当前世界环境

介绍

土地利用和土地覆盖是两个不同的词，其中土地利用是指土地上发生的人为活动(即农业、城市、城郊、牧场等);而陆地表面的总植被覆盖被视为土地覆盖(即森林或沙漠)．众所周知，局部和全球尺度上的土地利用和土地覆盖变化是全球气候变化的重要驱动因素之一。^1、2水和空气是两个最重要的组成部分，它们强烈地影响着地球上所有类型的生命，并且不分青红皂白地使用化肥和杀虫剂为了提高农业部门的作物生产力，造成空气和水体污染，导致空气和水质恶化。土地利用和土地覆盖是影响水和空气质量的重要因素。有不同类型的土地利用和土地覆盖，影响水和空气的质量．土地利用通过非点源影响水和空气质量，这是水和空气污染的主要来源和贡献者。土地利用变化影响土地覆盖，而土地覆盖变化同样影响土地利用。同时，随着植物生命周期的进展，自然土地和农用地的土地覆被随季节变化。由于混凝土、沥青和建筑物覆盖在土地表面，城市地区的土地覆盖非常有限。

有时，环境中发生的各种自然过程，如生物、水文、气象、沉积等，可能会导致不良化合物的沉积，从而使水(地表水和地表水)和空气的化学失衡。许多研究人员认为，土地利用和土地覆盖的变化主要是由人类发展活动引起的，土地向地表水提供了不必要的养分和沉积物。^{3、4、5、6所示}实际上，土地利用和土地覆盖变化的研究是一个多学科的研究领域，受到GIS、地理学、经济学、人口学等多个领域研究者的关注。目前，土地利用和土地覆盖变化(LULCC)是全球环境变化的重要原因之一。在研究土地利用对水质的影响时，同时考虑土地利用和土地覆盖是非常重要的。⁷

向水和空气中释放活性氮以各种方式影响地球上的各种生命形式⁸例如(硝酸盐)硝淋出造成的地下水污染_3.水体富营养化、陆地富营养化(物种多样性减少)、土壤酸化、氮对平流层臭氧的破坏₂O和全球变暖。^9、10植被破坏和土地利用向城市地区的转变被确定为增加径流，这也促进了不良物质从陆地向水体的转移。¹¹一般来说，在季风季节，大多数变量由于径流增加而恶化，径流将杂质带入水体。泥沙、粘土、有机物、无机物等胶体物质使水体浑浊，恶化了水质状况。因此，本文就土地利用对水和空气质量影响的研究进行综述。

对水质的影响

2005年，Vörösmarty将淡水描述为一种宝贵的自然资源，其数量和质量对可持续生活的发展非常重要。¹²近年来，水质恶化直接影响到人类健康和生态健康，成为一个重要的问题。需要准确描述地下水的使用及其对当前水化学的影响，以量化土地利用对水质的时间变化影响。半干旱或干旱地区的地下水补给也受到LULCC的影响。在干旱和半干旱区，地下水补给变化与LULCC相关，对地下水质量有负面影响，因为厚的非饱和带含有数千年积累的过剩盐库^13、14、15建成区的扩张对水体的真实性构成了直接和间接的威胁。¹⁶不同的水污染问题与不同的土地利用模式和变化有关。例如，Tong和Chen在2002年美国俄亥俄州研究了土地利用与水质的相互作用，发现TP(总磷)与农业、商业和住宅区显著正相关，但与森林不显著;而BOD与住宅和商业用地呈正相关，与森林负相关，但与农业用地不显著相关¹⁷由于缺乏植被覆盖，多余的养分和沉积物通过淋滤、径流、挥发等各种过程迅速到达水体。¹⁸另一个例子是堪萨斯州立大学以北的北部土地(蓝色突出显示的区域)，马拉特流域，该区域被细分为农业用地和城市用地。他们使用HACH®测试试剂盒和公民科学方法采集水质样本，并将数据记录到ArcGIS制图系统中。¹⁹在尼泊尔的巴格马蒂河，人口密度与水质恶化呈正相关。^20.

巴格马提河的森林砍伐和河流采砂废弃物处理、河岸种植等退化活动影响了河的水质。^21日,22日在克什米尔地区，由于不同土地利用模式(农业、城市化和荒地)对地表水的影响，Wular湖水质恶化。²³分析了各种物理化学变量，²⁴ERDAS IMAGINE 9.0和ArcGIS 9.3用于创建土地利用和土地覆盖地图以及各种土地利用和土地覆盖类别(IRS) P6，使用空间分辨率为23.5 m的LISS III传感器。此外，用于农业和建筑密集地区的人造肥料，通过各种已知的过程，如淋滤、径流，被输送到田地或地下水中，然后通过地下水运输转移到地表水中。^25日,26日2009年，皮特说等;氮肥的施用导致反硝化作用，反硝化作用又导致氮素在大气环境和地表水体中沉积。另一个例子是密西西比河，其中估计89%的硝酸盐氮浓度来自农业活动。²⁷当研究人类住区或其需要的不同土地地区的变化和这些改变的土地地区对流域内水质的影响时，往往会产生一种关系。在不同土地利用方式中，农区对湖泊肥料的破坏最大，导致水体微生物的生长耗竭水体溶解氧(DO)含量，导致水体化学失衡。²⁸进行了一项研究在泰米尔纳德邦Nilgiris区的Ooty镇，评估城市化特别是改变土地利用模式对水质和水量的影响。²⁹他们利用ArcGIS软件在地理信息系统(GIS)中检查了地下水水质参数并绘制了空间图。通过使用土地利用地图，他们指出森林面积正在减少，取而代之的是工业和房屋。林地与除pH外的其他参数均呈负相关，表明其他参数的浓度随林地面积的增加而降低。居住面积与除pH值外的其他参数均呈正相关，说明居住面积的增加会使水质参数浓度超出允许范围．城市化的增加减少了入渗。有一些报告得出结论，该国许多地区的地下水位正在以每年1-2米的速度恶化。^30.

由于人类活动，地下水的数量和质量正在发生变化。自工业化时代和人口快速增长以来，许多地区的土地利用变化现象强烈加速，直接影响了集水区的水文，结果也表明城市发展导致水质恶化，主要影响地表水。^31、32在雅加达，Ciliwung是最大的河流，由于土地利用模式和变化，它已经退化。基于2010年和2014年遥感数据和水质监测数据，分析了慈利翁流域不同土地利用方式下的水质状况。他们的结果显示，在森林和城市为主的地区，水质变量的变化更大。在雅加达、德波、茂物和邻近地区，人口密度高导致土地利用和土地覆盖发生变化，间接影响了奇利翁河的水质。³³很少有研究人员证明，土地利用的变化对水质有影响，例如，通过引入含氮物种和其他生物活性化合物。^34、35自,施莱辛格等;确定农业地区地下水中硝酸盐浓度高，预计是人为来源。土地利用的变化通过对剩余预算的重大修改影响了水质。^36、37

很少有研究发现旱地农业对水体的巨大影响，如生长补给和冲刷，向河流积累盐分。^38、39研究发现，在种植季节，农田中氮磷含量过高，造成了非生产性养分利用和地下水污染，并可能污染附近水体。他们使用了一种被称为区域监测模型的模型，该模型被认为是一种适当的监测方案，用于分析来自农业用地的地下水的风险。根据区域监测模型，地下水采样采用吸枪法、直推法等不同的方法，利用地下水位以下的土壤样品，监测农田到土壤区再到地下水的硝酸盐浓度。东南地区东江水质现状分析中国在旱季和雨季的土地利用(如城市、森林和农业)进行了调查。⁴⁰2015年，丁等;森林和城市用地对旱季水质的影响大于雨季，而农业用地对水质的影响小于城市化用地。⁴¹巢湖早期生态环境良好，水质非常好。但由于土地利用制度的变化，下游生态系统和水文条件随着当地生产单位、耕地和日常生活的排放而发生变化。⁴²通过统计分析，黄等;对巢湖流域的河流水质进行了研究。统计模型显示，2000 ~ 2008年，流域内建成地与大部分水质变量呈正相关，而森林、草地和水体与大部分水质变量呈负相关。⁴³从局部来看，日益城市化的地区影响了水生生物的质量，^44、45地下水补给^46、47和暴雨放电。⁴⁸Hatt等;发现类似的结果，如城市土地的扩展与水体有直接关系，它增加了河水中的总溶解固体。⁴⁹穆尼奥斯等;研究发现，1998年至2006年间，智利鲁班科湖流域53%的林地转变为牧场和耕地，湖水中的氮含量从33 kg TN/km增加²/y为621 kg TN/km²/ y。⁵⁰Dabrowski等;还评估了农业活动对水质的影响。⁵¹城市化地区的流域氮素产量较高，而林地内的森林流域氮素和氮化合物产量明显较低。⁵²

2011年，奇迪亚等．调查了利甘加拉河的水质状况，发现大多数采样点都受到磷酸盐的污染，大肠杆菌．被剥夺的农业实践，如化肥径流，河岸耕作和城市污染，不同的定居点靠近河流，污水排放到河水中，使其水质恶化。在旱季和雨季都收集了水质样本，以评估河流的健康状况，因为降雨和径流增加会造成季节变化，从而影响水质。⁵³在马拉维南部，Pullanikkatil分析了流经Zomba城市的Likangala河的水质等;2015年，我们发现在干湿季节，采样点的水质都是正常的，有时水质很差，不经处理不适合人类饮用。⁵⁴在中国对贵水河进行了水文过程中土地利用回灌有效性的研究，发现地下水回灌量依次减少，依次为农田、草地、城市用地和森林。⁵⁵在Ziarat流域，Yoneset al .,发现了城市开发、牧场、森林和耕地四种土地利用方式的水质状况。⁵⁶根据1999年进行的美国地质调查，他们发现，由于肥料和粪便中的营养物质的投入，农业区内附近水体的营养过剩程度有所提高。⁵⁷城市化地区由办公、居住、工业和其他建成区等各种土地用途组成，当与其他土地用途进行比较时，我们发现城市土地产生的废水更多。⁵⁸城市化地区扩大了更多的抵抗区域，导致暴雨流速更快，径流量更大。不透水污染物(如非点源和点源污染物)流入河流，增加了水体的营养水平和其他不适宜的化合物。⁵⁹据Sun说等;在郊区，如果污水处理设施不足，基础设施也会导致氮含量上升。⁶⁰

对津巴布韦Manyame河上游流域的研究发现，1995年和2012年，草地、裸地和林地面积分别减少了22.6%、31.7%和24%，而农业活动和城市化分别增加了24.4%和41.6%。⁶¹这种土地利用变化使出口总磷负荷从130 kg/d增加到376 kg/d，总氮负荷从290 kg/d增加到494 kg/d。2011年，萨拉耶赫等;研究了伊朗西部Karkheh流域的水质，发现在1988 - 2002年间，该流域的城市用地从19051公顷增加到27794公顷，使水中的总溶解固体(TDS)在某些点从1200 mg/L增加到1900 mg/L。⁶²这项研究由哈尔进行等;在美国佛罗里达州的阿拉菲亚河流域进行的一项研究声称，城市面积的增加和农业用地的减少改善了水质。⁶³他们得出结论，从1974年到2007年，该流域的城市和住宅用地从10%增加到21%，而农业用地从36%减少到19%，森林减少从13%减少到8%。这种土地利用变化使河流中总氮(TN)在某些点从2 mg/l降至1.5 mg/l。

对空气质素的影响

LULC及其与大气环境的关联对于自然财产的可持续管理是必要的。在不同的东南亚国家，研究了LCLUC及其对大气环境的影响。⁶⁴不同的土地用途为居民提供不同的利益，即宜居社会。然而，一些土地使用产生或恶化了影响公众健康的空气质量。^65年,66年南亚和东南亚的大多数城市都有许多与空气质量有关的问题，这些问题与工业化、城市化和能源部门日益增长的需求有关。^67、68、69城市化进程的加快和人口的激增，给自然和农业区向城市和居住区的转变带来了压力，对生态系统产生了相当大的影响。⁷⁰土地利用还通过排放温室气体和干扰气溶胶成分影响空气质量。^71年,72年有研究表明，生物质燃烧产生的污染物和气溶胶超标^{73, 74, 75, 76}并被长途运输，持续数周甚至数月，不仅影响大气环境，还扰乱了烟雾浓度、生物地球化学循环、⁷⁷包括臭氧浓度，⁷⁸大气环境的化学，⁷⁹天气和气候。^80年,81年一些工人提到，不可预测的生物有机化合物(VOCs);某些植物排放的异戊二烯(单萜烯)和一氧化氮是对流层臭氧的主要前体，臭氧是一种有影响的温室气体，也是一种重要的空气污染物化合物。⁸²生物源性挥发性有机化合物也是二次有机气溶胶的主要前体，它会增加空气质量的颗粒物。^83、84、85

土地覆盖的变化也影响了大气污染物(如臭氧和PM)及其前体的沉积。在德克萨斯州的休斯顿，土地利用变化对地表臭氧面积产生了影响，研究发现，在夏季，土地利用变化增加了令人难以置信的臭氧天数(即每日最大8小时臭氧超过84 ppb的天数增加了2-3天)。⁸⁶Ganzeveld确定了人为土地利用变化对大气环境的影响et al。并且忽视了气候驱动的植被覆盖变化的未来潜力。他们展示了土地利用和土地覆盖的变化如何受到气候变化、人为土地利用变化和大气CO增加的影响₂浓度，都扰乱了全球大气环境和空气质量。⁸⁷Manins已经进行了调查等;利用TOPAZ 2000土地利用-交通模型与分析式空气棚模型相结合，对不同城市发展情景对大气质量的影响进行了研究，发现光化学烟雾和颗粒物污染。⁸⁸以武汉市为例，基于9个地面监测站点，研究了土地利用对大气质量的影响，并探讨了土地利用与空气质量之间的定量联系。⁸⁹这些监测点具有2007 - 2014年的长期时空感知，结果表明大气环境受到土地利用变化的显著影响。城市化土地每增加一个标准差，一氧化氮就增加2%₂而植物则减少了5%标准差为1的水体数量增加，SO下降3% ~ 6%₂或点₁₀水平，相当于降水等气象因子的减缓后果。空气污染的主要来源是工业排放和汽车尾气，尽管城市土地利用模式和变化也与城市大气环境有密切关系。^90年,91年土地利用导致空气质量恶化的另一个原因是城市温度的升高，因为城市中不透水表面的增加。^92年,93年一般来说，由于地面臭氧产量增加，城市地区温度升高导致臭氧浓度升高。⁹⁴US Xian(2007)在拉斯维加斯山谷也发现了2007年城市发展密度对空气污染物分布的明显局部影响。⁹⁵通过使用地面监测注释和土地利用信息的土地卫星图像，发现PM的年平均值之间存在中等到强烈的联系_2.5以及1998年和2010年美国阿拉巴马州中部监测点附近的城市土地数量。⁹⁶

他们的主要目的是确定PM之间的相互作用₁₀基于模拟PM的变化和土地利用变化₁₀利用回归模型分析了长株潭城市群2006年和2013年的地表特征。分数显示PM的总体平均值₁₀在CZT中从106.74µg/m下降^3.至94.37µg/m^3.从2006年到2013年。一般来说，PM浓度的变化₁₀与城市化面积的增加呈绝对相关，与森林面积的增加呈负相关。这些结果证实了2008年的结论，表明城市发展和保护重要生态场所等土地利用策略将有效地限制PM₁₀增长。^97、98、992017年杨等;确定了城市化地区功能区具有适宜的空间尺度来考察土地利用对PM的影响_2.5在城市地区自从在一个城市南昌市在中国中部，他们知道土地利用对PM的影响_2.5污染。^{One hundred.}他们探讨了土地利用对PM的影响_2.5利用土地利用回归(LUR)模型和统计分析方法对城市地区的污染进行了分析，并没有发现随季节变化的影响。在2015年,位于北卡罗来纳州的罗利曼斯菲尔德等;发现城市形态对大气环境空气污染和公众健康的影响．对于紧凑型发展、无序发展和现状三种情景的发展，他们结合了健康风险评估模型和土地利用回归交通需求来预测大气质量和健康影响。根据他们的观点，PM的局部变化_2.5增加密实度，增加密闭空气污染热点的严重程度，并从区域角度提出改善空气质量的建议，即应发展密实度。¹⁰¹

结论

土地利用影响改变了水和空气的化学成分，对人类和环境具有积极和消极的时空标志。研究表明，从现有文献中，研究人员发现了各种土地利用变化及其管理的潜在后果，但早期的研究并未发现这四种土地利用(农业、城郊、城市和森林)对丘陵地区水和空气质量的影响之间的关系。因此，我们的主要目的是找出这四种土地利用方式及其对水(地表水和地下水)和空气质量的影响之间的关系。

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