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近30年来长江中游牛轭湖群流域土地利用/覆被变化及其影响研究——以天鹅洲-中洲子流域为例

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第1章 绪论

1.1 选题背景

1.2 研究意义

1.3 土地利用/覆被变化研究进展

1.4 研究指标意义

1.5 本课题组研究基础

第2章 研究区概况

2.1 地理位置及范围

2.2 地形与地貌

2.3 气候与水文

2.4 土壤植被

2.5 社会经济发展

第3章 数据收集与处理

3.1 数据收集

3.2 遥感影像处理

3.3 TE和ZZ-2钻孔沉积物实验测试

第4章 天鹅洲-中洲子流域土地利用/覆被变化分析

4.1 土地利用结构分析

4.2 土地利用数量变化分析

4.3 土地利用变化速率分析

4.4 土地利用程度分析

4.5 土地利用空间变化分析

4.6 土地利用的生态环境效应分析

4.7 土地利用/覆被变化驱动力分析

第5章 天鹅洲-中洲子流域土地利用/覆被变化对湖泊沉积的影响

5.1 TE和ZZ-2钻孔沉积测试结果分析

5.2 天鹅洲-中洲子流域土地利用/覆被变化的影响

第6章 结论与展望

6.1 主要结论

6.2 不足与展望

参考文献

致谢

声明

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摘要

随着全球工农业的高速发展和城镇化进程的加速，由土地利用/覆被变化所引起的水环境效应已成为该领域的热点问题之一。因此，在前人的研究基础之上本文将分析天鹅洲-中洲子流域土地利用/覆被变化情况并分析其变化驱动力，结合天鹅洲牛轭湖和中洲子牛轭湖沉积物实验结果评价重金属和营养元素的污染程度，然后采用相关性分析方法分析天鹅洲-中洲子流域土地利用/覆被变化与牛轭湖沉积物中重金属元素潜在生态风险程度和总氮、总磷营养元素污染程度变化之间的关系。结论如下： （1）1987-2017年期间天鹅洲-中洲子流域各种土地利用面积数量变化较大，水域、耕地和未利用地总体呈减少趋势，而林地和城乡建设用地呈增加趋势。土地利用类型结构变化幅度较小，耕地、水域为主要土地利用类型，林地和城乡建设用地比重上升，但占全部的比重不足14%，而未利用地、水域比重逐渐下降。 土地利用变化速度最大的是林地，其次为城乡建设用地和水域，耕地和未利用地的变化速度较小；1992-1999年天鹅洲-中洲子流域土地利用的综合土地利用动态度最大，2011-2017年综合土地利用动态度最小。 本研究区的土地利用开发程度处于中等水平，但是受自然灾害等因素影响，本研究区内土地利用程度呈现波动变化。1999年的土地利用程度较1992年更低，土地利用程度变化呈现衰退现象,这与1999年暴发的洪水使得水域面积增加有关，而耕地政策、造林项目的实施使得2017年土地利用程度再次下降。 从土地利用转移角度分析，耕地的面积变化较大，主要转变成为城乡建设用地和林地，林地和城乡建设用地主要转变为耕地，水域主要转变为水域，未利用地主要转出为水域和耕地。 1987-2017年天鹅洲-中洲子流域生态系统服务价值总体呈上升-下降趋势，耕地和水域的生态服务价值所占比重较高。在研究时段内除了林地的生态服务价值增加了0.85亿元外，其他土地利用类型均呈现不同规模的减少，其中水域生态服务价值的减少量最大，耕地和未利用地的减少量最少。 （2）土地利用/覆被变化驱动力包括自然驱动力和人文驱动力，影响天鹅洲-中洲子流域土地利用/覆被变化的自然驱动力主要是气候变化与自然灾害，人文驱动力主要有人口数量变化、政治经济政策、工农业发展情况。 水域面积的变化与当地自然条件下的气候变化、自然灾害相关；耕地面积变化受当地的人口数量变化驱动；林地面积变化的主要原因为当地实施的各项造林政策；城乡建设用地与未利用地的变化与人口数量变化及工农业迅速发展相关。 （3）天鹅洲牛轭湖和中洲子牛轭湖自底部至顶部的重金属综合潜在生态风险总体属于中等程度，但天鹅洲牛轭湖的风险系数略高于中洲子牛轭湖，中洲子牛轭湖呈现上升-下降的波动变化趋势，在2012年重金属综合生态风险已经降为轻微程度，天鹅洲牛轭湖的重金属综合潜在生态风险波动较大，但总体呈现下降趋势。天鹅洲牛轭湖和中洲子牛轭湖单项重金属的生态风险程度顺序都为Pb＞Cu＞Ni＞Cr＞Zn，中洲子牛轭湖中重金属Pb和Cu的生态风险程度达到中等，而天鹅洲牛轭湖中重金属Pb、Cu和Ni的生态风险程度达到中等，其他重金属元素均为轻微程度。 两个牛轭湖沉积物中的氮、磷含量污染程度评价结果显示天鹅洲牛轭湖的TN污染程度达到中度和重度污染，污染指数平均值略低于中洲子牛轭湖，中洲子牛轭湖的TN污染程度亦已达到重度污染。天鹅洲和中洲子牛轭湖的TP含量都已属于重度污染，但天鹅洲牛轭湖的TP污染指数平均值略低于中洲子牛轭湖。 （4）改革开放之后，本研究区内经济社会发展迅猛，城市化进程不断加快，虽然城乡建设用地的快速增长对生态环境造成胁迫，但是政府实施的多项环保政策有效地保护了当地的生态环境，使得牛轭湖的重金属潜在生态风险程度变化与城乡建设用地面积变化呈负相关关系。 植物对重金属污染的土壤具有修复作用，随着各项造林项目的实施，牛轭湖周围种植的林木面积逐渐增大，有效减少了随地表径流进入牛轭湖的重金属含量，因此中洲子牛轭湖的潜在生态风险系数与林地呈负相关关系。天鹅洲牛轭湖周围的林地位于长江与湖泊之间，对于来自城镇的重金属污染难以发挥作用，因此天鹅洲牛轭湖的重金属潜在生态风险与林地面积变化之间相关性较弱。 研究区内未利用地面积呈下降趋势，减少的面积主要转化为水域、耕地和林地，而林地与重金属潜在生态风险存在负相关关系，因而研究区内的未利用地面积变化与牛轭湖的重金属潜在生态风险存在间接的正相关关系。 （5）研究区内城乡建设用地快速增长，城镇居民日常生活中洗衣做饭等活动产生的生活废水中含有人的排泄物和生活废料，含有大量氮、磷化合物，使得天鹅洲牛轭湖和中洲子牛轭湖中TN、TP含量不断增加，因此牛轭湖沉积物中营养元素的生态污染程度与研究区的城乡建设用地面积变化呈较高的正相关关系。 天鹅洲牛轭湖和中洲子牛轭湖周围的未利用地多转变为水域，从而成为鸡鸭鹅养殖场和水产养殖场，养殖场中牲畜粪尿中含有大量氮、磷、氨，使水体受到污染。因而研究区内的未利用地面积变化与牛轭湖的营养元素生态污染程度存在间接的负相关关系。

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