；在季节尺度上，除冬季外，其它三季水体中氮素以N03"-N占优。流域各监测点水体N03"-N浓度季节变化较小，表现为春季略高于秋季和冬季，夏季最低：NH4+-N浓度的季节变化明显，表现为冬季>春季>秋季>夏季；TN浓度的季节变化趋势为：冬季>春季>秋季>夏季。流域各监测点间的氮素浓度、输出形态、季节变化趋势存在显著的差异。城郊

4、区小流域水体总磷(TP)含量较低，除去1号点(养殖废水影响)，TP浓度的变化范围为0．03～0．26mg·L一。流域水体TP的浓度季节差异较小，且维持在较低的水平。基于为期半年的定点监测，金井河小流域径流水体可溶性有机碳(DOC)的平均浓度为4．70mg·L～，可溶性无机碳(DIC)为6．47mg·L一。在监测期间内，DOC浓度先下降后升高，七月份最高达到7．55mg·L～，九月份最低仅为1．26mg·L一；DIC浓度逐渐升高，其变化范围为1．5mg·L-111．5mg·L～。采用对数型幂函数普适公式计算金井河流域各监测点水体富营养

5、化评价综合指数(EI值)，监测期间内流域各监测点平均EI值为52．2，水体处于“富”营养状态，且各监测点的EI值存在较大差华中农业大学2012届硕士研究生学位论文异。在监测期间内，在流域水体EI值先下降后升高，9月份的EI值最低，平均值为45．6；11月份的EI值最高，平均为58．3，流域水体均处于“富”营养等级状态。(2)利用系统聚类分析可将流域中的20个监测点根据其水质污染特征划分为三类，分别为高污染(HP)、中污染(MP)、低污染(LP)，其中流域水体N03"-N浓度表现为：MP>HP>LP，NH4+-N、TN、TP、DOC、

6、DIC均为：HP>MP>LP。在三类监测点中分别进行因子分析，分别提取了3、3、4个主成分解释了90．75％、90．78％、89．02％的总变异。第一类为HP监测点，包括l、3、5、8、16、20号监测点，因子分析结果表明该类监测点水质主要受居民生活污水、养殖废水影响控制，其污染等级排序为：8>1>3>5>20>16；第二类为MP监测点，包括4、6、7、15与19号监测点，水质主要受与施肥、水土流失农业面源污染影响控制，其污染等级排序为：19>4>7>6>15；第三类为LP监测点，包括2、9、10、11、12、13、14、17与18

7、号监测点，水质主要受水土流失影响控制，其污染等级排序为：17>18>14>10>13>12>9>2>ll。(3)在流域尺度上，土地利用以林地为主，且各子流域土地利用结构差异显著。其中，MP监测点所在子流域以耕地为主，LP监测点中以林地为主，HP监测点中林地与耕地比例相当。从高程、坡度、缓冲区角度分析，林地主要分布在海拔100m-200m、坡度大于150的陡坡与缓陡坡中，且分布在距河道较远300m-700m的区域中；耕地、城镇居民地主要分布在坡度小于50而且海拔小于100m的低地中，且各子流域不同距离的缓冲区差异较大；水域主要分布在海

8、拔大于200m、坡度小于50的低地中，且距河道较远。除去HP监测点，不同时间尺度的源汇特征分析均表明林地、水域对氮、磷、碳输出起汇作用，耕地、城镇居民地为源作用。多元逐步回归分析表明，在年际尺度上，水田对TN、N03"-N浓度的空间变