土地利用/覆被变化对Bosomtwe湖水质的影响：基于遥感和水文分析的综合评估

《Scientific African》：Effects of Land Use/Cover Change on the Water Quality of Lake Bosomtwe

本研究针对加纳Bosomtwe湖流域土地利用变化对水质的影响问题，通过遥感解译和实地采样，揭示了2000-2015年间封闭森林减少26.0%与硝酸盐、BOD和总大肠菌群浓度升高的关联性，为联合国教科文组织生物圈保护区的可持续管理提供科学依据。

　　

在加纳阿散蒂地区，有一片被称为"上帝之眼"的独特水域——博索姆特维湖。作为加纳唯一的天然内陆湖和联合国教科文组织生物圈保护区，这片火山口湖不仅承载着丰富的生物多样性，更是周边22个社区数万居民生计的重要依托。然而，随着人口增长和经济发展，湖周流域的土地利用格局正在发生剧烈变化，这些变化如何影响湖水质量，成为摆在当地居民和管理者面前的现实难题。

以往的研究多集中于该湖的水文平衡和地球化学特征，但对土地利用/覆被变化与水质动态关系的认知仍存在空白。这正是库马西理工大学土木工程系研究团队开展本项研究的出发点。他们意识到，厘清土地利用变化与水质参数间的内在联系，对制定该重要水资源的可持续管理策略具有紧迫意义。相关成果已发表在《Scientific African》期刊。

研究团队采用了多学科交叉的研究方法。在土地利用分析方面，他们从美国地质调查局获取了2000、2005、2010和2015四个时期的Landsat 7卫星影像，利用QGIS软件进行大气校正和辐射定标，采用监督最大似然法进行土地利用分类。在水质分析方面，研究者在湖面布设12个采样点，于2018年2月采集水样，实验室分析了pH、总大肠菌群、硝酸盐和BOD等关键参数。

土地利用/覆被变化分析结果显示，2000-2015年间，博索姆特维湖流域经历了显著的景观格局转变。封闭森林面积从53.58平方公里（占流域51.4%）减少至26.49平方公里（25.4%），降幅达26.0%。与此同时，开放森林和低植被面积分别增加了22.8%和2.3%。这种变化主要归因于农业扩张和居民点建设，特别是2005-2010年间，封闭森林的年变化率高达-0.111%，显示该时期 deforestation 活动尤为剧烈。精度评估表明，2015年土地利用分类图的总体精度达到94.9%，用户精度和生产者精度分别在85.7%-100%和75.3%-100%之间，保证了数据的可靠性。

水质分析结果揭示了令人担忧的趋势。与2014年的基准数据相比，2018年湖水多项指标显著恶化：pH值从8.9升至9.55，超出加纳水资源委员会和环境保护局规定的6-9的标准范围；总大肠菌群从3.5×10⁴counts/100ml增至5.53×10⁴counts/100ml，增幅58%；BOD（生化需氧量）从2.93 mg/L升至4.15 mg/L，增幅41.64%；硝酸盐浓度从0.73 mg/L增至1.35 mg/L，增幅高达84.93%。空间分析显示，靠近居民点的采样点（如1、9、11、12号点）水质参数普遍较差，表明人类活动是污染的主要来源。

讨论部分将土地利用变化与水质恶化建立了直接联系。森林覆盖减少导致流域保水能力下降，加剧了地表径流和土壤侵蚀，使农业活动产生的肥料残留、畜禽粪便和生活污水更易进入湖体。这解释了硝酸盐和BOD升高的现象，而总大肠菌群增加则直接指向污水处理设施缺乏的问题。值得注意的是，虽然硝酸盐和BOD的绝对值尚未超过 guideline 限值（分别为6 mg/L和30 mg/L），但其快速增长趋势预示着潜在的富营养化风险。

研究结论强调，博索姆特维湖流域的土地利用变化与水质恶化存在明确关联，迫切需要采取干预措施。这包括实施 reforestation 计划、建立 riparian 缓冲带、推广可持续农业实践以及改善 wastewater 处理设施。这些发现不仅对博索姆特维湖的保护具有直接指导意义，也为面临类似压力的热带湖泊管理提供了可借鉴的案例。

研究的局限性在于水质采样仅代表旱季状况，未来需要 multi-seasonal 监测以全面掌握水质动态。尽管如此，这项研究为理解土地利用变化对水生生态系统的影响提供了宝贵数据，凸显了在发展中国家推进环境可持续管理的紧迫性。