近年來，水環(huán)境問題日益突出，土地利用作為人類生活的產(chǎn)物，對水環(huán)境具有重要影響。研究土地利用與水質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)系，對優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)和水資源的可持續(xù)利用具有重要意義。目前，已經(jīng)有很多學(xué)者對土地利用和水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)不同土地利用類型對水質(zhì)參數(shù)的影響不同，不同空間尺度的土地利用方式對水質(zhì)參數(shù)的影響也不同。

有很多學(xué)者從流域尺度和河岸帶緩沖區(qū)尺度對土地利用與水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)小流域尺度的土地利用方式對水質(zhì)參數(shù)的影響大于緩沖區(qū)。蔡瑩等通過對河岸帶建立不同尺度緩沖區(qū)來研究土地利用對河流水質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)100m緩沖區(qū)尺度的土地利用方式對水質(zhì)的影響最為顯著，且水域和建設(shè)用地對水質(zhì)的影響最為顯著。隨著數(shù)學(xué)統(tǒng)計方法的運(yùn)用，單因素方差分析、多維尺度分析、模糊綜合評價、判別分析等多元統(tǒng)計方法也為土地利用與水質(zhì)參數(shù)的多角度分析提供了科學(xué)依據(jù)。

然而，不同地區(qū)由于自然屬性不同，土地利用結(jié)構(gòu)對水質(zhì)參數(shù)的影響仍存在很多不確定性。今基于全國水質(zhì)監(jiān)測站點和Landsat8OLI數(shù)據(jù)來研究全國地表水水質(zhì)狀況和不同尺度緩沖區(qū)內(nèi)土地利用對水質(zhì)參數(shù)的響應(yīng)情況，為水環(huán)境的保護(hù)和管理，以及土地利用的開發(fā)提供參考依據(jù)。

1數(shù)據(jù)與方法

1.1數(shù)據(jù)源

采用中國環(huán)境監(jiān)測總站每天實時公布的國家地表水水質(zhì)自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括pH值、高錳酸鹽指數(shù)(IMn)、溶解氧(DO)和氨氮(NH3-N)4項水質(zhì)參數(shù)指標(biāo)和水質(zhì)類別信息。時間為2018年11月—2019年4月，共選用50個水質(zhì)監(jiān)測站點的數(shù)據(jù)，主要分布在海河、黃河、松花江、長江、淮河、遼河、珠江等水系。遙感影像數(shù)據(jù)為2019年Landsat8OLI數(shù)據(jù)，下載于美國地質(zhì)勘探局(http://glovis.usgs.gov)。由于土地利用變化相對緩慢，文中選取的影像基本能反映水質(zhì)數(shù)據(jù)選取時間段內(nèi)的土地利用結(jié)構(gòu)特征。

1.2研究方法

先對水質(zhì)數(shù)據(jù)作異常值剔除和統(tǒng)計，研究各個站點水質(zhì)參數(shù)的時空變化特征。水質(zhì)類別評價以《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB3838—2002)為依據(jù)。根據(jù)水質(zhì)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果選取10個水質(zhì)監(jiān)測站點建立不同尺度緩沖區(qū)。對遙感影像做輻射定標(biāo)、大氣校正，利用最大似然分類法進(jìn)行解譯。土地利用類型分為建設(shè)用地、農(nóng)業(yè)用地、水域、林地和其他5類，并對分類結(jié)果作精度評價。其分類Kappa系數(shù)均在0.9以上，總分類精度均在90%以上。然后提取不同尺度緩沖區(qū)內(nèi)各土地利用類型的面積，并計算面積大小，分析各站點土地利用特征，最后對土地利用與水質(zhì)參數(shù)作相關(guān)性分析。通過趨勢對應(yīng)分析和梯度計算發(fā)現(xiàn)，排序軸最大梯度值＜3，故選用線性排序模型冗余分析方法來探討土地利用方式對多個水質(zhì)參數(shù)變異的解釋能力。

2結(jié)果與討論

2.1水質(zhì)參數(shù)

時空變化特征圖1(a)—(d)為研究期間50個水質(zhì)站點4項水質(zhì)參數(shù)質(zhì)量濃度分布。由于個別站點IMn和NH3-N數(shù)據(jù)缺失，為了保證一致性，缺失數(shù)據(jù)用0表示，且不參與討論。由圖1可見，pH值除了個別站點的最大值、最小值超標(biāo)外，其余均處于6～9標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，遼寧營口遼河公園箱體和四分位線最長。大部分站點IMn指標(biāo)屬于Ⅱ、Ⅲ類，湖北宜昌南津關(guān)除最大值外，其余值均低于Ⅰ類限值，遼寧盤錦IMn指標(biāo)為Ⅳ、Ⅴ類，其箱體和四分位線最長，變異程度比較大。

除了浙江嘉興王江涇DO指標(biāo)高于Ⅱ類外，其余站點基本均在Ⅰ～Ⅱ類之間，其中遼寧撫順大伙房水庫、黑龍江同江、江蘇泗洪大屈、安徽安慶皖河口、安徽滁州小柳巷、湖北宜昌南津關(guān)、四川瀘州沱江二橋、山東濟(jì)南濼口、河南濟(jì)源小浪底、湖北武漢宗關(guān)站點DO平均值包括最小值都高于Ⅰ類限值，內(nèi)蒙古呼倫貝爾黑山頭、浙江嘉興王江涇、安徽亳州顏集、河南駐馬店班臺DO最小值屬于Ⅴ類，遼寧盤錦興安箱體最長，變異程度相對較大。大部分站點NH3-N指標(biāo)屬于Ⅱ類，遼寧盤錦興安、遼寧營口遼河公園、浙江嘉興王江涇、安徽阜南王家壩、江西南昌滁槎、河南信陽淮濱水文站、河南駐馬店班臺站點NH3-N指標(biāo)為Ⅲ類或高于Ⅲ類，除遼寧營口遼河公園外，其余站點箱體和四分位線均比較集中，變異程度較小。總體來說，4項水質(zhì)參數(shù)的中位值與平均值比較吻合。

個別站點的箱體和四分位線較長、數(shù)據(jù)較分散、中位值與平均值不吻合，原因可能是由于該類站點存在相對于整個箱體而言較大的最大值，使得平均值遠(yuǎn)超過中位值。統(tǒng)計180d的水質(zhì)類別數(shù)據(jù)，各站點5類水質(zhì)類別的天數(shù)占比見圖2。由圖2可見，水質(zhì)最好的站點是四川攀枝花龍洞，Ⅰ類達(dá)到80%以上，Ⅱ類在10%左右;其次是廣西桂林陽朔，Ⅰ類達(dá)到65%，Ⅱ類為30%左右;其余大部分站點Ⅱ類占主要部分，Ⅲ、Ⅳ類占一小部分，Ⅴ類幾乎沒有。內(nèi)蒙古呼倫貝爾黑山頭、黑龍江同江、江蘇盱眙、浙江嘉興王江涇、江西南昌滁槎、山東臨沂澇溝橋、河南永城黃口、河南周口鹿邑付橋閘、河南駐馬店班臺和安徽的大部分站點水質(zhì)相對較差，以Ⅲ、Ⅳ類為主，其中河南永城黃口Ⅳ類高達(dá)50%以上，浙江嘉興王江涇Ⅳ類達(dá)到40%。遼寧盤錦興安和遼寧營口遼河公園水質(zhì)最差，Ⅴ類占50%左右。

計算全國50個水質(zhì)監(jiān)測站點IMn、DO和NH3-N6個月的質(zhì)量濃度平均值并判別其所屬的水質(zhì)類別。從空間分布來看，3種水質(zhì)參數(shù)濃度在全國分布比較均勻，DO指標(biāo)基本處于Ⅰ類，IMn和NH3-N指標(biāo)基本處于Ⅰ、Ⅱ類，水質(zhì)狀況良好。僅淮河流域安徽與河南省界交匯處IMn濃度較高，屬于Ⅲ類水質(zhì)，遼河入?？谔嶪Mn和NH3-N濃度最高，屬于Ⅳ類水質(zhì)。

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