陳清飛,陳安強(qiáng),葉遠(yuǎn)行,閔金恒,張 丹*

滇池流域土地利用變化對(duì)地下水水質(zhì)的影響

陳清飛1,陳安強(qiáng)2,葉遠(yuǎn)行1,閔金恒1,張 丹1*

(1.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,云南 昆明 650201；2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所,云南 昆明 650201)

土地利用變化影響著淺層地下水水質(zhì),以滇池流域?yàn)檠芯繉?duì)象,綜合運(yùn)用遙感影像解譯、馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣和冗余分析,對(duì)近20年(2002～2020)滇池流域土地利用和淺層地下水質(zhì)變化進(jìn)行分析,揭示長時(shí)間尺度下土地利用變化對(duì)淺層地下水水質(zhì)的影響.結(jié)果表明:2002和2020年滇池流域土地利用類型以草地、林地和耕地為主,分別占總面積20.91%和17.43%、43.21%和37.99%、22.11%和17.08%,2002～2020年間耕地向建筑用地和林地、林地向草地和耕地、草地向林地和建筑用地轉(zhuǎn)移概率分別為22.59%和20.72%、13.16%和10.49%、26.30%和15.65%,耕地面積減少146km2,建筑用地面積增加279km2.2002～2020年滇池流域淺層地下水化學(xué)類型由HCO3-·SO42--Mg2+型轉(zhuǎn)變?yōu)镠CO3-·SO42--Ca2+型,淺層地下水水質(zhì)從I、II類下降至IV、V類,整體水質(zhì)惡化.草地和林地與TN、NO3--N呈負(fù)相關(guān),表現(xiàn)為“匯”效應(yīng);建筑用地與TN、NO3--N呈顯著正相關(guān)(< 0.05),表現(xiàn)為“源”效應(yīng).可見,滇池流域土地利用空間格局變化顯著影響著流域淺層地下水水質(zhì),建筑用地和耕地是導(dǎo)致滇池流域淺層地下水水質(zhì)惡化的主要影響因素,合理規(guī)劃、利用滇池流域土地資源對(duì)改善地下水水質(zhì)具有重要意義.

滇池流域；土地利用變化；淺層地下水；水質(zhì)

滇池是云南省最大、中國第六大內(nèi)陸淡水湖,近幾十年來,隨著滇池流域城鎮(zhèn)建設(shè)、工礦企業(yè)和農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展,導(dǎo)致城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)面積擴(kuò)張,農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整,農(nóng)業(yè)集約化程度和復(fù)種指數(shù)越來越高[1],不僅對(duì)淺層地下水資源需求越來越大,而且城鎮(zhèn)污水排放、化肥農(nóng)藥的大量施用也使得流域內(nèi)地下水水質(zhì)污染問題不斷加重[2-3].研究表明,土地利用變化是影響地下水水質(zhì)的重要因素之一[4-6].因此,為了解該流域地下水水質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化,摸清造成地下水水質(zhì)變化的主要驅(qū)動(dòng)因素,亟待研究滇池流域土地利用變化對(duì)地下水水質(zhì)變化的影響,以確保該流域地下水資源的可持續(xù)利用,保護(hù)滇池水質(zhì)安全,支撐當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展.

土地利用變化是揭示流域水環(huán)境質(zhì)量變化的關(guān)鍵[7-8],國內(nèi)外學(xué)者圍繞土地利用變化對(duì)地下水和地表水質(zhì)量的影響進(jìn)行了較多研究.土地利用類型與淺層地下水水質(zhì)指標(biāo)之間存在顯著相關(guān)性[9],建筑用地面積增加,顯著增加了地下水中NH4+-N濃度[10].土地利用變化也改變了河流和湖泊水質(zhì)狀況,河口區(qū)TN濃度變化的64%和pH值變化的32%是由土地利用類型變化引起的[11].旱地和城鎮(zhèn)用地是造成淮河流域水體污染的主要原因,而草地、林地和水域能減緩污染物對(duì)流域水體的影響[12].湖水中TN和CODMn與農(nóng)田和灘地呈負(fù)相關(guān);TP和TN與草地、居民用地和農(nóng)田呈正相關(guān)[13].因此,量化流域內(nèi)土地利用類型面積與水質(zhì)的關(guān)系是研究土地利用變化對(duì)流域水質(zhì)影響的重要手段[14].

土地利用變化顯著影響著地下水水質(zhì)[15-17].一方面土地利用類型變化改變了地表水循環(huán)過程,導(dǎo)致地表徑流出現(xiàn)盈/虧,從而間接地對(duì)淺層地下水的水文過程造成影響[18];另一方面,土地利用格局變化會(huì)引起地類內(nèi)部及不同地類間物質(zhì)循環(huán)和能量分配發(fā)生變化,影響氮磷等面源污染物的發(fā)生、遷移和轉(zhuǎn)化[19-20],進(jìn)而影響淺層地下水水質(zhì).目前,我國關(guān)于土地利用變化對(duì)淺層地下水質(zhì)的影響在華北平原[21-22]和東北平原[23-24]均有所研究,并表明土地利用結(jié)構(gòu)變化與地下水水質(zhì)關(guān)系密切,但少有研究關(guān)注高原湖泊流域淺層地下水水質(zhì)與土地利用變化的聯(lián)系.本文以滇池流域?yàn)檠芯繀^(qū)域,通過遙感影像解譯、馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣、冗余分析等方法,研究2002～2020年滇池流域土地利用變化下淺層地下水水質(zhì)變化特征,分析土地利用類型面積與淺層地下水水質(zhì)的關(guān)系,探討流域內(nèi)土地利用變化對(duì)淺層地下水水質(zhì)的影響,以期為滇池流域淺層地下水污染防治和合理的土地利用布局提供新的思路.

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于云南省昆明市的滇池流域(24°27′～ 25°27′N,102°29′～103°00′E),屬長江上游金沙江水系.滇池湖面面積330km2,平均水深4.4m,最大深度10.9m,庫容12.9億m3,湖體呈弓形,南北長32km,東西寬12.5km.該流域包括盤龍區(qū)、五華區(qū)、西山區(qū)、官渡區(qū)、呈貢區(qū)、晉寧縣和嵩明縣等縣區(qū),流域面積2 920km2(圖1).流域?qū)俚途暩咴降丶撅L(fēng)氣候,年均氣溫15.1℃,年均降雨量1 075mm,全年無霜期240d,具有冬無嚴(yán)寒、夏無酷暑,四季如春,干濕分明,垂直差異大的氣候特點(diǎn)[25].

圖1 研究區(qū)位置示意

1.2 樣品采集與分析

2002年淺層地下水?dāng)?shù)據(jù)來源于團(tuán)隊(duì)成員參與的國家“十五”重大科技專項(xiàng),采集的滇池周邊區(qū)域60個(gè)淺層地下水樣品.2020年5～10月使用地下水樣采集器對(duì)滇池流域農(nóng)田區(qū)的農(nóng)灌井和居民區(qū)的飲水井進(jìn)行淺層地下水取樣,共采集102個(gè)水樣.收集于250mL聚乙烯瓶中,將收集好的水樣放在保溫箱中帶回實(shí)驗(yàn)室,并儲(chǔ)存于4℃冰箱中,用于總氮(TN)、硝態(tài)氮(NO3--N)、銨態(tài)氮(NH4+-N)、總磷(TP)、溶解性無機(jī)磷(DIP)、溶解性總磷(DTP)和Na+、K+、Ca2+、Mg2+、Cl-、SO42-、HCO3-等濃度的測(cè)定,所有水樣在采集后的一周內(nèi)測(cè)完.采水樣時(shí),現(xiàn)場(chǎng)使用手持式多參數(shù)水質(zhì)測(cè)量儀YSI(YSI Incorporated, USA)測(cè)定水中溫度(T)、電導(dǎo)率(EC)、酸堿度(pH)、氧化還原電位(ORP)和溶解氧(DO),用鋼卷尺測(cè)量淺層地下水深(SWL,地表至淺層地下水面的深度).

淺層地下水中TN濃度采用堿性過硫酸鉀-紫外分光光度法測(cè)定,NO3--N和NH4+-N濃度采用Bran+Luebbe AA3型連續(xù)流動(dòng)分析儀測(cè)定,有機(jī)氮(ON)濃度為TN減去NO3--N和NH4+-N;TP、DIP和DTP濃度采用酸性過硫酸鉀-鉬酸銨分光光度法測(cè)定,為了去除水樣中的雜質(zhì),測(cè)定前可先用濾紙對(duì)其進(jìn)行過濾,其中DIP和DTP測(cè)定前需過0.45 μm濾膜;Na+和K+使用火焰原子吸收分光光度法測(cè)定,Ca2+和Mg2+用乙二胺四乙酸二鈉滴定法,Cl-用硝酸銀容量法,SO42-用硫酸鋇比濁法,HCO3-用鹽酸滴定法.

1.3 遙感影像數(shù)據(jù)

選取的遙感影像數(shù)據(jù)源自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心(https://www.resdc.cn),包含2002年Landsat TM/ETM和2020年Landsat 8的遙感影像數(shù)據(jù).根據(jù)張露洋等[26]的土地利用分類研究,考慮到實(shí)際地物與遙感影像的可解譯性,將研究區(qū)范圍內(nèi)的土地利用類型分為林地、草地、耕地、水域和建筑用地.

1.4 研究方法

采用馬爾科夫轉(zhuǎn)移矩陣定量研究各時(shí)段土地利用轉(zhuǎn)移到其它地類的面積,呈現(xiàn)出研究區(qū)土地利用類型轉(zhuǎn)移的結(jié)構(gòu)特征和方向[27].

式中:為面積;為土地轉(zhuǎn)移前后的土地利用數(shù)量;、(,= 1,2,…,)分別代表土地轉(zhuǎn)移前、后的土地利用類型;S為轉(zhuǎn)移前的地類轉(zhuǎn)換為地類的面積.

土地利用動(dòng)態(tài)度是研究在某段時(shí)間內(nèi)某土地利用類型和數(shù)量的變化情況,可反映區(qū)域內(nèi)土地利用類型變化的劇烈程度[28].

式中:為某種土地利用類型的動(dòng)態(tài)度;S1、S2分別為研究初期與末期某種土地利用類型的面積,m2;為研究時(shí)間間隔,a.

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用ArcGIS 10.2軟件對(duì)遙感影像進(jìn)行幾何校正、圖像融合、鑲嵌與裁剪處理,并繪制和統(tǒng)計(jì)不同土地利用類型面積,利用R的“vegan”和“corrplot”程序包進(jìn)行水質(zhì)指標(biāo)與影響因子的冗余度分析(RDA)和相關(guān)性分析,利用SPSS 26.0采用0.05進(jìn)行顯著性差異檢驗(yàn),利用Origin 2021進(jìn)行繪圖.

2 結(jié)果與分析

2.1 近20a滇池流域土地利用變化特征

對(duì)2002年和2020年兩期遙感影像解譯,將土地利用類型分為耕地、林地、草地、水域和建筑用地,繪制出土地利用類型分布圖(圖2),并統(tǒng)計(jì)出滇池流域各土地利用類型面積及占比(表1).2002年滇池流域主要的土地利用類型為草地、耕地和林地,分別占20.91%、22.11%和43.21%,其中林地占比最大,2020年流域內(nèi)主要的土地利用類型為草地、耕地、林地和建筑用地,分別占17.43%、17.08%、37.99%和16.64%.近20a滇池流域內(nèi)草地、耕地、林地和水域面積整體呈減少趨勢(shì),草地、林地和水域面積減少不大,而建筑用地增加最多,耕地面積減少最多,2002年建筑用地占比僅為7.10%,而到2020年時(shí),建筑用地占比高達(dá)16.64%,是原來的2.3倍,面積從原來的204km2增加到483km2.原來的耕地大部分都已轉(zhuǎn)變成建筑用地,主要是隨著流域人口數(shù)量增加,城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快,地勢(shì)平坦的大量耕地被建筑用地代替,使得建筑用地在流域中的占比越來越大,且主要分布在流域的東部及東北部.

滇池流域近20a土地利用類型主要在耕地、草地、林地和建筑用地之間轉(zhuǎn)移(表2),其中草地主要向耕地、建筑用地和林地轉(zhuǎn)移,分別轉(zhuǎn)移了86、95和158km2,耕地主要向林地和建筑用地轉(zhuǎn)移了133和145km2,這與實(shí)施的退耕還林及城鎮(zhèn)化建設(shè)有關(guān),而林地向草地轉(zhuǎn)移的面積最多,轉(zhuǎn)移了148km2,其次向耕地轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)移面積為118km2.耕地向建筑用地和林地轉(zhuǎn)移概率分別為22.59%和20.72%,林地向草地和耕地轉(zhuǎn)移概率分別為13.16%和10.49%,草地向林地和建筑用地轉(zhuǎn)移概率分別為26.30%和15.65%. 2002～2020年草地、耕地和林地面積均有所減少,其中林地和草地減少量主要發(fā)生在流域的西南和西北部,耕地減少量主要發(fā)生在東北部,而建筑用地面積凈增加279km2,北部尤其在東北部大面積增加,且增加的面積主要來源于草地、林地和耕地,其中耕地轉(zhuǎn)移的面積最多.

滇池流域近20a土地利用類型動(dòng)態(tài)度表明(表3),草地、耕地、林地、水域和建筑用地動(dòng)態(tài)度分別為-16.64%、-22.74%、-1.96%、-3.07%和136.76%,草地、耕地、林地和水域的動(dòng)態(tài)度均為負(fù)值,表明近20a這4種土地利用類型以不同方式向其它地類轉(zhuǎn)移,而耕地負(fù)動(dòng)態(tài)度最大,說明在此期間該土地利用類型越容易向其它地類轉(zhuǎn)移,只有建筑用地的動(dòng)態(tài)度為正值,高達(dá)136.76%,說明在此期間所有土地利用類型主要向該地類轉(zhuǎn)移,使得流域內(nèi)建筑用地面積不斷增加.

圖2 2002年和2020年滇池流域土地利用類型分布

表1 2002年和2020年滇池流域各土地利用類型面積及占比

表2 2002～2020年滇池流域土地利用轉(zhuǎn)移矩陣(km2)

表3 滇池流域2002～2020年土地利用動(dòng)態(tài)度

注:正號(hào)(+)省略表示面積增加,負(fù)號(hào)(-)表示面積減少.

2.2 近20a滇池流域淺層地下水水質(zhì)變化特征

滇池流域淺層地下水Piper三線圖表明(圖3),2002年滇池流域陽離子三角形區(qū)域樣點(diǎn)主要分布在Piper三線圖的右角,優(yōu)勢(shì)陽離子主要是Mg2+,毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)在40%～80%之間,陰離子三角形區(qū)域位于三線圖的左下角,陰離子主要是HCO3-和SO42-,毫克當(dāng)量百分比分別為60%～80%和40%～ 80%,2002年滇池流域淺層地下水化學(xué)類型主要是HCO3-·SO42--Mg2+型.2020年滇池流域陽離子主要是Ca2+(60%～80%)和Mg2+(40%～60%),陰離子主要是HCO3-(40%～80%)和SO42-(60%～80%),其水化學(xué)類型主要是HCO3-·SO42--Ca2+型.2002～2020年間滇池流域淺層地下水化學(xué)類型主要由HCO3-·SO42-- Mg2+型轉(zhuǎn)變?yōu)镠CO3-·SO42--Ca2+型,陽離子主要是Ca2+和Mg2+,陽離子含量一般為Ca2+> Na++K+> Mg2+,陰離子主要是HCO3-和SO42-,陰離子含量一般為HCO3-> SO42->Cl-.

圖4表明2002年滇池流域地下水中(TN)、(NO3--N)、(ON)和(NH4+-N)的平均值(mg/L)分別為(13.94±22.02)(0.15～91.4,最小值～最大值,下同)、(2.52±2.85)(0.03～9.67)、(10.96±20.40) (1.06～ 87.97)和(0.46±0.58)(0.04～2.7),近79.67%和54.24%采樣點(diǎn)(NO3--N)和(NH4+-N)符合《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848-2017)[29]規(guī)定的II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),整體以I、II類水質(zhì)為主,水質(zhì)良好;而2020年滇池流域地下水中(TN)、(NO3--N)、(ON)和(NH4+-N)的平均值(mg/L)分別為(32.77±25.55)(2.12～114.57)、(23.76±20.61)(0.31～90.12)、(8.43±7.33)(0.23～24.50)和(0.58±1.20)(0.01～7.22),其中,近66.7%采樣點(diǎn)(NO3--N)達(dá)到《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 14848- 2017)中IV類水質(zhì)要求規(guī)定的30mg/L,以及近81.25%采樣點(diǎn)(NH4+-N)達(dá)到IV類水質(zhì)要求規(guī)定的1.5mg/L,整體以IV、V類水質(zhì)為主;2002年和2020年滇池流域淺層地下水中各形態(tài)氮濃度差異性并不大,除2020年NH4+-N濃度外,2020年的TN、NO3--N和ON濃度均大于2002年(> 0.05),其中(TN)從13.94mg/L增加到32.77mg/L,(NO3--N)從2.52mg/L增加到23.76mg/L,各形態(tài)氮濃度上升趨勢(shì)不斷增加,可見,近20a滇池流域淺層地下水受氮污染較為嚴(yán)重.

圖5表明2002年滇池流域淺層地下水中(TP)、(DTP)和(DIP)的平均值(mg/L)分別為(0.31± 0.73)(0.04～5.23)、(0.17±0.24)(0.01～1.27)和(0.18± 0.37)(0.02～2.58),而2020年(TP)、(DTP)和(DIP)的平均值分別為(0.17±0.16)(0.05～0.89)、(0.13±0.11) (0.03～0.67)和(0.11±0.10)(0.02～0.61).其中,2002年和2020年的TP差異性較小(>0.05),而DTP和DIP存在顯著性差異(<0.05),且2020年的TP、DTP和DIP濃度均略低于2002年,這可能與當(dāng)?shù)貙?shí)施的流域保護(hù)政策以及大量植樹造林有關(guān),從“十一五”以來,昆明市政府相繼發(fā)布了《關(guān)于在滇池流域內(nèi)禁止經(jīng)銷和限制使用含磷洗滌用品》公告,無磷洗衣粉得到推廣應(yīng)用,并進(jìn)一步加強(qiáng)了對(duì)磷污染的源頭控制,滇池面山采石場(chǎng)、含磷礦石加工廠全面停封,同時(shí),修復(fù)滇池南岸富磷區(qū)礦山的生態(tài)和植被,提高流域內(nèi)污水處理量和處理能力[30],由于在“十一五”期間對(duì)滇池流域磷的治理取得一定成效后并延續(xù)至今,以至于2020年各形態(tài)磷濃度略低于2002年,使得近20a來滇池流域淺層地下水受各形態(tài)磷的污染影響較小.

圖5 滇池流域淺層地下水中各形態(tài)磷濃度

2.3 滇池流域土地利用類型與淺層地下水水質(zhì)的關(guān)系

滇池流域近20a土地利用類型面積變化與水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性分析(圖6)表明,耕地面積與淺層地下水中TN、NO3--N、NH4+-N、TP呈負(fù)相關(guān),其中耕地面積與NH4+-N、TP呈顯著負(fù)相關(guān)(< 0.05),這可能是隨著流域內(nèi)耕地面積減少,導(dǎo)致流域內(nèi)農(nóng)業(yè)集約化程度、復(fù)種指數(shù)越來越高,特別是近20a來設(shè)施蔬菜、花卉的大面積擴(kuò)張,過量施用化肥、農(nóng)藥、大水漫灌等不合理的生產(chǎn)方式,導(dǎo)致農(nóng)田中大量的氮磷等通過地表徑流或地下淋溶等途徑進(jìn)入地下水中,致使農(nóng)田區(qū)淺層地下水中氮磷濃度越來越高.建筑用地與地下水中各氮磷濃度呈明顯正相關(guān),與TN、NO3--N呈顯著正相關(guān)(<0.05),表明隨著建筑用地面積的不斷增加,城鎮(zhèn)污水泄露或排放使得淺層地下水受氮磷污染較為嚴(yán)重,表現(xiàn)為“源”效應(yīng).草地、林地與TN、NO3--N呈顯著負(fù)相關(guān)(<0.05),可見,草地和林地有利于減緩地下水氮污染,表現(xiàn)為“匯”效應(yīng),這是由于林地和草地對(duì)污染物質(zhì)具有滯留、吸附作用,從而降低氮磷等污染物直接滲入地下水中,此外,草地和林地面積在流域內(nèi)占比較大,使得來源于林地、草地的大量清水補(bǔ)充,對(duì)耕地和建設(shè)用地產(chǎn)生的污染物進(jìn)行稀釋,降低了地下水中氮磷濃度;水域與地下水中各氮磷指標(biāo)均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,表明隨著水域面積的減少對(duì)各污染物質(zhì)凈化、稀釋作用會(huì)減弱,所以淺層地下水中氮磷濃度相對(duì)增加.

圖6 水質(zhì)指標(biāo)與各土地利用類型的相關(guān)性

1.草地; 2.耕地; 3.建筑用地; 4.林地; 5.水域; 6.TN; 7.NO3--N; 8.NH4+-N; 9.TP;*表示在0.05水平顯著差異

采用RDA分析了環(huán)境因子對(duì)淺層地下水中各形態(tài)氮和磷濃度的影響(圖7),表明地下水中各形態(tài)氮濃度與水環(huán)境因子排序結(jié)果前兩軸解釋率分別為77.86%和21.13%,而各形態(tài)磷與水環(huán)境因子排序結(jié)果前兩軸解釋率分別為96.24%和3.63%.滇池流域各取樣點(diǎn)淺層地下水氮濃度分布比較分散(圖7a),各形態(tài)磷濃度主要集中在第三象限(圖7b).淺層地下水中EC、ORP、T和SWL是反映和影響淺層地下水中各形態(tài)氮濃度的關(guān)鍵因子,其中,EC對(duì)TN和NO3--N影響較大,ORP和T對(duì)ON影響較大,而SWL對(duì)NH4+-N影響較大.淺層地下水中pH值和T對(duì)淺層地下水中各形態(tài)磷濃度影響較大,其中pH值對(duì)DTP和DIP影響較大,T對(duì)TP影響較大.

3 討論

3.1 淺層地下水水化學(xué)組成具有明顯的時(shí)間差異

2002年滇池流域淺層地下水中優(yōu)勢(shì)陽離子主要是Mg2+,而2020年滇池流域淺層地下水中的優(yōu)勢(shì)陽離子為Ca2+,這主要因?yàn)?首先,自然環(huán)境特征決定了滇池流域中優(yōu)勢(shì)陽離子為Ca2+,滇池流域四周為中低山環(huán)繞,山體主要由碳酸鹽巖(石灰?guī)r和白云巖為主)、碎屑巖和玄武巖構(gòu)成[31],馮澤波等[32]通過對(duì)滇池主要入湖河流的水化學(xué)特征進(jìn)行研究,并表明地質(zhì)環(huán)境的巖石、土壤等本底條件是導(dǎo)致滇池流域Ca2+、HCO3-很高的主要原因,再加之中～弱酸性水-巖作用使得碳酸鹽類巖石溶蝕作用更強(qiáng)烈[33],陳榮彥等[34]對(duì)滇池流域的盤龍江淺層地下水化學(xué)類型進(jìn)行分析,認(rèn)為Ca2+、HCO3-等離子是流域自然演化的結(jié)果.其次,在時(shí)域演變上,地表土地利用方式和人為污染強(qiáng)度的改變?cè)斐闪说叵滤瘜W(xué)類型的變異[34],近20a滇池流域人口高度密集和快速城鎮(zhèn)化以及居民生活水平的提高和生產(chǎn)、生活方式的改變[30],導(dǎo)致城市生活污水和污染物排放迅速增加,湖泊周邊農(nóng)業(yè)集約化程度的提高,大量酸性肥料、半腐熟有機(jī)肥料等的施用,以及Ca2+、Mg2+、K+、Na+等離子的流失[35],很大程度上改變了滇池流域地下水環(huán)境的演變過程.2002～2020年滇池流域淺層地下水中陰離子主要為HCO3-和SO42-,主要是由于流域地勢(shì)南低北高,地形坡度大使水流坡降大、水流運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈,侵蝕力及溶解能力增加,使碳酸鹽類巖石受喀斯特發(fā)育分異,再加上溶蝕作用和侵蝕作用增強(qiáng),致使地下水中HCO3-含量偏高[36];另外,隨著流域內(nèi)工農(nóng)業(yè)不斷發(fā)展,大量的廢水或污水未經(jīng)處理或處理不當(dāng)進(jìn)行排放,以及肥料用量的不斷增加,導(dǎo)致流域地下水中SO42-含量也增加[37-38],使得2002～2020年間滇池流域淺層地下水中的SO42-濃度從原來90.59mg/L增至171.95mg/L,是原來的1.9倍.滇池流域正是因?yàn)槭艿礁鞣N風(fēng)化和溶濾作用,流域內(nèi)工業(yè)廢水、生活污水的排放,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中肥料大量施用,使得淺層地下水化學(xué)類型由HCO3-·SO42--Mg2+型逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)镠CO3-·SO42--Ca2+型.

3.2 土地利用變化顯著影響著淺層地下水中氮磷濃度

2002年滇池流域淺層地下水中近79.67%和54.24%采樣點(diǎn)(NO3--N)和(NH4+-N)符合II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),水質(zhì)良好,而2020年滇池流域近66.7%和81.25%采樣點(diǎn)(NO3--N)和(NH4+-N)達(dá)到IV類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),整體以IV、V類水為主,水質(zhì)整體已經(jīng)惡化.土地利用類型變化顯著影響著滇池流域淺層地下水中氮磷濃度,其中建筑用地與地下水中各形態(tài)氮磷濃度呈正相關(guān)關(guān)系,這與Prita等[10]研究結(jié)果一致,說明滇池流域淺層地下水由建筑用地面積增加引起的氮磷污染較為嚴(yán)重,黃強(qiáng)盛等[39]研究也表明了滇池流域城鎮(zhèn)居民區(qū)以及主城區(qū)地下水中NO3--N濃度較高,污染嚴(yán)重,一方面,由于建筑用地面積上升,增加了不透水層面積,破壞了原有水系格局和交換能力,降低了水環(huán)境容量以及對(duì)污染物的稀釋、凈化和吸納能力[40];另一方面,城鎮(zhèn)化建設(shè)和人口的增多,使得人類生產(chǎn)和生活中產(chǎn)生大量垃圾、污水通過地表徑流和入滲進(jìn)入地下水中[41],同時(shí),城鎮(zhèn)和村落的污水收集管網(wǎng)不完善或破損,造成生活污水“跑、冒、滴、漏”突出,從而影響淺層地下水環(huán)境[42].耕地與地下水中TN、NO3--N呈負(fù)相關(guān),與NH4+-N和TP呈顯著負(fù)相關(guān),主要是由于城市擴(kuò)張壓縮耕地面積,導(dǎo)致湖泊周邊地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷調(diào)整以適應(yīng)城鎮(zhèn)化發(fā)展的需求,設(shè)施農(nóng)業(yè)面積連年增加,農(nóng)業(yè)集約化程度高,蔬菜、花卉復(fù)種指數(shù)大[43],大量化肥、有機(jī)肥施用,增加了農(nóng)田氮磷對(duì)淺層地下水的污染負(fù)荷[44].草地和林地與地下水中TN、NO3--N呈負(fù)相關(guān),說明草地和林地可有效減少進(jìn)入地下水中的氮濃度,對(duì)地下水環(huán)境的改善有促進(jìn)作用,姜暢等[45]、楊柳等[46]的研究也表明了林地和草地屬于透水性下墊面,對(duì)氮磷元素有滯留、吸收作用,可有效降低面源污染對(duì)受納水體的影響.TN、TP、NO3--N和NH4+-N是滇池流域淺層地下水中主要超標(biāo)污染物,而TN、NO3--N和NH4+-N與建筑用地和耕地存在顯著的正相關(guān),說明在滇池流域由建筑用地和耕地引起的面源污染是導(dǎo)致淺層地下水水質(zhì)惡化的主要原因.因此,為防止流域淺層地下水水質(zhì)持續(xù)惡化,建議優(yōu)化土地利用空間格局,嚴(yán)格限制流域內(nèi)建筑用地的新開發(fā),合理調(diào)整種植結(jié)構(gòu),降低復(fù)種指數(shù),種植水肥低耗高效作物,科學(xué)施肥、灌溉,保護(hù)和恢復(fù)流域內(nèi)林地、草地,建立植被緩沖帶,重點(diǎn)治理點(diǎn)源和農(nóng)業(yè)面源污染.

4 結(jié)論

4.1 2002年和2020年滇池流域土地利用類型以草地(20.91%和19.17%)、林地(43.21%和40.60%)和耕地(22.11%和19.59%)為主,近20a滇池流域的耕地主要向建筑用地(22.59%)和林地(20.72%)轉(zhuǎn)移,草地向林地(26.3%)和建筑用地(15.65%)轉(zhuǎn)移,林地向草地(13.16%)和耕地(10.49%)轉(zhuǎn)移,建筑用地和林地增加的面積主要來源于耕地,其次為草地.

4.2 滇池流域地下水化學(xué)類型由2002年的HCO3-·SO42--Mg2+型轉(zhuǎn)變?yōu)?020年的HCO3-·SO42-- Ca2+型.2002年近79.67%和54.24%采樣點(diǎn)(NO3--N)和(NH4+-N)符合II類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),而2020年近66.7%和81.25%采樣點(diǎn)(NO3--N)和(NH4+-N)達(dá)到IV類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),整體水質(zhì)惡化.建筑用地和耕地是導(dǎo)致滇池流域淺層地下水水質(zhì)惡化的主要影響因素,表現(xiàn)為“源”效應(yīng);草地和林地有利于水質(zhì)改善,表現(xiàn)為“匯”效應(yīng).

[1] 李桂芳,楊 恒,葉遠(yuǎn)行,等.高原湖泊周邊淺層地下水:氮素時(shí)空分布及驅(qū)動(dòng)因素 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2022,43(6):3027-3036.

Li G F, Yang H, Ye Y H, et al. Shallow groundwater around plateau lakes: spatiotemporal distribution of nitrogen and its driving factors [J]. Environmental Science, 2022,43(6):3027-3036.

[2] 李清光,王仕祿.滇池流域硝酸鹽污染的氮氧同位素示蹤 [J]. 地球與環(huán)境, 2012,40(3):321-327.

Li Q G, Wang S L. Nitrogen and oxygen isotopic tracing of nitrate pollution in the Dianchi Lake Basin [J]. Earth and Environment, 2012, 40(3):321-327.

[3] 張 晗,陳 昱,呂占祿,等.溝塘水質(zhì)及其周邊淺層地下水PAHs的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià) [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2021,41(8):3808-3815.

Zhang H, Chen Y, Lü Z L, et al. Risk assessment of PAHs in ditch pond water and its surrounding shallow groundwater [J]. China Environmental Science, 2021,41(8):3808-3815.

[4] 章文亭,楊鵬年,彭 亮,等.2005～2017年焉耆盆地平原區(qū)地下水時(shí)空演變規(guī)律及其與土地利用的關(guān)系 [J]. 水土保持通報(bào), 2021,41(1): 276-283.

Zhang W T, Yang P N, Peng L, et al. The spatio-temporal evolution of groundwater and its relationship with land use in the plain of Yanqi Basin from 2005 to 2017 [J]. Soil and Water Conservation Bulletin, 2021,41(1):276-283.

[5] 張喜風(fēng),張?zhí)m慧,顧 娟,等.敦煌綠洲地下水時(shí)空變異特征及其對(duì)土地利用/覆被變化的響應(yīng)分析 [J]. 蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014,50(3):311-317.

Zhang X F, Zhang L H, Gu J, et al. Characteristics of spatio-temporal variation of groundwater in Dunhuang oasis and its response to land use or cover change [J]. Journal of Lanzhou University (Natural Science Edition), 2014,50(3):311-317.

[6] 趙 晴,劉 征,趙旭陽.石家莊地表水源保護(hù)區(qū)土地利用變化與水質(zhì)相關(guān)性研究 [J]. 水土保持研究, 2013,20(2):121-126.

Zhao Q, Liu Z, Zhao X Y. Study on correlativity of land utilization change and water quality in the surface headwaters protection area of Shijiazhuang [J]. Research of Soil and Water Conservation, 2013,20(2): 121-126.

[7] 祁蘭蘭,王金亮,葉 輝,等.滇中“三湖流域”土地利用景觀格局與水質(zhì)變化關(guān)系研究 [J]. 水土保持研究, 2021,28(6):199-208.

Qi L L, Wang J L, Ye H, et al. Study on the relationship between land use landscape pattern and water quality change in the "three lakes watershed" in central Yunnan [J]. Research of Soil and Water Conservation, 2021,28(6):199-208.

[8] 梁 旭,劉華民,紀(jì)美辰,等.北方半干旱區(qū)土地利用/覆被變化對(duì)湖泊水質(zhì)的影響:以岱海流域?yàn)槔?2002～2018年) [J]. 湖泊科學(xué), 2021, 33(3):727-738.

Liang X, Liu H M, Ji M C, et al. Effects of land use/cover change on lake water quality in northern semi-arid region: a case study of Daihai watershed [J]. Lake Science, 2021,33(3):727-738.

[9] Tong S T Y, Chen W L. Modeling the relationship between land use and surface water quality [J]. Journal of Environmental Management, 2002,66(4):377-393.

[10] Prita A P, Yudi S, Rahmi N K, et al. The effect of land use change on water quality: a case study in Ciliwung watershed [J]. Iop Conference Series: Earth and Environmental Science, 2017,54(1):012026-012026.

[11] Bahman J A, Kaneyuki N. Modeling the linkage between river water quality and landscape metrics in the Chugoku district of Japan [J]. Water Resources Management, 2009,23(5):931-956.

[12] 楊 琴,湯秋鴻,張永勇.淮河流域(河南段)水質(zhì)時(shí)空變化特征及其與土地利用類型的關(guān)系 [J]. 環(huán)境科學(xué)研究, 2019,32(9):1519-1530.

Yang Q, Tang Q H, Zhang Y Y. Spatiotemporal changes of water quality in Huai River Basin (Henan section) and its correlation with land use patterns [J]. Environmental Science Research, 2019,32(9): 1519-1530.

[13] 郭青海,馬克明,張 易.城市土地利用異質(zhì)性對(duì)湖泊水質(zhì)的影響 [J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2009,29(2):776-787.

Guo Q H, Ma K M, Zhang Y. Impact of land use pattern on lake water quality in urban region [J]. Journal of Ecology, 2009,29(2):776-787.

[14] 張 洪,陳 震,張 帥,等.云南省高原湖泊流域土地利用與水環(huán)境變化異質(zhì)性研究 [J]. 水土保持通報(bào), 2012,32(2):255-260.

Zhang H, Chen Z, Zhang S, et al. Heterogeneity of land use and water environment in Plateau Lake Basins of Yunnan province [J]. Soil and Water Conservation Bulletin, 2012,32(2):255-260.

[15] 吳晶晶,蔡永立.快速城市化地區(qū)土地利用變化及其對(duì)水質(zhì)的影響—以上海市奉賢區(qū)為例 [J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011,39(26):16208- 16211.

Wu J J, Cai Y L. Land use change and its impact on water quality in the rapidly urbanized areas: a case study of Fengxian district, Shanghai [J]. Anhui Agricultural Science, 2011,39(26):16208-16211.

[16] Christopher P T, Robert W B, Alexander J S, et al. Land-use proximity as a basis for assessing stream water quality in New York State (USA) [J]. Ecological Indicators, 2009,10(3):727-733.

[17] 高雅玉,唐家凱,錢 鞠,等.土地利用/覆被變化對(duì)水環(huán)境影響的研究綜述 [J]. 人民黃河, 2010,32(12):16-18.

Gao Y Y, Tang J K, Qian J, et al. A review of research on the impact of land use / cover change on water environment [J]. Yellow River, 2010, 32(12):16-18.

[18] Avay R, Prem B P, Padmanava D, et al. Sensitivity of hydrology and water quality to variation in land use and land cover data [J]. Agricultural Water Management, 2020,241.

[19] 項(xiàng) 頌,龐 燕,楊天學(xué),等.內(nèi)蒙古典型草原區(qū)土地利用動(dòng)態(tài)變化及其對(duì)水質(zhì)的影響 [J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2022,41(4):857-867.

Xiang S, Pang Y, Yang T X,et al. Land use change and its effects on water quality in typical steppe region of the inner Mongolia autonomous region, China [J]. Journal of Agricultural Environmental Science, 2022,41(4):857-867.

[20] 索安寧,關(guān)道明,孫永光,等.景觀生態(tài)學(xué)在海岸帶地區(qū)的研究進(jìn)展 [J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2016,36(11):3167-3175.

Suo A N, Guan D M, Sun Y G, et al. Advances in coastal landscape ecology and its role in the construction of marine ecological civilization [J]. Journal of Ecology, 2016,36(11):3167-3175.

[21] 王慧亮,陳開放,張汪壽,等.淮河流域土地利用變化對(duì)湖庫水質(zhì)的影響 [J]. 水電能源科學(xué), 2020,38(8):41-45.

Wang H L, Chen K F, Zhang W S, et al. Impact of water quality in lake and reservoirs under land-use changes in Huaihe River Basin [J]. Hydropower Energy Science, 2020,38(8):41-45.

[22] 劉 豐,劉靜玲,張 婷,等.白洋淀近20年土地利用變化及其對(duì)水質(zhì)的影響 [J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2010,29(10):1868-1875.

Liu F, Liu J L, Zhang T, et al. Land use change and its impact on water quality in Baiyangdian Lake of north China during last 20years [J]. Journal of Agricultural Environmental Science, 2010,29(10):1868- 1875.

[23] 李艷利,徐宗學(xué),李艷粉,等.遼河流域水質(zhì)狀況及其對(duì)土地利用/覆被變化的響應(yīng) [J]. 水土保持通報(bào), 2013,33(2):72-77.

Li Y L, Xu Z X, Li Y F,et al. Water quality in Liaohe River Basin and its response to land use and land cover change [J]. Soil and Water Conservation Bulletin, 2013,33(2):72-77.

[24] 孫青言,陸垂裕,郭 輝,等.三江平原土地利用變化對(duì)水量平衡的影響 [J]. 水科學(xué)進(jìn)展, 2021,32(5):694-706.

Sun Q Y, Lu C Y, Guo H, et al. Effects of land change on water balance in the Sanjiang Plain [J]. Advances in Water Science, 2021,32 (5):694-706.

[25] 張 洪,黎海林,陳 震.滇池流域土地利用動(dòng)態(tài)變化及對(duì)流域水環(huán)境的影響分析 [J]. 水土保持研究, 2012,19(1):92-96.

Zhang H, Li H L, Chen Z. Analysis on land use dynamic change and its impact on the water environment in Danchi Lake drainage area [J]. Research of Soil and Water Conservation, 2012,19(1):92-96.

[26] 張露洋,雷國平,郭一洋,等.基于Landsat影像的面向?qū)ο笸恋乩梅诸悺韵逻|河平原為例 [J]. 應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報(bào), 2021,29(2): 261-271.

Zhang L Y, Lei G P, Guo Y Y, et al. Object-oriented land use classification based on Landsat images: a case study of the lower Liaohe Plain [J]. Journal of Applied Basic and Engineering Sciences, 2021,29(2):261-271.

[27] 烏義漢,秦富倉,郭月峰,等.奈曼旗土地利用動(dòng)態(tài)及其生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能 [J]. 水土保持通報(bào), 2020,40(4):321-328.

Wu Y H, Qin F C, Guo Y F, et al. Land use dynamics and ecosystem service function in Naiman Banner [J]. Soil and Water Conservation Bulletin, 2020,40(4):321-328.

[28] 王志杰,蘇 嫄.基于遙感和GIS的陜南地區(qū)近20年土地利用時(shí)空變化特征 [J]. 自然災(zāi)害學(xué)報(bào), 2017,26(6):164-174.

Wang Z J, Su Y. Spatio temporal characteristics of land use change in southern Shaanxi Province in recent 20 years based on RS and GIS [J]. Journal of Natural Disasters, 2017,26(6):164-174.

[29] Wang M Q, Liu J S, Wang J D, et al. Ecological footprint and major driving forces in west Jilin Province, northeast China [J]. Chinese Geographical Science, 2010,20(5):434-441.

[30] 歐陽志宏,郭懷成,王婉晶,等.1982～2012年滇池水質(zhì)變化及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)水質(zhì)的影響 [J]. 中國環(huán)境監(jiān)測(cè), 2015,31(2):68-73.

Ou Y Z H, Guo H C, Wang W J, et al. Analysis of water quality change and impacts socio-economic development in Dianchi Lake from 1982 to 2012 [J]. Environmental Monitoring in China, 2015,31(2):68-73.

[31] 彭珮媛,吳曉妮,李子光,等.滇池流域源頭區(qū)不同土地利用方式土壤無機(jī)磷組分的分布特征 [J]. 水土保持研究, 2021,28(6):58-64.

Peng P Y, Wu X N, Li Z G, et al. Characteristics of distribution of inorganic phosphorus fractions in soil of different land use patterns in the source area of Dianchi watershed [J]. Research of Soil and Water Conservation, 2021,28(6):58-64.

[32] 馮澤波,史正濤,蘇 斌,等.滇池主要入湖河流水化學(xué)特征及其環(huán)境意義 [J]. 水生態(tài)學(xué)雜志, 2019,40(3):18-24.

Feng Z B, Shi Z T, Su B, et al. Water chemistry in the primary tributaries of Dianchi Lake and effect on the water environment of Dianchi Lake [J]. Journal of Water Ecology, 2019,40(3):18-24.

[33] 李 軍,鄒勝章,趙 一,等.會(huì)仙巖溶濕地地下水主要離子特征及成因分析 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2021,42(4):1750-1760.

Li J, Zou S Z, Zhao Y,et al. Major ionic characteristics and factors of karst groundwater at Huixian karst wetland, China [J]. Environmental Science, 2021,42(4):1750-1760.

[34] 陳榮彥,葉許春,張世濤,等.人類活動(dòng)影響盤龍江下游淺層地下水水質(zhì)的變化 [J]. 水資源與水工程學(xué)報(bào), 2007,18(5):47-51.

Chen R Y, Ye X C, Zhang S T, et al. Change of the shallow groundwater quality by human activities influence in lower reaches of Panlongjiang River [J]. Journal of Water Resources and Water Engineering, 2007,18(5):47-51.

[35] 陳春瑜,和樹莊,胡 斌,等.土地利用方式對(duì)滇池流域土壤養(yǎng)分時(shí)空分布的影響 [J]. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2012,23(10):2677-2684.

Chen C Y, He S Z, Hu B, et al. Effects of land use type on spatiotemporal distribution of soil nutrients in Dianchi watershed, Yunnan Province of southwest China [J]. Journal of Applied Ecology, 2012,23(10):2677-2684.

[36] 孫大明.大連地區(qū)地下水化學(xué)特征分析及形成機(jī)制研究 [J]. 水資源開發(fā)與管理, 2022,8(2):54-58.

Sun D M. Analysis of chemical characteristics and formation mechanism of groundwater in Dalian area [J]. Development and Management of Water Resources, 2022,8(2):54-58.

[37] 周忠發(fā),張 結(jié),潘艷喜,等.雙河洞洞穴系統(tǒng)巖溶地表水-地下水主要離子化學(xué)特征及其來源分析 [J]. 科學(xué)技術(shù)與工程, 2018,18(6): 5-13.

Zhou Z F, Zhang J, Pan Y X,et al. Chemical characteristics and source analysis of main ions in karst surface water and groundwater in Shuanghe cave system [J]. Science and Technology and Engineering, 2018,18(6):5-13.

[38] 李東青,梁 籍,張立燕,等.密云庫區(qū)1991～2011年水質(zhì)變化趨勢(shì)研究 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2015,35(6):1675-1685.

Li D Q, Liang J, Zhang L Y, et al. The research of water quality trend in the Miyun Reservoir from 1991 to 2011 [J]. China Environmental Science, 2015,35(6):1675-1685.

[39] 黃強(qiáng)盛,李清光,盧瑋琦,等.滇池流域地下水、河水硝酸鹽污染及來源 [J]. 地球與環(huán)境, 2014,42(5):589-596.

Huang Q S, Li Q G, Lu W Q, et al. Nitrate pollution and sources of groundwater and river water in Dianchi Lake Basin [J]. Earth and Environment, 2014,42(5):589-596.

[40] 何 丹,周 璟,高 偉,等.基于CA-Markov模型的滇池流域土地利用變化動(dòng)態(tài)模擬研究 [J]. 北京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2014,50(6): 1095-1105.

He D, Zhou J, Gao W, et al. An integrated CA-Markov model for dynamic simulation of land use change in Lake Dianchi watershed [J]. Journal of Peking University (Natural Science Edition), 2014,50(6): 1095-1105.

[41] 韓 玉,盧文喜,李峰平,等.渾河流域地表水地下水水質(zhì)耦合模擬 [J]. 中國環(huán)境科學(xué), 2020,40(4):1677-1686.

Han Y, Lu W X, Li F P, et al. Water quality coupling simulation of surface water and groundwater in Hunhe river basin [J]. China Environmental Science, 2020,40(4):1677-1686.

[42] 王 昶,王 力,曾 明,等.我國農(nóng)村生活污水治理的現(xiàn)狀分析和對(duì)策探究 [J]. 農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學(xué)報(bào), 2022,39(2):283-292.

Wang Y, Wang L, Zeng M, et al. Status and countermeasure for the treatment of rural domestic sewage in China [J]. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2022,39(2):283-292.

[43] 陸海燕,胡正義,張瑞杰,等.滇池北岸居民-農(nóng)田混合區(qū)域農(nóng)田土壤氮素空間分布特征研究 [J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2010,29(8):1618- 1623.

Lu H Y, Hu Z Y, Zhang R J, et al. Spatial variability of nitrogen in soils in farmland adjacent suburban villages at northern bank of Dianchi Lake [J]. Journal of Agricultural Environmental Science, 2010,29(8):1618-1623.

[44] 付利波,蘇 帆,尹 梅,等.氮磷減施對(duì)滇池周邊香石竹產(chǎn)量、地下水氮磷含量的影響 [J]. 西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2013,26(1):237-242.

Fu L B, Su F, Yin M, et al. Effects of nitrogen and phosphorus management on carnation yield and N,P content of underground water in Dianchi watershed [J]. Southwest Agricultural Journal, 2013,26(1): 237-242.

[45] 姜 暢,劉鴻雁,陳 竹,等.基于GIS的紅楓湖流域土地利用變化與水質(zhì)響應(yīng) [J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2018,37(6):1232-1239.

Jiang C, Liu H Y, Chen Z, et al. Response relationship between land- use change and water quality in Hongfeng Lake Basin based on GIS [J]. Journal of Agricultural Environmental Science, 2018,37(6):1232- 1239.

[46] 楊 柳,馬克明,郭青海,等.城市化對(duì)水體非點(diǎn)源污染的影響 [J]. 環(huán)境科學(xué), 2004,25(6):32-39.

Yang L, Ma K M, Guo Q H, et al. Impacts of urbanization on waters non-point source pollution [J]. Environmental Science, 2004,25(6): 32-39.

Effects of land use change on groundwater quality in the Dianchi Lake Basin.

CHEN Qing-fei1, CHEN An-qiang2, YE Yuan-hang1, MIN Jin-heng1, ZHANG Dan1*

(1.College of Resources and Environment, Yunnan agricultural University, Kunming 650201, China；2.Agricultural Environment and Resources Institute, Yunnan Academy of Agricultural Science, Kunming 650201, China)., 2023,43(1)：301～310

Land use change impacts on shallow groundwater quality. The changes of land use and shallow groundwater quality in the Dianchi Lake Basin in recent 20years (2002～2020) were analyze by comprehensive use of remote sensing image interpretation, Markovtransition matrix and redundancy analysis, and the impact of land use change on shallow groundwater quality in a long time scale was revealed. The results showed that the land use types in 2002 and 2020 in the Dianchi Lake Basin were mainly grassland, forest land and cultivated land, accounting for 20.91% and 17.43%, 43.21% and 37.99%, 22.11% and 17.08% of the total area, respectively. The transfer probabilities of cultivated land to construction land and forest land, forest land to grassland and cultivated land, and grassland to forest land and construction land were 22.59% and 20.72%, 13.16% and 10.49%, 26.30% and 15.65% from 2002 to 2020, respectively. The area of cultivated land decreased by 146km2, and the area of construction land increased by 279km2. From 2002 to 2020, the chemical type of shallow groundwater in the Dianchi Lake Basin changed from HCO3-·SO42--Mg2+to HCO3-·SO42--Ca2+. The quality of shallow groundwater decreased from Class I and II to Class IV and V, and the overall water quality has deteriorated. Grassland and forest land were negatively correlated with TN and NO3--N, showing a “sink” effect, while construction land was positively correlated with TN and NO3--N (< 0.05), showing a “source” effect. Our results revealed that changes in the spatial pattern of land use in the Dianchi Lake Basin significantly affected the quality of shallow groundwater. Construction land and cultivated land were the main drivers that led to the deterioration of shallow groundwater quality in the Dianchi Lake Basin. Reasonable planning and utilization of land resources are crucial to improve groundwater quality in the Dianchi Lake Basin.

Dianchi Lake Basin；land use change；shallow groundwater；water quality

A

1000-6923(2023)01-0301-10

陳清飛(1999-),男,貴州銅仁人,碩士研究生,主要從事流域水土過程及其環(huán)境效應(yīng)研究.發(fā)表論文2篇.

2022-06-10

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(42067052,41977319);云南省興滇英才項(xiàng)目

* 責(zé)任作者, 副教授, yidan33@163.com