流域景观格局对洪泽湖富营养化状态的影响研究

俞蕴馨 马洪石

摘要：流域土地利用显著影响水质质量，而湖泊富营养化破坏水生态系统、威胁水体安全。文章基于SWAT模型划分洪泽湖上游自然流域边界，井利用洪泽湖水质数据及其上游淮河子流域土地利用数据，分析了洪泽湖富营养化分布特征及其与流域土地景观格局之间的关系。结果表明，淮河八湖口附近富营养化指数相对较高，流域内景观格局指数最大斑块指数LPI、面积加权分形指数FRAC-AM与湖泊富营养化指数呈显著相关关系，结合流域景观特征认为子流域水体景观面积降低以及人类日趋频繁开发活动是导致湖泊富营养化的重要因素，应加大对淮河干流水体的保护力度。

关键词：淮河流域；景观格局；富营养化；洪泽湖

中图分类号：X524 文献标志码：A

前言

城市化进程的不断加快导致了土地资源利用模式的粗放化与负面化，不恰当的土地利用导致生态环境恶化，在污染物产生、迁移和转化过程中具有重要作用。湖泊水体作为淡水资源的重要部分与生产生活息息相关，湖泊水体的周期性与难修复性特征意味着湖泊水体遭受污染，恢复湖泊生态环境质量耗时耗力。土地利用影响水质，但土地利用统计分析具有一定的局限性，因而以土地利用景观格局分析模型来探索土地利用与水体之间的关系成为较多研究的主题，集中在景观指数数值分析、流域景观结构变化分析以及不同空间尺度的变异特征等方面，而在流域尺度上景观格局对水环境质量的影响目前还需要细化讨论。

富营养化是中国湖泊面临的突出环境问题之一。洪泽湖90%的人湖水来自于淮河，而随着淮河流域人口增长与土地利用强度的不断上升，流域内景观格局发生了巨大的变化，洪泽湖长期处于中轻度富营养化状态。文章选择洪泽湖及人湖5 km流域为研究区域，通过2019年-2021年采集的水质数据对洪泽湖富营养化状态进行了评价，综合流域内部景观格局指数结果探究了洪泽湖上游景观格局与富营养化之间的关系，以期为洪泽湖富营养化管控及其上游淮河流域土地利用优化提供科学依据。

1研究区与方法

1.1研究区概况

洪泽湖是中国第四大淡水湖，也是江苏省第二大淡水湖，水域面积约1 600平方千米。洪泽湖地处淮河中下游结合部位于江苏省北部，分属淮安、宿迁两市，地理位置在东经118°10′-118°52′，北纬33°06′-33°40′之间。洪泽湖作为平原浅水湖泊，其水资源补给主要来自地表径流，其中淮河则是洪泽湖最主要的输入源。作为南水北调重要调蓄库以及苏北地区水源地，洪泽湖资源丰富承担区域内水源地、灌溉、航运、改善环境、涵养水源以及生物多样性维持等多种功能，具有十分重要的生态价值。

1.2数据来源

为了探究淮河流域陆地要素对洪泽湖富营养化状态的影响，综合考虑洪泽湖湖泊流域尺度与研究范围等地理特征因素，选择洪泽湖上游淮河主干流至人湖口5 km范围内缓冲区的自然汇水特征流域为主要研究区域。基于ALOS对地观测卫星扫描合成孔径雷达载荷采集的12.5 m数字高程模型DEM数据，利用广泛应用于流域尺度划分的SWAT（Soil and Water Assessment Tool）模型工具提取淮河干流的自然流域矢量边界。为了对洪泽湖富营养化状态进行定量化的评价，综合湖泊空间特征共布设平均分布于全湖的6个采样点位进行水质采样，并通过实验室分析得到各采样点位相关水质参数数据。同时基于2019年-2021年多幅中高分辨率卫星遥感影像对划分子流域内部土地利用分类进行解译，参考《土地利用现状分类（GB/T 21010-2017）》标准并结合区域特征以及研究需要，将影像解译为耕地、林地、草地、水体以及建设用地五种类型，得到近三年土地利用类型数据。

1.3统计分析

使用综合营养状态指数（TU）方法来评价洪泽湖富营养化状态，分别选择叶绿素a（chl-a）、总氮（TP）、总磷（TN）、高锰酸盐指数（CODm）和透明度（SD）五个水质参数指标并以叶绿素a（chl-a）为计算基准参数计算2019年-2021年三个年度洪泽湖综合营养状态指数。综合营养状态指数具体计算公式参照研究，最终指数计算结果能够说明湖泊的富营养化状态，一般使用0-100对富营养化状态进行分级，指数值越高营养化程度越高。当TU指数值高于50时一般认为湖泊呈富营养化状态，其中TU指数值在50-60之间为轻度富营养化状态，在60-70之间为中度富营养化状态，大于70则为重度富营养化状态。

景观格局即各地理实体的类型、数目在空间上的构成与分布特征，景观指数则是对景观格局的高度概括以及定量化表示。但描述景观格局的指标指数较多且指标意义多有重叠，为了快速且全面探究研究区景观格局与湖泊富营养化状态之间的联系，基于研究需要综合考虑流域与湖泊的地理特征，选取景观水平上的7个景观格局指数（如表1所示）来反映景观格局特征。利用Frag-stats 4.2软件与近三年的土地利用类型数据对景观格局指数进行计算。