土地利用类型对渭河流域关中段地表水硝酸盐污染的影响

张 妍,毕直磊,张 鑫,宋进喜,李 楠

西北大学城市与环境学院陕西省地表系统与环境承载力重点实验室, 西安 710127

1 材料与方法

1.1 研究区概况

渭河位于中国的西北地区,发源于今甘肃省定西市渭源县的鸟鼠山,主要流经今甘肃省、陕西省,在潼关县港口镇汇入黄河。渭河流域关中段(32.77°—36.09°N、105.86°—111.55°E),主要流经关中平原,北岸为地势较为平缓的渭北高原,南岸为地势较陡的秦岭山脉,中部为地势低平的渭河谷地。流域内有着包括山地、黄土坮塬、丘陵和平原等地貌类型在内的复杂多样的地形地貌,地势西高东低。土壤类型以黄绵土、褐土、灰褐土为主。气候类型为大陆性季风气候,属于暖温带半湿润半干旱的气候带。年平均气温在7.8℃到13.5℃之间。全年渭河流域降雨分布规律为南多北少、西多东少,降雨量在350—700mm之间[19]。

渭河流域支流众多,水系分布呈扇形,属不对称水系。南岸支流包括石头河、黑河、灞河、沣河等(图1)。南岸支流发源于秦岭山区,主要表现为水清、源短、流急,主要流经山区,比降较大,水流较为湍急,水资源较为丰富。渭河北岸分布着许多较大支流,包括千河、金陵河、泾河、北洛河等。北岸支流发源于黄土高原和丘陵地带,比降偏小,水流含沙量大,尤其是渭河的最大支流泾河的年均径流量约为15.33×108m3[20]。

关中段渭河流域的土地利用类型分为耕地、林地、草地、水域、城乡/工矿/居民用地和未利用地6类(图2)。土地利用方式影响污染物的排放和传输过程,对河流水质具有重要影响。不同分布格局下的土地利用方式会对水环境污染产生不同的影响。

图1 研究区位置及样点分布图 (S1—S34表示采样点) Fig.1 Location of the study area and distribution of surface water sampling sites (S1—S34 represent sample sites)

图2 渭河流域关中段土地利用类型 (W1—W13表示子流域)Fig.2 Land-use types in the Weihe River basin in Guanzhong area in the Weihe River basin (W1—W13 represent subwatershed)

1.2 子流域划分

基于研究区的DEM数据(DEM为中国科学院计算机网络信息中心ASTER GDEM 30米分辨率高程数据),利用Arcgis10.2.1中的水文分析模块根据河流的流向、流量及河流长度等地形因素,将渭河流域关中段划分为13个子流域(图2)。

1.3 样品的采集与分析

1.4 数据分析与统计

实验数据采用SPSS16.0做描述性统计,采用ArcGIS10.1进行空间分析,使用Sigmaplot10.0软件作图。

2 结果与讨论

研究区地表水各项基本水质理化见表1。pH值范围在6.5—8.9之间,均值为8.2。EC值的范围为185—2317 μS/cm,平均值为1007 μS/cm。一般情况下,未受污染的水体其EC值通常小于300 μS/cm,随着人类活动的作用EC值会明显增高(金赞芳等, 2004)。可见研究区地表水人类活动的影响较大。ORP范围为3.7—97.4 mV,平均值为50.4 mV。说明地表水总体呈一定的氧化性。DO的范围为4.6—12.9 mg/L,平均值为9.8 mg/L。当水中DO含量大于2 mg/L时,不适合发生反硝化作用[22]。

表2 地表水硝酸盐含量的统计特征

图3 地表水硝酸盐空间分布图 (S1—S34表示采样点；W1—W13表示子流域)Fig.3 Spatial distribution of nitrate concentrations in surface water (S1—S34 represent sample sites; W1—W13 represent subwatershed)

图4 地表水中δ15N与的关系 (S1—S34 表示采样点) Fig.4 The plot between δ15N and in surface water (S1—S34 represent sample sites)

图5 地表水水质指标与土地利用类型的RDA 分析 Fig.5 Redundancy analysis for water quality indexes of surface water and land-use types

图6 不同子流域土地利用百分比Fig.6 Percentage of land-use types in different watersheds

表3 土地利用类型与硝酸盐含量的相关性

*表示相关性达到 0.05水平

图7 地表水硝酸盐的δ15N频数分布Fig.7 Histograms of δ15N of nitrate in surface water

图8 地表水硝酸盐的氮同位素空间分布图 (S1—S34表示采样点；W1—W13表示子流域)Fig.8 Spatial distribution of nitrogen isotope of nitrate in surface water (S1—S34 represent sample sites; W1—W13 represent subwatershed)

3 结论