景观格局与产业结构对黄河干流与支流水质差异的影响机制研究——以甘肃段为例

《Water Resources and Industry》：Different impacts of landscape pattern and industrial structure on water quality in Yellow River’s mainstream and tributary in Gansu, China

本研究针对黄河甘肃段干流与支流水质差异问题，通过分析景观格局指数与社会经济因素对水质指标（TN、NH4+-N、TP、CODMn等）的驱动机制，发现景观聚集度与水质呈正相关，而COVID-19疫情期间生产生活变化显著影响污染物排放。研究成果为黄河流域生态管理提供科学依据。

　　

黄河作为中华民族的母亲河，其水质安全直接关系到流域内数亿人口的饮水安全与生态可持续发展。然而，随着城市化与工业化进程加速，黄河甘肃段干流与支流面临严峻的水污染挑战，尤其是氮磷污染物超标问题突出。以往研究多聚焦于干流水质，对支流的污染特征及驱动机制关注不足，且景观格局与社会经济因素的协同影响尚不明确。此外，COVID-19疫情期间生产生活模式的突变是否为河流水质带来新变化，亦缺乏系统评估。

为破解上述问题，卢志祥团队在《Water Resources and Industry》发表论文，以黄河甘肃段干流与洮河、渭河、泾河、庄浪河等主要支流为研究对象，整合2018-2021年水质监测数据、2020年土地利用数据及社会经济统计资料，通过景观格局指数（如斑块密度PD、聚集度指数AI、香农多样性指数SHDI等）量化空间特征，并结合单因子水质评价法、Pearson相关性分析与冗余分析（RDA），系统揭示了景观破碎化、产业结构和突发公共事件对水质的复合影响机制。

关键技术方法包括：

1. 1.
   基于30米分辨率土地利用数据计算景观格局指数，划定干流5公里、支流3公里缓冲区；
2. 2.
   采用单因子评价法（依据GB 3838-2002标准）判定水质类别；
3. 3.
   运用RDA解析景观指数与水质指标的响应关系；
4. 4.
   结合社会经济数据（GDP、产业比例、人口等）分析人为驱动因素。

3.1 土地利用与景观格局特征

2020年数据显示，甘肃段黄河流域以草地（29.61%）和旱地（20.21%）为主导土地利用类型，建设用地集中于中部城镇区。庄浪河景观破碎化程度最高（PD值最大），泾河景观形状最复杂（LSI值高），而洮河与干流的景观连通性较差（AI值低）。

3.2 水质时空分异规律

渭河、泾河与庄浪河的TN（总氮）和NH₄⁺-N（氨氮）月际波动显著，均值达劣Ⅴ类标准（TN：3.58-11.19 mg/L）；干流与洮河水质相对稳定。2019-2021年，全流域NH₄⁺-N、TP（总磷）和COD_Mn（高锰酸盐指数）总体改善，但TN污染持续严峻，空间变异系数超36%。

3.3 景观格局与水质关联性

RDA表明，景观聚集度（AI、CONTAG）与COD、TN呈正相关，而景观破碎化（PD、ED）和多样性（SHDI）升高会加剧氮磷污染风险。例如，SHDI每增加1单位，TN浓度可能上升0.15 mg/L，说明景观类型越复杂，污染物迁移风险越高。

3.4 社会经济驱动与疫情效应

第一产业（农业）与农村人口规模对NH₄⁺-N、TP贡献显著（r>0.7）；COVID-19期间，兰州段生活污水排放量激增（2020年较2019年增长55%），但工业废水减排与化肥施用量下降（6.51×10⁴吨至6.22×10⁴吨）部分抵消了污染压力。

4.1 讨论：多尺度治理启示

研究强调，干流水质优于支流与城市污水处理能力差异相关；而支流区农业面源污染（如渭河流域耕地占比高）需通过退耕还林与河岸带生态修复调控。景观层面，提升林地-草地连通性可增强污染物截留能力，缓冲人类活动干扰。

5. 结论与展望

黄河甘肃段水质改善成效显著，但TN污染仍是治理难点。未来需结合水文模型与高分辨率污染源数据，量化景观调控与社会经济政策的协同效应。本研究为黄河流域“分区施策”提供了理论支撑，尤其在突发公共事件背景下，揭示了人类活动与自然系统的动态耦合机制。