黄河下游引黄自流灌区土地变化特征与可持续性评价研究

以黄河下游的黑港口、柳园口2个小型引黄自流灌区为案例，充分利用已有的80年代土壤普查、1990-2008年两次土地利用调查、课题组成员研究积累的资料，首先在划定灌区内，选择可对比的典型土地利用/覆盖地块，采集土壤样品，测定土壤粒级、CNP等养分；运用地理信息系统集成技术和遥感制图技术，以10年为间隔，分析灌区1980-2010年土地变化的时空特征，提炼灌区特有的地方尺度土地变化机理与规律。然后，结合灌区部门的长期记录，调查灌区用水方式、定位观测特定时段的温、湿、水等指标，进一步理清区内灌於、浑水灌、清水灌等不同原因引发的土地变化对生态系统影响；并按可持续性科学的要求，用创新的多功能土地利用（MLU）理论，开展灌区土地变化的可持续性影响评价(SIA），探求地方尺度灌区在快速发展、全球变化背景下，节水少肥增产的土地可持续利用集成技术体系。

本研究以黑岗口、柳园口灌区为研究对象，以具有代表性的临近黄河四乡为研究区，以1988、2001、2011为时间节点分析研究区土地变化的时空分异规律；并运用化学分析、GIS技术和数理统计等分析方法，分析了引黄灌区内土壤重金属的含量、分布、类型、污染以及积累特征，探讨了土壤重金属污染因素，总结了引黄灌溉自流灌区内土地变化对土壤重金属污染的影响规律，对灌区未来土地利用变化、重金属含量和分布进行了模拟与预测。研究主要结论如下：.（1）20多年来研究区土地变化明显，农用地面积减少，城镇建设用地面积增加。农用地、滩涂、水域面积减少，城镇建设用地、工矿用地面积增加的态势。总量面积变化较大的土地利用类型有农用地、农村居民点；其次是城镇建设用地、水域和滩涂；工矿用地变化量相对较小。各土地类型间转入、转出频繁。城镇建设用地面积总量相对变化幅度较大，动态度最大，变化量和速度都是很大的，区域土地利用综合程度指数有一定增长。未来40年里，农用地面积将持续减少，滩涂面积也将小幅度减少；城镇建设用地的面积将持续增加，继续向研究区北部和西部扩展，水域和工矿用地有小幅度增加，总体趋势以建设用地的空间扩张、农用地的流失为特征。.（2）交通是造成研究区重金属污染的主要原因，Hg、Cd是整个研究区主要的重金属污染元素，存在较强的生态风险，且西南区域和南部重金属含量较高，并人为活动与区域因素的共同影响。水域作为污染传播的一个载体也是造成大面积连续污染的原因之一。.（3）运用情景预测模型，比照2011年土壤重金属含量平均值和污染面积分别预测了2021年研究区土壤中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、Pb、Hg、As等8种重金属含量、污染面积及分布趋势。结果表明研究区内各土壤重金属含量及污染面积在乐观、无突变和悲观三种情景下所预测的结果存在差别显著，不同情景背景下土壤重金属含量和分布有较大差异。.（4）从区域可持续水平等级结构来看，研究区可持续状况以基本可持续和全面可持续为主，基本可持续和全面可持续水平面积逐渐增长；不可持续面积逐步减少。从空间分布上看，三个时期的可持续水平等级分布趋势大致相同，由北向南逐级递减。全面可持续的区域主要分布在农用地、滩涂和水域，在研究区的北部地区；靠近城市的研究区南部三个时期的可持续发展水平比较低，这个区域主要分布在城镇建设用地范围内。从时间动态上看，研究区可持续水平趋向好的方向发展。