香溪河流域土地利用變化過程對非點源氮磷輸出的影響

崔　超，劉　申，翟麗梅*，張富林，劉宏斌，雷秋良，武淑霞，華玲玲，周繼文

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，農(nóng)業(yè)部面源污染控制重點實驗室，北京100081；2.湖北省農(nóng)業(yè)科學院植保土肥研究所，武漢430064；3.湖北省興山縣土壤肥料工作站，湖北宜昌443000）

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香溪河流域土地利用變化過程對非點源氮磷輸出的影響

崔超1，劉申1，翟麗梅1*，張富林2，劉宏斌1，雷秋良1，武淑霞1，華玲玲1，周繼文3

（1.中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，農(nóng)業(yè)部面源污染控制重點實驗室，北京100081；2.湖北省農(nóng)業(yè)科學院植保土肥研究所，武漢430064；3.湖北省興山縣土壤肥料工作站，湖北宜昌443000）

摘要：選取三峽庫區(qū)香溪河流域（3150 km2），根據(jù)1990、2000、2010年Landsat TM/ETM遙感影像，在ArcGIS支持下，應(yīng)用景觀特征分析和氮磷輸出系數(shù)模型方法，在分析流域景觀格局轉(zhuǎn)變過程的基礎(chǔ)上，研究了土地利用變化對非點源氮磷輸出的影響。結(jié)果表明：1990—2000年土地利用變化較為緩和，2000—2010年土地利用轉(zhuǎn)變較為劇烈，變化面積占到總面積的4.3％，為前10年變化量占比的3倍之多。1990—2000年和2000—2010年，土地利用轉(zhuǎn)變量最為明顯的均為林地轉(zhuǎn)旱地和旱地轉(zhuǎn)林地；從單位時間土地利用變化率來看，1990—2000年旱地變化最為劇烈，2000—2010年居民地變化最為劇烈；從土地利用相對動態(tài)度來看，1990—2000年和2000—2010年旱地均最高。1990—2000年土地利用的變化對非點源總氮（TN）和總磷（TP）輸出影響較小，TN增加1.57 t.a-1，TP減少0.073 t.a-1；2000—2010年土地利用的變化顯著降低了TN、TP的輸出量，凈值分別為78.5、6.1 t.a-1。土地利用轉(zhuǎn)變方式對TN、TP的負荷影響不同，旱地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值貢rTN負荷表現(xiàn)為消減，林地轉(zhuǎn)變?yōu)楹档貢rTN負荷增加；水田轉(zhuǎn)變?yōu)榱值貢rTP負荷減少，旱地轉(zhuǎn)變?yōu)樗飼rTP負荷增加。在輸出系數(shù)與各土地利用類型面積關(guān)系的建立中，使用土地利用狀態(tài)量變化面積不能真實計算出其對非點源氮磷負荷輸出量的影響，通過土地利用過程量面積的變增才能真實反映土地利用變化導(dǎo)致的非點源氮磷負荷輸出量。

關(guān)鍵詞：香溪河流域；土地利用變化；非點源；輸出系數(shù)；狀態(tài)量和過程量

崔超，劉申，翟麗梅，等.香溪河流域土地利用變化過程對非點源氮磷輸出的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2016，35（1）：129-138.

CUI Chao，LIU Shen，ZHAI Lj-mej，et a1. Effect of 1and use/cover changes on njtrogen and phosphorus 1osses vja non-pojnt source pathway jn Xjangxj Rjver Basjn[J]. Journal of Agro-Environment Science，2016，35（1）：129-138.

土地利用變化狀況是影響全球和區(qū)域環(huán)境?變的重要指標[1-2]。非點源污染氮磷負荷輸出與土地利用方式密切相關(guān)，土地利用變化與水量、水質(zhì)之間存在非常顯著的相關(guān)性，土地利用方式轉(zhuǎn)變不僅影響地表徑流、基流等水文過程，更影響土壤侵蝕、泥沙以及營養(yǎng)物的運移[3-5]。不同土地利用類型的變化過程反映了土地利用格局在時間?列上的變化，每種土地利用類型的過程變化包括了時段內(nèi)過程增長量和過程減少量[6-7]，然而某一土地利用類型狀態(tài)上的變化，即用t1時刻格局狀態(tài)量與t2時刻格局狀態(tài)量的差值并不能很好地反映土地利用類型的轉(zhuǎn)變過程，土地利用動態(tài)變化矩陣則能夠?晰反映每種土地利用類型t1到t2時段內(nèi)過程增長量與過程減少量（圖1）。土地利用空間信息在時間?列上的動態(tài)轉(zhuǎn)變過程，是土地類型轉(zhuǎn)變的內(nèi)在結(jié)果，其過程的轉(zhuǎn)變直接?變了非點源過程量的輸出，最終影響非點源狀態(tài)量的表達。

圖1　土地利用變化過程量與狀態(tài)量Fjgure 1 Process and state of 1and use/cover changes

非點源污染的時空不確定性、遷移過程的高度非線性以及過程降解的復(fù)雜性等特征[8-9]，增加了其排放量估算、來源解析的難度。根據(jù)輸出系數(shù)模型可以直接建立土地利用與非點源氮磷負荷輸出之間的關(guān)系，從而避開非點源污染發(fā)生的復(fù)雜過程，僅根據(jù)土地利用現(xiàn)狀或變化量估算或預(yù)測非點源氮磷負荷輸出，該方法簡單有效，適合應(yīng)用于估算缺乏大量監(jiān)測數(shù)據(jù)區(qū)域非點源氮磷輸出負荷。目前大多數(shù)研究者[10-14]只是通過建立輸出系數(shù)與土地利用狀態(tài)量之間的關(guān)系，匯算由當年土地利用狀態(tài)下產(chǎn)生的非點源氮磷輸出量，并沒有綜合考慮土地利用轉(zhuǎn)變過程導(dǎo)致的非點源氮磷輸出的響應(yīng)關(guān)系，不能真實反映土地利用變化對非點源氮磷負荷輸出的影響。因此，?用土地利用動態(tài)變化矩陣，建立輸出系數(shù)與土地利用凈變化量之間的關(guān)系，探討土地利用轉(zhuǎn)變過程對非點源氮磷負荷輸出的影響，對流域非點源污染的管控具有重要意義。

本研究基于三峽庫區(qū)香溪河流域1990年、2000年和2010年三個年度遙感解譯土地利用數(shù)據(jù)，運用景觀特征分析和氮磷輸出系數(shù)模型方法，探討香溪河流域景觀格局轉(zhuǎn)變過程和對非點源氮磷負荷輸出的影響，進而為三峽庫區(qū)流域非點源污染的綜合治理奠定基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

香溪河流域發(fā)源于湖北省宜昌市神農(nóng)架林區(qū)，流域總面積為3150 km2，干流全長95 km，途?興山縣（約78 km）至秭歸縣，由河口處匯入三峽大壩，是三峽庫區(qū)壩首的第一大支流。其主要包括高嵐河、古夫河和南陽河三大支流，處于上游的南陽河和古夫河在響灘匯流始稱香溪，南流14 km峽口鎮(zhèn)匯高嵐河至游家河入秭歸境內(nèi)[15]。流域?qū)贅?gòu)造地貌，高程80～3100 m，地形起伏較大，均系高山半高山區(qū)（圖2）。

香溪河流域是三峽庫區(qū)典型的農(nóng)林復(fù)合小流域，土地利用類型主要有林地、耕地。土壤類型主要為黃棕壤和石灰土。年均降水量為900～1200 mm，主要集中在4—10月[16]。流域水土流失較嚴重，據(jù)統(tǒng)計香溪河興山縣范圍水土流失面積達1 122.5 km2，占全縣總面積的61％，年均侵蝕模數(shù)為6488 t.km-2，屬強度侵蝕區(qū)[16]。

1.2研究方法

1.2.1數(shù)據(jù)來源及處理

研究區(qū)土地利用圖來自中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心，比例尺為1∶10萬。土地利用圖為1990年、2000年和2010年各期Landsat TM/ETM遙感影像。遙感影像通過人工目視解譯生成土地利用信息，劃分水田、旱地、草地、林地、園地、水域和居民地等共7種土地利用類型（圖3）。為構(gòu)建輸出系數(shù)模型，通過ArcGIS對矢量文件中的土地利用信息柵格化，柵格規(guī)格為25 m×25 m。土地利用類型面積通過柵格數(shù)量及其柵格面積，匯算所得。

圖2　研究區(qū)概況圖Fjgure 2 Map of studjed area

圖3　1990、2000、2010年土地利用現(xiàn)狀圖Fjgure 3 Land use/cover jn 1990，2000，and 2010

?用ArcGIS空間數(shù)據(jù)分析中疊加分析模塊，對不同年份間，空間同一點位土地利用類型的柵格屬性進行空間信息識別，確立1990—2000年間和2000—2010年間土地利用轉(zhuǎn)變的柵格矩陣。

1.2.2數(shù)據(jù)分析方法

1.2.2.1景觀動態(tài)分析方法

土地的單位時間土地利用變化率是以土地利用類型面積為基礎(chǔ)，關(guān)注研究時段內(nèi)某用地類型面積變化的結(jié)果[18]。其計算公式為：

式中：Ai為第i種土地類型單位時間土地利用變化率；當t的單位設(shè)定為年時，模型結(jié)果表示該土地利用類型的年變化率。

單一動態(tài)度可直觀地反映某一土地利用類型相對本身的變化劇烈程度與速度，也易于通過類型間的比較反映不同類型間變化的差異。為了反映各土地利用類型的變化在區(qū)域變化中的貢獻大小，衡量某土地類型的變化是否成為區(qū)域土地變化的主要類型，引進土地相對動態(tài)度概念來表示土地利用的變化速率。其計算公式為：

式中：Bi為第i種土地利用相對動態(tài)度；Pi為研究初期第i類用地類型占研究區(qū)土地總面積的比率。

土地相對動態(tài)度的值越大，表明該用地類型的變化在研究區(qū)變化中的貢獻越大。

1.2.2.2非點源污染排放分析方法輸出系數(shù)模型[11]表達式：

式中：Lj為污染物j在該流域的總負荷量，kg.a-1；n為流域中土地利用類型的種類；Eij為污染物j在流域第i種土地利用類型中的輸出系數(shù)，kg.km-2.a-1；Ai為第i種土地利用類型的面積，km2。

1.2.3輸出系數(shù)選取

非點源污染的形成主要受流域地形、氣候、水文、土地利用類型、農(nóng)田管理措施、人類活動等因素的影響，因此，合理輸出系數(shù)的確定是輸出系數(shù)模型構(gòu)建的關(guān)鍵。鑒于國內(nèi)許多研究人員已用輸出系數(shù)模型做了大量研究[9-13]，方法及系數(shù)的確立已相對成熟?？紤]到丹江口水庫研究區(qū)水文、氣候、地理位置、植被覆蓋等多因素與本研究較接近，引用前人研究使用過的輸出系數(shù)[11]（表1）。

表1　各土地利用類型輸出系數(shù)Tab1e 1 Export coeffjcjents of varjous 1and use/cover types

2　結(jié)果與分析

2.1不同年度土地利用類型結(jié)構(gòu)及空間變化特征

從三個年份土地利用狀況來看（圖4），香溪河流域主要土地利用類型為林地，三個年度均占85％以上；耕地（水田、旱地）和園地面積小，不足流域總面積的8％。1990—2000年10年間各土地利用類型的面積基本保持不變。2000—2010年土地利用變化明顯，果園、水域、居民地增長最多，分別為39.7％、91.7％和 251.0％；水田和旱地分別減少2.8％和32.9％。

圖4　1990年、2000年和2010年各土地利用類型占比情況Fjgure 4 Percentages of varjous 1and use/cover types jn 1990，2000 and 2010

表2　1990—2000年香溪河流域土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（km2）Tab1e 2 Transfer matrjx of 1and use/cover jn Xjangxj Rjver basjn from 1990 to 2000（km2）

由1990—2000年香溪河流域土地利用轉(zhuǎn)移矩陣得出（表2），土地轉(zhuǎn)變面積較小，約占總量的1.4％。林地和旱地轉(zhuǎn)變數(shù)量最多，分別占變化總量的47.3％和30.8％；水域、旱地和水田參與其他土地利用轉(zhuǎn)變率最高，轉(zhuǎn)變量分別占1990年水域、旱地和水田的8.3％、7.5％和6.1％。在轉(zhuǎn)變過程中，水田主要轉(zhuǎn)變?yōu)楹档睾土值?；旱地主要轉(zhuǎn)變?yōu)榱值亍⒉莸睾退?；林地主要轉(zhuǎn)變?yōu)楹档亍⒉莸睾退铩?/p>

據(jù)2000—2010年香溪河流域土地利用轉(zhuǎn)移矩陣來看（表3），土地利用變化更加劇烈，變化量占總量的4.3％，為前10年的3倍之多。林地和旱地依然變化最大，分別占變化總量的57.1％和26.4％；水田和旱地轉(zhuǎn)變率最高，轉(zhuǎn)變量分別占2000年水田和旱地總量的24.4％和43.7％。轉(zhuǎn)變過程中，水田主要轉(zhuǎn)變?yōu)楹档睾土值兀缓档刂饕優(yōu)榱值亍⑺?；林地主要變?yōu)楹档睾退颉?/p>

表3　2000—2010年香溪河流域土地利用轉(zhuǎn)移矩陣（km2）Tab1e 3 Transfer matrjx of 1and use/cover jn Xjangxj Rjver basjn from 2000 to 2010（km2）

2.2不同時間段景觀變化動態(tài)度特征

通過表4和表5可知，2000—2010年較1990—2000年變化劇烈程度增加，凈變化量最明顯的均為林地和旱地。從單位時間土地利用變化率來看，1990—2000年流域變化最為劇烈的是旱地，變化率為0.076％；2000—2010年為居民地，變化率為25.1％。其中，水域單位時間土地利用變化率，均位居第二，說明水域面積呈不斷擴大趨勢。從土地利用相對動態(tài)度來看，1990—2000年和2000—2010年旱地的相對動態(tài)度均最高，分別為0.004 3％和-0.186 0％，說明旱地的對流域土地利用變化量最大。

表4　1990—2000年各土地利用類型土地動態(tài)度分析Tab1e 4 Land dynamjc ana1ysjs of varjous 1and use/cover types from 1990 to 2000

表5　2000—2010年各土地利用類型土地動態(tài)度分析Tab1e 5 Land dynamjc ana1ysjs of varjous 1and use/cover types from 2000 to 2010

2.3土地利用變化對非點源排放的影響

2.3.1不同年度土地利用變化對氮磷排放的影響

從表6來看，整個流域由土地利用變化所造成的非點源TN和TP負荷從20世紀80年代末期到2000年，變化基本維持平穩(wěn)，TN略增，TP略減，凈量分別為1.57、-0.073 t.a-1。從2000年到2010年TN、TP負荷變化顯著（均減?。?，凈值分別為-78.5、-6.1 t.a-1。

表6　1990、2000、2010年各土地利用類型狀態(tài)量輸出負荷（t.a-1）Tab1e 6 State output 1oads of varjous 1and use/cover types jn 1990，2000 and 2010（t.a-1）

各土地利用類型轉(zhuǎn)變導(dǎo)致的非點源氮磷狀態(tài)量，是根據(jù)不同土地利用類型最終狀態(tài)面積與輸出系數(shù)之間的關(guān)系計算得出（表7）。從非點源氮磷狀態(tài)量輸出來看，1990—2000年氮磷的增加量和減少量基本維持平衡，2000—2010年非點源氮磷輸出總量減少，且TN減少更為明顯。2000—2010年與1990—2000年相比，氮磷輸出變化更為劇烈。從TN和TP來看，旱地減少量最大，分別減少了112.8、4.64 t.a-1；林地增加量最大，增加量分別為27.2、0.75 t.a-1；水域?qū)N、TP輸出無影響。

非點源氮磷過程輸出量，是通過?用土地利用動態(tài)變化矩陣，建立相對系數(shù)（兩土地利用類型輸出系數(shù)差）與土地利用凈變化量之間的關(guān)系計算得出（表8），能夠反映不同土地利用類型轉(zhuǎn)變所隱含的內(nèi)部非點源氮磷負荷輸出狀況。從過程量來看，1990—2000年和2000—2010年氮磷變化量最大的土地利用類型均為水田、旱地、林地。其中，水田TN、TP均減少，2000—2010年與1990—2000年相比，TN、TP減少量均增加了3倍以上；旱地中TN持續(xù)減少，從-15.2 t. a-1到-81.3 t.a-1，增加5倍以上，TP持續(xù)增多，從0.32 t.a-1到9.73 t.a-1，增加了30倍；林地在兩個年度氮磷輸出量均增加，且過程量增加在年度間變化相對緩和，TN為23.7、27.7 t.a-1，TP為5.57、8.56 t.a-1。

表7　各土地利用轉(zhuǎn)變氮磷狀態(tài)量匯算表（t.a-1）Tab1e 7 Amount of njtrogen and phosphorous status from varjous 1and use/cover transformatjon（t.a-1）

表8　各土地利用轉(zhuǎn)變氮磷過程量匯算表（t.a-1）Tab1e 8 Amount of njtrogen and phosphorous from varjous 1and use/cover transformatjon by process（t.a-1）

2.3.2土地利用變化過程對氮磷排放的影響特征

圖5詳細表述了1990—2000年和2000—2010年兩個年限周期，某一土地利用類型在其他土地利用轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)有土地利用類型和現(xiàn)有土地利用轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌恋乩眠^程變化中，在該土地利用類型上所發(fā)生的非點源氮磷負荷的過程凈量。正軸表示對某土地利用與其他不同土地利用間參與轉(zhuǎn)變過程，并起到增加氮磷負荷作用的輸出凈量；負軸表示對某土地利用與其他不同土地利用參與轉(zhuǎn)變過程，并起到消減氮磷負荷作用的輸出凈量。1990—2000年各土地利用變化間TN、TP負荷凈量輸出總體相對緩和，林地、旱地、水田的土地利用動態(tài)變化對TN負荷的貢獻較大，水田、林地對TP負荷的貢獻較大；2000—2010年較1990—2000年，由土地類型轉(zhuǎn)變所導(dǎo)致的TN、TP負荷凈量變化更為劇烈，對TN負荷貢獻較大的土地利用方式為旱地、林地、水田，TP主要是水田、旱地、林地。

圖5　各土地利用過程量轉(zhuǎn)變TN、TP輸出凈量結(jié)構(gòu)圖Fjgure 5 Structure chart for 1and use/cover change effects on TN and TP net 1osses by process

續(xù)圖5　各土地利用過程量轉(zhuǎn)變TN、TP輸出凈量結(jié)構(gòu)圖Contjnue fjgure 5 Structure chart for 1and use/cover change effects on TN and TP net 1osses by process

從各土地利用轉(zhuǎn)變方式對TN、TP的負荷貢獻來看，不同土地利用轉(zhuǎn)變對總量增長、消減的貢獻能力不同。1990—2000年水田轉(zhuǎn)變?yōu)榱值亍⒑档剞D(zhuǎn)變?yōu)榱值貢r對TN主要表現(xiàn)為消減，林地轉(zhuǎn)變旱地、林地轉(zhuǎn)變水田時TN負荷增加；而對TP負荷而言，水田轉(zhuǎn)變林地、水田轉(zhuǎn)變旱地表現(xiàn)為消減，而林地轉(zhuǎn)變水田、旱地轉(zhuǎn)變水田表現(xiàn)為增加。2000—2010年內(nèi)部土地利用轉(zhuǎn)換間對氮磷負荷貢獻量相比1990—2000年變化更加劇烈，起主要負荷貢獻作用的土地轉(zhuǎn)化方式與1990—2000年的類似。旱地轉(zhuǎn)變林地、水田轉(zhuǎn)變林地對TN負荷表現(xiàn)為消減，林地轉(zhuǎn)變旱地、林地轉(zhuǎn)變水田、旱地轉(zhuǎn)變水田時表現(xiàn)為增加；對TP來說，水田轉(zhuǎn)變林地、水田轉(zhuǎn)變旱地、旱地轉(zhuǎn)變林地時表現(xiàn)為消減，旱地轉(zhuǎn)變水田、林地轉(zhuǎn)變水田時表現(xiàn)為增加。

3　討論

3.1土地利用景觀格局變化特點及成因

本文通過香溪河流域土地利用結(jié)構(gòu)、景觀動態(tài)變化、空間轉(zhuǎn)移分析得出，20年間，2000—2010年土地利用變化最為劇烈，林地、旱地凈量變化最大，居民地單位時間土地利用變化率最高，旱地的相對動態(tài)度最大。整個流域1990—2000年退耕還林、毀林復(fù)墾和水域擴增面積分別為14.6、16.1、0.6 km2，2000—2010年分別為72.7、22.8、8.9 km2，20年間退耕還林、水域擴增顯著。

分析發(fā)生以上景觀格局轉(zhuǎn)變特點的成因，主要為三峽大壩1993年開始修建，2009年正式完工[19]，2000年之前為大壩建設(shè)前期，土地格局變化小，2000年以后隨著大壩建造工程的推進，大壩蓄水后主要支流形成庫灣，水域面積擴增，流域周邊肥沃的農(nóng)田被淹沒，據(jù)統(tǒng)計[19]三峽庫區(qū)大約有240 km2農(nóng)用地被淹沒，加之大量河谷居民遷移，新的農(nóng)用地急需開墾，人地矛盾日益凸顯[20]，且國家1999年開始試點“退耕還林”政策落實，2003年正式頒布了《退耕還林例》，退耕還林進入全面依法實施的階段，生態(tài)退耕減少的耕地主要為坡耕地，且主要分布在坡度大于25°的丘陵地區(qū)[7]。以上復(fù)雜原因造成香溪河流域土地利用轉(zhuǎn)變格局加劇。

3.2土地利用變化對非點源氮磷輸出的影響

在非點源氮磷負荷估算上，由英國學者Johns等[21]提出的輸出系數(shù)模型為非機理的“黑箱”模型，基于數(shù)據(jù)要求簡單、氮磷負荷估算高效等優(yōu)勢，被國內(nèi)學者廣泛應(yīng)用，其最大的缺陷在于忽略了水文過程對污染物的自凈功能。該模型在國內(nèi)的應(yīng)用中，研究者更多是針對其影響因素帶來的不確定性進行優(yōu)化[22-23]，提高輸出系數(shù)模型負荷估算的準確性。

劉瑞民等[10]運用輸出系數(shù)模型，根據(jù)1970年、1980年、1990年和2000年土地利用狀態(tài)量，對長江上游的各土地利用導(dǎo)致的非點源氮磷負荷進行了估算；方怒放等[11]以1990、2000、2007年遙感影像解譯的土地利用圖為基礎(chǔ)，使用其三期土地利用狀態(tài)量，運用輸出系數(shù)模型對庫區(qū)非點源污染進行空間模擬。但是研究者只是通過建立輸出系數(shù)與土地利用面積狀態(tài)量之間的關(guān)系，匯算不同土地利用引起的非點源氮磷負荷輸出量，并沒有考慮不同年份間各土地利用轉(zhuǎn)化過程發(fā)生的實際非點源氮磷輸出量。從實際情況來看，各土地利用面積狀態(tài)量的變增并不能真實反映出其對非點源氮磷負荷輸出的影響，匯算不同時間下土地利用過程的變化量才能使用輸出系數(shù)模型準確計算出各土地利用轉(zhuǎn)變的實際非點源氮磷發(fā)生量。從土地利用面積狀態(tài)量和過程量所產(chǎn)生的非點源氮磷負荷匯總結(jié)果看出，由各土地利用變化導(dǎo)致的非點源氮磷輸出總量相同：1990—2000年TN、TP分別為1.567、-0.073 t.a-1；2000—2010年分別為-78.584、-6.074 t.a-1。但各土地利用類型在狀態(tài)量和過程量下的非點源氮磷負荷輸出在貢獻方向和貢獻量上均表現(xiàn)出顯著差異，各土地利用類型實際的非點源氮磷負荷輸出量并不是其兩狀態(tài)量匯算結(jié)果之差。在土地利用狀態(tài)量的變化中，水域的非點源氮磷輸出顯示為零，但在實際的變化中水域也參與了向其他土地利用轉(zhuǎn)化的過程，對非點源氮磷負荷的輸出量不應(yīng)該為零；在林地狀態(tài)量的變化中，結(jié)果顯示1990—2000年非點源氮磷凈輸出負荷減少，2000—2010年表現(xiàn)為增加，且2000—2010年較1990—2000年變化更為顯著。但從過程量匯算結(jié)果來看，林地在兩個時段均對非點源氮磷負荷輸出表現(xiàn)增加，且變化量差異較小，變化劇烈程度相當。

4　結(jié)論

1990—2000年不同土地利用類型間轉(zhuǎn)變相對緩和，2000—2010年土地利用間轉(zhuǎn)變較為劇烈，空間位置變化量為前10年變化量占比的3倍之多，土地利用轉(zhuǎn)變主要發(fā)生在林地、旱地、水田、水域之間。由于土地利用所造成的非點源TN、TP從1990到2010年基本上呈逐漸下降的趨勢，這種變化趨勢和土地利用變化緊密相關(guān)。在輸出系數(shù)與各土地利用類型面積關(guān)系的建立中，使用土地利用狀態(tài)量變化面積不能真實計算出其對非點源氮磷負荷輸出量，通過土地利用過程量面積的變增才能真實反映出土地利用變化導(dǎo)致的非點源氮磷負荷輸出量。因此，討論土地利用時間?列上的動態(tài)演變對非點源氮磷負荷輸出的影響，應(yīng)使用各土地利用轉(zhuǎn)變過程發(fā)生量換算各土地利用變化導(dǎo)致的非點源氮磷負荷輸出量。

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Effect of land use/cover changes on nitrogen and phosphorus losses via non-point source pathway in Xiangxi River Basin

CUI Chao1，LIU Shen1，ZHAI Lj-mej1*，ZHANG Fu-1jn2，LIU Hong-bjn1，LEI Qju-1jang1，WU Shu-xja1，HUA Ljng-1jng1，ZHOU Jj-wen3
（1.Instjtute of Agrjcu1tura1 Resources and Regjona1 P1annjng，Chjnese Academy of Agrjcu1tura1 Scjences，Key Laboratory of Nonpojnt Source Po11utjon Contro1，Mjnjstry of Agrjcu1ture，Bejjjng 100081，Chjna；2.Instjtute of P1ant Protectjon，Soj1 and Fertj1jzer Scjences，Hubej Academy of Agrjcu1tura1 Scjences，Wuhan 430064，Chjna；3.Xjngshan Soj1 and Fertj1jzer Statjon of Hubej Provjnce，Yjchang 443000，Chjna）

Abstract：Land use changes great1y jnf1uence non-pojnt source njtrogen and phosphorus outputs. Here，the effect of 1and use/cover changes on non-pojnt source outputs of njtrogen and phosphorus was studjed based on remote sensjng jmages（Landsat TM/ETM）jn 1990，2000 and 2010 usjng the methods of characterjstjcs of 1andscape ana1ysjs，export coeffjcjent mode1，and ArcGIS jn the Xjangxj Rjver basjn（3150 km2）. Land use/cover changes were re1atjve1y moderate from 1990 to 2000，but was severe from 2000 to 2010. The area that 1and uses had changed from one jnto another between 2000 to 2010 accounted for 4.3％ of the tota1 area，whjch was three tjmes that from 1990 to 2000. Durjng 1990 to 2000 and 2000 to 2010，the greatest 1and use/cover type changes were from forest 1and to dry 1and or from dry 1and to forest 1and. The annua1 change rates of 1and use/cover was drastjc for dry1and from 1990 to 2000 whj1e resjdentja1 1and from 2000 to 2010. The bjggest dynamjc change area of 1and use/cover changes was dry1and for both 1990 to 2000 and 2000 to 2010. Durjng 1990 to 2000，the 1andbook=161,ebook=135use/cover changes had 1jtt1e effect on tota1 njtrogen（TN）and tota1 phosphorus（TP）1oads from non-pojnt source. Durjng 2000 to 2010，however，1and use/cover changes sjgnjfjcant1y reduced the 1oads of TN and TP，whjch was 78.5 and 6.1 t.a-1respectjve1y. The contrjbutjon of djfferent 1and use/cover changes to TN and TP 1oads varjed. The reductjon of TN 1oad majn1y happened when dry 1and changed to forest1and. The conversjon from paddy fje1d to forest1and decreased TP 1oad，whereas turnjng dry1and to paddy fje1d jncreased TP 1oad. In the estab1jshment of the quantjtatjve re1atjonshjp between export coeffjcjents and djfferent 1and use/cover type area，the 1and use/cover changes ca1cu1ated by statjc area cou1d not ref1ect jts jmpact on the TN and TP 1oads，whj1e the 1and use/cover changes ca1cu1ated by process area was a good jndjcator of TN and TP 1oads.

Keywords：Xjangxj Rjver basjn；1and use/cover change；non-pojnt source；export coeffjcjent；state and process va1ue

*通信作者：翟麗梅E-maj1：zhaj1jmej@caas.cn

作者簡介：崔超（1990—），男，在讀碩士研究生，主要從事流域氮磷養(yǎng)分管理及面源污染控制研究。E-maj1：cujchao5212009@163.com

基金項目：公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201303089）

收稿日期：2015-08-18

中圖分類號：X53

文獻標志碼：A

文章編號：1672-2043（2016）01-0129-10doj：10.11654/jaes.2016.01.018