玛纳斯河流域营养盐分布特征对土地利用变化的响应.pdf

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1、分类号：密级：不涉密学号：2015200613单位代码：10759石河子大学硕士学位论文玛纳斯河流域营养盐分布特征对土地利用变化的响应学位申请人李菊荣唐湘玲副教授指导教师王延华教授申请学位门类级别理学硕士学科、专业名称景观生态学研究方向干旱区生态环境演变所在学院理学院中国·新疆·石河子2018年6月ResponseofNutrientDistributionCharacteristicstoLandUseChangeinManasRiverBasinADissertationSubmittedtoShiheziUniversityInPartialFulfillmentof

2、theRequirementsfortheDegreeofMasterofNaturalScienceByLiJu-rong(LandscapEcology)DissertationSupervisor:A.P.TangXiang-lingJune,2018摘要土地利用/覆被变化（(LanduseandLandcoverchange，LUCC）反映了人类赖以生存的地球环境系统与人类日益发展的生产系统（农业化、工业化／城市化等）之间的关系，会引起多种自然现象与生态过程的变化，包括土壤养分变化、生物地球化学循环及生物多样性分布等。近年来，土地利用变化对面源营养盐载荷的影响引起了

3、普遍关注，尤其是在小流域尺度，不合理的土地利用会加剧土壤的侵蚀力度，影响营养盐的自然分布，破坏全球生源要素（C、N、P、S）循环，造成水体富营养化。因此，对区域土地利用变化、面源营养盐负荷以及湖泊氮磷浓度的研究，可从机理上揭示土地利用变化与土壤、水文等生态环境的关系，对优化土地结构、改善生态平衡具有重要的意义。本文以玛纳斯河流域为研究区，借助GIS软件，分析了1990~2015年的土地利用变化；研究不同土地利用方式下营养盐的含量与元素化学计量特征，并比较其在各土地利用类型中的分布差异；最后，通过估算不同土地利用类型对总氮（TN）、总磷（TP）输入水体的贡献率，评估土地利用类

4、型变化对流域营养盐流失的影响及对水环境造成的污染。主要的研究结果如下：（1）玛纳斯河流域土地利用方式发生了显著的变化。1990~2015年，玛纳斯河流域以未利用地、草地和耕地为主，耕地和建设用地面积不断增加，分别增加了3558km2和306km2，草地和未利用面积减少，分别减少了2530km2和1317km2；从单一土地利用动态度的变化来看，耕地2010~2015年增加速率下降为1.85%，建设用地的增加速率达到最大为5.35%，草地的减少速率不断增加，最小为-2.03%，未利用地在2010~2015年呈正向变化，单一土地利用动态度为0.17%，面积有所增加；从转移方向来看

5、，耕地主要来自草地和未利用地，建设用地主要来自耕地，2010~2015年，耕地向建设用地的转移力度加大，未利用地在2010~2015面积有所增加，主要来自耕地和草地的转入，林地面积变化不大，水域由于20世纪初期中游水库溃坝导致面积增加，向未利用地转移，之后又呈波动下降。1990年和2015年的土地利用洛伦兹曲线表明，各土地利用类型在空间上的分布差距均较大，基尼系数均大于0.4，随着时间的变化，耕地和水域在流域内的分布差距有所下降，草地分布悬殊增大。从土地利用综合程度指数来看，玛纳斯河流域的土地利用率较低，但随着时间的变化，未利用地不断被开发，土地的综合利用程度提高。（2）不

6、同土地利用方式下营养盐分布及元素化学计量特征存在差异。玛纳斯河流域中游不同土地利用方式下沉积物的pH值整体偏高，碱性较强；蘑菇湖水库、大泉沟水库和耕地中黏土和细粉砂含量较高，分别为49%、54%和60%，湿地、荒地和沙丘中的砂含量较高，分别占到44%，32%和91%。总有机碳（TOC）、总氮（TN）、总磷（TP）含量受土地利用方式的影响较显著，TOC含量与TN含量在蘑菇湖水库、大泉沟水库沉积物和耕地中的含量较高，并且二者随深度的变化趋势相似；TP在耕地和蘑菇湖水库的含量较高，由于其特殊的沉积特性，随深度呈不规则的波动变化。碳/氮（C/N）、碳/I磷（C/P）、氮/磷（N/P

7、）比值随土地利用方式的变化而有所不同，但总体上而言，研究区N、P的有效性较高。土地利用方式和粒度特征在一定程度上影响营养盐的分布，各营养盐指标间也存在显著的相关关系，反映了营养盐之间的平衡与耦合关系。（3）土地利用变化对营养盐的分布以及水环境质量产生影响。通过输出系数模型估算蘑菇湖水库和大泉沟水库10km缓冲区范围内土地利用方式对水体TN、TP的贡献率，其中耕地的贡献率最高，达到85%和70%以上，其次是建设用地，约为5%和15%，而草地相对于其面积占比贡献率较低，均在5%以下，对N、P元素具有一定的拦截吸收作用，