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典型岩溶农业区地下水质与土地利用变化分析_以云南小江流域为例_蒋勇军_图文

第 61 卷 第 5 期 2006 年 5 月

地 理 学 报
ACTA GEOGRAPHICA SINICA

Vol.61, No.5 May, 2006

典型岩溶农业区地下水质与土地利用变化分析
— —— 以云南小江流域为例 蒋勇军 1, 2, 袁道先 1, 2, 4, 谢世友 1, 李林立 1, 2, 张 贵 3, 何绕生 3
(1. 西南大学资源与环境科学学院 , 重庆 400715 ; 2. 西南大学岩溶环境与石漠化治理研究所 , 重庆 400715 ; 3. 云南省地质调查院 , 昆明 650041 ; 4. 中国地质科学院岩溶地质研究所 , 国土资源部岩溶动力学开放研究实验室 , 桂林 541000)

摘 要 : 以 云 南 省 泸 西 县 小 江 典 型 岩 溶 农 业 流 域 为 研 究 单 元 , 利 用 1982 和 2004 的 地 下 水 质 数 据及 1982 的航片和 2004 年的 TM 影像 , 在 GIS 支持下 , 研究其 20 年来的地 下 水 质 的 时 空 变 化及原因。结果表明 : 20 年 来 流 域 地 下 水 质 在 时 间 、 空 间 分 布 上 均 发 生 较 大 的 变 化 ; 流 域 耕 地扩张和大量化肥、 农 药 使 用 带 来 的 非 点 源 污 染 , 造 成 地 下 水 中 的 NH4 、 SO4 、 NO3 、 NO2 、
+ 2- - - -

Cl 离子含量及 pH 值、总硬度、总 碱 度 明 显 升 高 并 超 标 , 而 林 地 减 少 或 林 地 质 量 的 下 降 , 土
地 发 生 石 漠 化 时 , 地 下 水 中 的 Ca 、 HCO3 浓 度 明 显 降 低 , 同 时 , 地 下 水 各 指 标 的 空 间 变 化 与土地利用空间格局的变化表现出动态一致性。 关键词 : 地下水质 ; 土地利用 ; 岩溶农业区 ; GIS ; 小江流域
2+ -

岩溶地区由于特殊的岩溶地质环境 , 水、土等生态环境十分脆弱 , 随着岩溶区人口 的 迅 速 增 加 及 社 会 、 经 济 的 迅 速 发 展 , 区 域 人 口—资 源—环 境 之 间 的 矛 盾 越 来 越 突 出 , 作为人类活动的综合反映—土地利用 / 土地覆被变化加剧了其脆弱性 [1-6], 而土地利用 / 土 地覆被变化是全球环境变化的重要组成部分和主要原因之一 [7]。岩溶区由于地表、地下双 层结构的存在 , 地表水与地下水的相互转化迅速 ; 而很薄或缺乏土壤层的覆盖 , 使得对 地表水的过滤作用、净化作用相当弱 , 导致地下水十分容易遭受污染 [8]。 已有的研究成果表明人类不合理的土地利用对岩溶水质造成极大的影响 , 如岩溶区 森林采伐导致地下水中 Ca2+、 Cl- 离子以及硝酸盐的浓度明显升高 [9, 10], 随着森林中营养物 质的释放 , 导致地下水中营养物质增多造成地下水质的污染[11]; 农业用地的扩张以及集约 农业的发展 , 导致岩溶地下水的矿化度增大 , 引起岩溶地下水的盐化和碱化 [12-14], 化肥和 杀虫剂的大量使用引起地下水中硝酸盐、硫酸盐浓度升高[15-22]和杀虫剂、六六六、 DDT 等 含量显著增加 [23]; 工业化和城市化发展产生的 “三废” , 引起岩溶地下水的酸化以及地下 水中氮、磷酸盐、氯化物、硫酸盐、重金属、有机溶剂、大肠菌等污染物的增加 , 造成 地下水的污染 [24-28]。但目前国内的相关研究则少 [5, 6], 且主要集中于土地利用某种类型的变 化导致水质变化的研究较多 , 而对区域土地利用类型的组合变化对水质的影响研究较少 ; 同时 , 研究的尺度主要集中于单个水点或地块的空 间 尺 度 , 从 点 到 面 ( 如 流 域 或 更 大 区
收稿日期 : 2005-11-28; 修订日期 : 2006-02-18 基金项目 : 西南大学博士基金项目(SWNUB2005035); 西南大学自然地理学重点学科开放基金项目(250-411109); 重庆市

科 委 项 目 (20027534; 20048258); 国 土 资 源 部 项 目 (200310400024) [Foundation: D octorate Foundation of Southwest University, No.SWNUB2005035; Open Foundation of Physical Geography of Southwest University, No.250-411109; Foundation of Science and Technology Committee of Chongqing, No.20027534; No.20048258; The project of Ministry of Land and Resources, No.200310400024]
作 者 简 介 : 蒋勇军 (1968-), 男, 湖南益阳人, 副教授, 博士, 主要从事资源环境与 GIS 应用等方面的研究。

E-mail: jiangjyj@swu.edu.cn

471-481 页

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域 ) 的尺度转换没有得到普遍的关注。因此 , 从流域的角度研究我国岩溶农业区人类活动 对地下水质的影响具有重要的理论意义和实用价值。



研究区概况

小江流域位于云南省东南部泸西县 , 东经 103o32' ̄104o00' , 北纬 24o12' ̄24o45' , 面积 1034km2, 小江河为珠江支流南盘江左岸一级支流 ; 气候为旱、雨两季分明的亚热带高原 季风气候 , 多年平均气温 15.2 oC , 多年平均降水量 966.8mm , 流域出露地层以中生界三 叠系的地层为主 , 其中碳酸盐岩面积 616.5 km2, 占流域面积的 59.62% , 为一典型岩溶流 域 ; 土壤以红 壤 为 主 , 面 积 730km2。 2003 年 流 域 总 人 口 22.7 万 , 其 中 农 业 人 口 20 万 , 占 总 人 口 的 87.9% ; 2003 年 流 域 国 内 生 产 总 值 3.34 亿 元 , 其 中 农 牧 业 生 产 总 值 2.27 亿 元 , 占流域国民生产总值的 67.96% ; 农产品以水稻、玉米、烤烟为主。因此 , 流域是以 种植业为主的典型岩溶农业区。



数据来源与研究方法
1982 年地下水质 数 据 来 源 于 1:200000 水 文 地 质 图 和 监 测 数 据 , 共 70 个 监 测 点 ( 图

图例
两期重合地下水监测点 1982 年地下水监测点 2004 年地下水监测点 林地转变为耕地 未利用地转变为耕地 未利用地转变为林地 耕地转变为建设地 未变耕地 未变林地 小江河

图 1 小江流域地下水监测点分布图 Fig. 1 The distribution of monitoring points of groundwater in Xiaojiang watershed

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1) ; 2004 年的地下水质监测点根据流域土地利用及变化选取 61 个 , 两期对应水点 40 个 ,
分别 于 旱 季 、 雨 季 取 样 在 实 验 室 分 析 得 到 水 质 结 果 , 水 化 学 分 析 包 括 全 分 析 和 简 分 析 , 分析方法按照国家标准进行 , 其中林地转变为耕地 12 个 水 样 , 未 利 用 地 转 变 为 耕 地 11 个水样 , 耕地转变为建设地 3 个 , 未利用地转变为林地 4 个 , 长期为耕地的 7 个 , 长期 为林 地 的 3 个 。 水 质 变 化 分 析 首 先 根 据 两 期 地 下 水 质 分 析 结 果 进 行 单 指 标 的 对 比 分 析 , 然后 , 在 Arcgis 支持下 , 通过空间插值 (Kriging) 分析得到各指标的空间分布。 土地利用数据 根 据 《全 国 土 地 利 用 现 状 调 查 技 术 规 程 》 规 定 的 土 地 利 用 分 类 系 统 , 通过转绘、解译流域 1982 年的航片和 2004 年的 TM 影像 , 并经过野外的详细调查 , 得 到流域 1982 和 2004 年 1:50000 的土地利用数据 , 考虑到数据的操作方便 , 将流域土地利 用分为耕地、林地、园地、水域、未利用地、建设用地 6 个一级类型 ; 数据获取、分析 处 理 分 别 在 Erdas 、 Arcgis 和 MapInfo 等 软 件 中 完 成 。 其 它 数 据 来 源 于 1:50000 地 形 图 、 1982 ̄2004 年统计年鉴、土地志、农业志及实地调查等。



结果与讨论

3.1 地下水质的时间变化
对流域两期地下水各指标统计分析 , 发现各指标发生较大变化 ( 图 2) 。 20 年来 , 流 域地下水的 pH 值、 Mg2+、 NH4 、 SO4 、 NO3 、 NO2 、 Cl- 离子值以及总硬度、总碱度表现 为升高 , 分别升高 0.58 、 5.35 、 1.43 、 35.57 、 26.22 、 0.63 、 11.32 、 42.81 、 22.06mg/L; 而
+ 2- - -

Ca2+、 HCO3 离子值呈降低趋势 , 分 别 降 低 4.19 、 14.36 mg/L; pH 值 及 Cl-、 SO 4 、 NH 4 、 NO3 、 NO2 离子含量出现超标现象 , 其中 NH4 、 NO3 、 NO2 离子严重超标 , 绝大部分监测
水点中的含量达到 V 类地下水的含量。 3.2 流域地下水质变化分析 在 GIS 支持下 , 对两期土地利用图进 3.2.1 土地利用类型变化与地下水质变化的关系 行矢量叠加分析 , 得到流域 20 年来的土地利用变化情况。 20 年来流域土地利用变化的总 面积为 610.12km2, 占流域总面积的 59% ; 土地利用变化的类型主要是未利用地、林地向 耕地的转化 , 变化面积分别为 210km2、 134.29km2, 以及未利用地向林地的转化 , 其变化 面积 131 km2, 三种土地利用类型变化占流域土地利用变化总面积的 77.8% ; 建设用地增 加 71.8%[4]。 从 1982 、 2004 年 40 个对应地下水由于土地利用变化造成地下水各指标的变化情况 看 ( 图 3) , 不 同 土 地 利 用变化对地下水的影响程 度不一样。 (1) 林 地 转 变 为 耕 地 后地下水质的变化 林地 转变为耕地后 , 地下水的
50 40 30 20 ? ? ? ¤ ? ? § 10
- HCO33



2-













Mg2+、 NH4 、 SO4 、 NO3 、 NO2 、 Cl- 离子含量及 pH
值、总硬度、总碱度呈明 显 升 高 趋 势 , 而 Ca2+、




2-



mg/L?

Cl- Cl-

0 -10 -20

? ? ?

SO42SO4

NH4+ NH4

NO2NO2

NO3NO3

Mg2+ Mg2+

Ca2+ Ca2+



2-





HCO3 离子含量则表现为



图 2 1982-2004 年小江流域地下水指标的变化
Fig. 2 The change of the groundwater indices from 1982 to 2004 in Xiaojiang watershed

? ? ?

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降 低 趋 势 ( 图 3) 。 20 年 来 , 12 个 地 下 水 监 测 点 的 pH 值 平 均 升 高 0.79 , Mg2+、 NH 4 、

SO 4 、 NO 3 、 NO 2 、 Cl- 离 子 含 量 分 别 升 高 16.34 、 0.58 、 48.16 、 23.28 、 0.25 、 6.96mg/L,
而 Ca2+、 HCO3 离子含量分别降低 14.98 、 52.74mg/L; 其中 NH4 、 NO3 、 NO2 离子含量出 现严重超标现象 , 绝大部分监测点中的含量达到 V 类地下水的含量。 林地转变为耕地后 , 由于植被的清除 , 在雨水的冲刷下极易造成土壤内吸附离子的 流失而进入地下水中 ; 林地转变为耕地后 , 土层变薄 [5]使土壤对污染物质的过滤作用减少
- + - -

2-





图 3 小江流域 1982-2004 年地下水质变化与土地利用变化
Fig. 3 The groundwater quality change and land use change from 1982 to 2004 in Xiaojiang watershed

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或丧失 , 导致污染物沿着溶蚀裂隙、管道等迅速下渗至地下水中 ; 同时大量化肥、农药 的使用是非点源污染的主要来源 [30, 31], 这样造成流域地下水中 NH4 、 SO4 、 NO3 、 NO2 、
+ 2- - -

Cl- 等离子含量的升高 , 导致地下水质的恶化。
同时 , 林地转变为耕地后 , 由于植被的清除 , 生物作用的强度降低 , 土壤和地下水 中 CO2 含量减少 , 岩溶作用减弱 [29], 导致地下水中的 Ca2+、 HCO3 浓度降低 ; 由于差异溶 蚀的作用 , 地下水中 Ca2+ 浓度降低时 , 对 Mg2+ 的溶蚀能力增强 , 导致地下水中 Mg2+ 浓 度的升高。 (2) 未利用地转变为耕地后地下水质的变化 未利用地转变为耕地后 , 地下水质的变 化趋势与林地转变为耕地后地下水质的变化相同 , 也表现为地下水的 Mg2+、 NH4 、 SO4 、
+ 2- - - - -

NO3 、 NO2 、 Cl- 离子含量及 pH 值、总硬度、总碱度升高 , 而 Ca2+、 HCO3 离子含量降低 ( 图 3) 。 20 年来 11 个地下水监测点的 pH 值平均升高 0.82 , Mg2+、 NH4 、 SO4 、 NO3 、 NO2 、 Cl- 离子含量分别升高 8.95 、 0.31 、 34.79 、 21.92 、 0.12 、 12.89mg/L, 而 Ca2+、 HCO3 离子
含量分别降低 9.99 、 42.84mg/L;
- + - - + 2- - -

NH4 、 NO3 、 NO2 离子含量也严重超标 , 绝 大 部 分 监

测点中的含量达到 V 类地下水的含量。 由于流域 1982 年的未利用地主要为荒草地和灌丛等 , 因此 , 未利用地转变为耕地对 地下水质的影响与林地转变为耕地对地下水质的影响相似 , 只是其变化的幅度存在差异 , 可能与其过去的土地利用相关。如 Ca2+、 HCO3 离子含量降低幅度比林地转变为耕地时的 降低幅度要低, 因为林地生物作用强度相对于荒草地和灌丛等覆盖要大, 土壤、水中 CO2 含量高 , 地下水的溶蚀能力强 , 而转变为耕地后随着生物作用强度的降低 , CO2 含量 迅速下降 , 其溶蚀能力随之下降 , 造成 Ca2+、 HCO3 离子含量降低幅度大。
- -

(3) 未 利 用 地 转 变 为 林 地 后 地 下 水 质 的 变 化
- 2- - - +

未利用地转变为林地后, 地下水的

Ca2+、 HCO3 、 SO4 、 NO3 、 Cl- 离子含量及总硬度、总碱度呈明显升高趋势 , 而 pH 值和 Mg2+ 离子含量则表现为降低趋势 ; NO2 、 NH4 基本都没有检出 ( 图 3) 。 20 年来 , 地下水
的 Ca2+、 HCO 3 、 SO 4 、 NO 3 、 Cl- 离 子 含 量 及 总 硬 度 、 总 碱 度 分 别 升 高 10.26 、 30.74 、
- 2- -

11.32 、 18.01 、 11.08mg/L, 而 pH 值和 Mg2+ 离子含量分别降低 0.20 个单位和 1.83 mg/L。 未利用地转变为林地后 , 由于植被的恢复增加了生物作用的强度 , 从而使得土壤和地 下水中的 CO2 含量增加 , 岩溶作用加强 [29], CO2 进入水中发生碳酸盐的溶解作用 , 导致地
下水的 pH 值降低和 Ca2+、 HCO3 浓度增加 ; 而 Ca2+- 浓度的增加抑制 了 Mg2+ 的 溶 解 , 造 成 地 下 水 中 Mg2+ 浓 度 的 降 低 ; 同 时 由 于 植 被 的 恢 复 , 土 壤 中 有 机 质 、 氮 等 含 量 相 应 增 加 , 造成地下水中 NO3 、 SO4 、 Cl- 浓度的升高。
- 2- -

(4) 耕 地 转 变 为 建 设 地 后 地 下 水 质 的 变 化
- + 2- - - + - -

耕 地 转 变 为 建 设 地 后 , 地 下 水 的 Ca2+、

Mg2+、 HCO3 、 NH4 、 SO4 、 NO3 、 NO2 、 Cl- 离子含量及 pH 值、总硬度、总碱度都呈明
显升高趋势 , 其中 pH、 NH4 、 NO3 、 NO2 离子含量严重超标 , 地下水质明显恶化 ( 图 3) 。
- + 2- - -

20 年来 , 地下水的 Ca2+、 Mg2+、 HCO3 、 NH4 、 SO4 、 NO3 、 NO2 、 Cl- 离子含量分别升高 16.90 、 6.90 、 84.99 、 0.50 、 46.04 、 59.94 、 0.91 、 50.00mg/L, pH 值 、 总 硬 度 、 总 碱 度 分 别升高 1.47 、 133.42 mg/L、 112.59 mg/L。

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耕地转变为建设地后人类影响强度更加剧烈 , 居民生活污水、垃圾等带来的污染物 沿 管 道 、 裂 隙 等 渗 入 或 直 接 排 泄 到 地 下 水 中 , 造 成 地 下 水 pH 值 及 NH 4 、 NO 3 、 NO 2 、
+ - - 2-

SO4 、 Cl- 浓度升高 , 导致地下水质的恶化 ; 同时 , 由于人口密集及生活污水、垃圾等产
生 大 量 的 CO2, 造 成 地 下 水 中 HCO 3 浓 度 增 加 , 水 的 溶 蚀 能 力 增 强 , Ca2+、 Mg2+、 总 硬 度、总碱度浓度相应升高。 (5) 长期耕地、林地下地下水质的变化 长期耕地、林地处尽管土地利用类型没有发 生变化 , 但由于人类活动强度的增加 , 地下水质也发生了极大的变化 ( 图 3) 。 长期耕地处 地 下 水 的 Ca2+、 Mg2+、 NH 4 、 HCO 3 、 SO 4 、 NO 3 、 NO 2 、 Cl- 离 子 含 量 及
+ - 2- - - -

pH 值、总硬度、总碱度呈明显升高趋势。 20 年来 , 7 个地下水监测点的 pH 值平均升高 0.92 , Ca2+、 Mg2+、 NH4 、 HCO3 、 SO4 、 NO3 、 NO2 、 Cl- 离子含量及总硬度、总碱度分别 升 高 15.93 、 3.11 、 0.48 、 24.08 、 48.75 、 31.44 、 0.32 、 12.91 、 36.11 、 16.59mg/L; 其 中 NH4 、 NO3 、 NO2 离子含量出现严重超标现象 , 绝大部分监测点中的含量达到 V 类地下水
的含量。地下水的 NH4 、 SO4 、 NO3 、 NO2 、 Cl- 离子含量及 pH 值升高与长期耕地处由于 大量化肥、农药的使用以及水土流失加剧相关 ; 而 Ca2+、 Mg2+、 HCO3 浓度的变化与耕作 制度的变化相关 , 1982 年耕地流域主要为一年一熟制 , 随着人口的增加 , 耕作制度转变 为 一 年 二 熟 , 地 表 的 覆 盖 相 应 增 加 , 土 壤 、 地 下 水 中 CO2 含 量 增 加 , 造 成 Ca2+、 Mg2+、
- + 2- - - + - - + - 2- - -

HCO3 浓度的增加。
长期林地处地下水的 Mg2+、 SO4 、 NO3 、 Cl- 离子含量及 pH 值、总硬度、总碱度呈 明显升高趋势 , 而 Ca2+、 HCO3 浓 度 呈 降 低 趋 势 ; NH 4 、 NO 2 基 本 上 都 没 有 检 出 。 20 年 来 , 3 个地下水监测点的 pH 值平均升高 0.44 ,
- + - 2- - 2- -



Mg2+、 SO 4 、 NO 3 、 Cl- 离 子 含 量 及 总 硬


度 、 总 碱 度 分 别 升 高 0.81 、 5.40 、 0.37 、 1.68 、 18.90 、 15.11mg/L; Ca2+、 HCO 3 浓 度 分 别 降低 4.45 、 21.52 mg/L。长期林地处由于植被质量的下降 , 生物作用强度降低 , 土壤、地 下水中 CO2 含量减少 , 造成 Ca2+、 HCO3 浓度的降低 , 而 pH 值升高 ; 同时人类活动强度 的增加 , 水土流失加剧 , 土层变薄土壤对污染物质的过滤作用降低 , 造成地下水的 SO4 、
2- - -

NO3 、 Cl- 离子含量增加。 3.2.2 土地利用空间变化与地下水质空间变化 (1) 土地利用空间变化 ( 图 4) 流域 20 年来土地利用的空间格局也发生明显的变化 ,
林地、未利用地表现出明显的分散分布趋势 , 并向流域南东、和南西方向萎缩 , 而耕地 的表现出集中分布趋势 , 且与建设用地一起向流域东北方向扩张 [32]。 (2) 地下水质的空间变化 ( 图 5) 在 Arcgis 软件支持下 , 对两期地下水的各指标进行 空间插值 (Kriging) , 得到流域地下水各指标的空间分布。从图中看到 , 20 年来 , 地下水 各指标的值及其空间分布发生极大变化。 pH 值的空间变化 ( 图 5a) : 1982 年流域地下水 pH 值普遍较低 , 并且比较复杂 , 与流 域地质背景等结构性因素有关 ; 而 2004 年 pH 值普遍升高 , 在流域中部和北部形成两个 高值区 , 同时分布比较简单。将两期地下水各指标的等值线图与土地利用变化图叠加后 发现 , 两个 pH 相对高值区出现在林地、未利用地转变为耕地处及建设地扩张处。 Ca2+ 离子的空间变化 ( 图 5b) : 1982 年 流 域 地 下 水 Ca2+ 离 子 普 遍 较 高 , 分 布 比 较 简

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图例
未利用地转变为林地 未利用地转变为耕地 林地转变为耕地 林地转变为未利用地 耕地转变为未利用地 耕地转变为林地 耕地转变为建设地 耕地转变为水域 耕地转变为园地 建设地转变为耕地 建设地转变为林地 林地转变为建设用地 林地转变为水域 林地转变为园地 水域转变为耕地 水域转变为建设用地 水域转变为林地 水域转变为未利用地 未利用地转变为建设用地 未利用地转变为水域 未利用地转变为园地 园地转变为耕地 未发生变化地





6 km

图 4 小江流域 1982-2004 年土地利用变化图
Fig. 4 The land use change from 1982 to 2004 in Xiaojiang watershed of Yunnan province

单 , 在西南部形成高值区 , 高值区的出现与流域林地分布一致 ; 而 2004 年 Ca2+ 离子空间 分布复杂 , 西南部、东北部、东部 Ca2+ 离子值明显降低 , 并出现低值区 , 而在流域中部 Ca2+ 离子值明显 , 并形成高值区。将两期地下水各指标的等值线图与土地利用变化图叠 加后发现 , Ca2+ 离子值降低和低值区与林地、未利用地转变为耕地处重合 , 而高值区与 建设地扩张处吻合。

HCO 3 离 子 的 空 间 变 化 : 在 两 期 HCO 3 离 子 等 值 线 图 上 看 到 , 1982 年 流 域 地 下 水 HCO3 离子普遍较高 , 绝大部分地区小于 300 mg/L, 空间分布比较简单 , 只在西南部林
地分布处形成一个较高值 ; 而 20 年来 HCO3 离子值有明显降低趋势 , 在西南部、东北部 形成低值区 , 而在流域中部形成明显高值区 , 空间分布也比较复杂。将两期地下水各指 标的等值线图与土地利用变化图叠加后发现 , HCO3 离子值降低和低值区与林地、未利用 地转变为耕地处重合 , 而高值区与建设地扩张处吻合。 Cl- 离子的空间变化 ( 图 5d) : 1982 年流域地下水 Cl- 离子普遍较低 , 绝大部分地区 小于 5mg/L, 空间分布也简单 , 只在中西部建设地集中处形成一个较高值 ; 而 20 年来 Cl-
- - -





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图 5 小江流域 1982-2004 年地下水 pH 值和常规离子水化学 (mg/L) 等值线图
Fig. 5 The pH and hydro-chemical features of common ions of groundwater from 1982 to 2004 in Xiaojiang watershed

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离子值普遍升高 , 空间分布比较复杂 , 并在流域的中部、东北部等处形成明显的高值区。 将两期地下水各指标的等值线图与土地利用变化图叠加后发现 , Cl- 离子值的升高及高值 区与建设地扩张及林地、未利用地转变为耕地处相吻合。

SO4 离子的空间变化 ( 图 5e) : 1982 年流域地下水 SO4 离子普遍较低 , 绝大部分地
区小于 5mg/L, 空间分布也简单 , 只在东南部有一个较高值 ; 而 20 年来 SO4 离子值普遍 升高 , 空间分布复杂 , 并在流域的中南部、东北部等处形成明显的高值区。将两期地下 水各指标的等值线图与土地利用变化图叠加后发现 , SO4 离子值的升高及高值区与建设 地扩张及林地、未利用地转变为耕地处相吻合。
2- 2-

2-

2-

NO3 离子的空间变化 ( 图 5f) : 1982 年流域地下水 NO3 离子普遍较低 , 绝大部分地
区小于 5mg/L, 空间分布也简单 , 只在中部偏西建设地有一个较高值 ; 而 20 年来 NO3 离 子值普遍升高 , 空间分布复杂 , 并在流域的中部、东南部等处形成明显的高值区。将两 期地下水各指标的等值线图与土地利用变化图叠加后发现 , NO3 离子值的升高及高值区与 建设地扩张及林地、未利用地转变为耕地处相吻合。
- -







结语

(1) 研究岩溶生态脆弱区土地利用变化及其地下水质变化具有典型性。近年来 , 岩溶 区人口的快速增加以及社会经济的迅速发展 , 加剧了岩溶生态环境的脆弱性 ; 并且 , 同 样的问题比非岩溶区要严重得多。 (2) 岩溶农业区土地利用变化对地下水质产生显著的影响。林地和未利用地转变为耕
地后 , 地下水的 pH 值、总硬度、总碱度及 Mg2+、 NH4 、 SO4 、 NO3 、 NO2 、 Cl- 等离子值 明显升高 , 而 Ca2+、 HCO3 等离子值明显降低 ; 耕地转变为建设地后 , 地下水中的 pH 值、 总硬度、总碱度及 Ca2+、 Mg2+、 NH4 、 HCO3 、 SO4 、 NO3 、 NO2 、 Cl- 等离子值明显升高 ; 未利用地转变为林地后 , 地下水的 Ca2+、 HCO3 、 SO4 、 NO3 、 Cl- 等离子值及总硬度、总 碱度明显 升 高 , 而 pH 值 和 Mg2+ 离 子 值 降 低 ; 长 期 耕 地 处 地 下 水 的 各 指 标 都 明 显 升 高 , 且 pH 值、 SO4 、 NO3 、 Cl- 等离子明显超标 ; 长 期 林 地 处 地 下 水 的 pH 值 、 SO 4 、 NO 3 、
2- - 2- - - - 2- - + - 2- - - - + 2- - -

Cl- 等离子值明显升高 , 而 Ca2+、 HCO3 等离子值明显降低 ; 同时 , 岩溶区林地的退化或被
清除 , 土地发生石漠化时 , 地下水中的 Ca2+ 和 HCO3 浓度明显降低 ; 同时 , 地下水各指 标的空间变化与流域耕地、建设用地扩张带来的非点源污染及林地质量下降相关。 (3) 岩溶农业区由于耕地、建设用地的快速增加 , 非点源污染造 成 地 下 水 质 的 恶 化 , 对此需 要 从 系 统 高 度 提 高 土 地 资 源 的 有 效 合 理 利 用 特 点 的 认 识 。 应 逐 步 发 展 生 态 农 业 , 减少化肥、农药的使用 , 防治非点源污染 ; 控制由于人口增长带来大量的生活污水进入 岩溶地下水系统而导致的地下水污染 , 同时加大岩溶生态脆弱区的环境保护力度 , 确保 其生态安全。
致谢 : 云南地质调查院的周翠琼、彭淑蕙、侯丽、吕爱华、吴 艳 萍 女 士 和 王 劲 、 李 继 红 、 钱 润 先 、 陈 铁 宁、杨颖兵先生在野外调查和室内资料整理方面提供了大量的帮助 , 在此深表谢忱 !


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地 理 学 报

61 卷

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5期

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The Gr oundwater Quality and Land Use Change in a Typical Kar st Agr icultur al Region:
A Case Study of Xiaojiang Water shed, Yunnan
JIANG Yongjun1, 2, YUAN Daoxian1, 2, 4, XIE Shiyou1, LI Linli1, 2, ZHANG Gui3, HE Raosheng3
(1. College of Resources and Environment Science, Southwest University, Chongqing 400715, China; 2. Research Institute of Karst Environment and Rocky Desert Control, Southwest University, Chongqing 400715, China; 3. Institute of Geology Investigation in Yunnan Province, Kunming 650041, China; 4. Institute of Karst Geology, CAGS, Karst Dynamics Laboratory, MLR, Guilin 541004, China)

Abstr act: The present study analyzed the temporal and spatial changes of groundwater quality from 1982 to 2004 in Xiaojiang watershed, Yunnan, Southwest China. The results indicate: (1) There were obvious temporal and spatial changes of groundwater quality in Xiaojing watershed from 1982 to 2004. The total hardness, total alkalinity, pH, Mg2+, NH 4 , SO 4 , Cl-, NO 3 and NO 2 of the groundwater increased significantly, but the Ca2+ and HCO 3 showed an obvious declining trend during the past 20 years in Xiaojiang watershed. Furthermore, the concentrations of NH 4 , NO 3 and NO 2 of groundwater exceeded the drinking water standards in 2004. (2) The total land transformed covers 610.12 km2, of which 134.29 km2 of forestland were transformed into cultivated land, and 210 km2 of unused land was transformed into cultivated land, and the construction land increased by 71.8% during the past 20 years in Xiaojiang watershed. (3) The groundwater quality change is related to the non-point pollution of massive use of fertilizers and pesticides due to the expansion of cultivated land and the deterioration of eco-environment bought by the worsening of forestland quality. As forestland and unused land transformed into cultivated land, the total hardness, total alkalinity, pH, and + 2- - - the concentrations of NH 4 , SO 4 , NO 3 , NO 2 , and Cl- in the groundwater increased significantly, but the concentrations of Ca2+ and HCO3 in the groundwater declined obviously. Key wor ds: groundwater; land use; GIS; karst agricultural region; Xiaojiang watershed
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