源汇景观格局变化对茅尾海重金属时空分异的影响研究

Heavy metal in the environments, has been of great concern by public and researches because of their high toxicity, persistence, and non-degradability. The main sources of heavy metals in coastal marine environment were the emissions from river input and non-point source pollution, which were affected significantly by the land use and cover change of river basin and offshore. It is of great theoretical and practical significance to study the relationship between the ecological process of heavy metal pollution in the "river-estuary-offshore" system and the changes of the surrounding landscape pattern. Thus, Maowei sea and its river basins in Guangxi were selected as the study area, and the spatiotemporal variations of heavy metals were investigated. Base on the interpretation results of remote sensing images from 1990, 2000, 2010 and 2020, landscape pattern indices combine with “source-sink” theory, including landscape type, area and spatial location, were constructed to discuss the coupling relationship between the ecological process of heavy metal pollution and landscape features, while the influence mechanism would be found to reveal the change of “source-sink” landscape pattern on the ecological process of heavy metal pollution in "river-estuary-offshore". This study will serve as a a scientific basis for the gross control of pollutant emission and for the integrated management of land and marine development.

环境中的重金属因其具有高毒性、持久性、难降解性等特点，长期以来一直是公众和科研工作者关注的热点。近岸海洋环境中的重金属主要来源于河流输入与海岸带面源污染，受入海河流流域及近岸土地覆被变化影响显著。研究“河流-河口-近海”系统中重金属污染生态过程与周边景观格局变化之间的关系，对于我国陆海统筹战略的实施具有重要的理论和现实意义。为此，本项目选择广西茅尾海海洋公园及其入海河流流域作为研究区，在调查其重金属污染时空变化规律的基础上，根据1990、2000、2010、2020年4期遥感影像解译结果，基于“源-汇”景观理论，构建融合景观类型、面积、空间位置等信息在内的源汇景观格局指数，探讨重金属变化与景观特征之间的耦合关系，揭示源汇景观格局变化对“河流-河口-近海”中重金属污染生态过程的影响机制，以期为研究区入海污染物总量控制及陆海统筹综合管理目标的实现提供科学依据。

为探析典型“河流-河口-近海”系统中重金属污染生态过程与周边景观格局变化之间的关系，项目于2020年9月、2021年1月、4月及7月对茅尾海及其入海河流流域表层水Cr、Cd、Cu、Pb、Zn等五种重金属污染特征进行了调查，并据1990、2000、2010、2019或2020年4期遥感影像解译结果分析了研究区各类景观的空间演变规律。结果显示：2020年9月、2021年1月、4月及7月钦江、茅岭江、茅尾海、钦州湾表层水中Cr、Cd、Cu、Pb、Zn浓度范围分别为ND—188.67 μg/L、ND—3426.48 ng/L、ND—699.89 μg/L、ND—86.61 μg/L和ND—1237.16 μg/L，除Cd外，其他4种重金属均被监测到超过《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅴ类或《海水水质标准》（GB 3097-1997）Ⅳ类限值；Cr、Cd、Cu、Pb、Zn在2021年1月、4月研究区表层水样品中的浓度均高于其他时期；除Zn外，钦州湾、茅尾海表层水中Cr、Cd、Cu、Pb浓度均高于茅岭江、钦江，且在流域尺度表现为干流大于支流的特征；1990年至2019年间，茅尾海红树林斑块总面积由479.7公顷增长到1477.5公顷，红树林质心不断向北、向西偏移，红树林人工造林特别是无瓣海桑造林对于研究区红树林恢复起到了积极作用；茅尾海红树林斑块总数从1990年的204个增加到2019年的405个，但受自然因素的影响，斑块破碎化现象得到一定缓解；1990年至2020年间，茅岭江、钦江流域汇景观面积呈现出明显的下降趋势，而源景观面积呈现出明显的上升趋势，主要表现为林地、草地面积的减少以及养殖塘、农用地面积的增加。本项目的研究结果可作为平陆运河建设期间流域重金属污染管控的重要参考。建议基于项目调查数据，开展平陆运河开通前后重金属污染评价、生态影响评价相关工作，并构建基于源汇景观理论的流域水质模型。