洋河水质现状及其成因分析

为探究洋河水质现状, 利用2017年11月至12月水质实测数据, 分析了洋河10项水质指标的异质性及其成因。结果表明: (1)单因子指数评价结果: 洋河总体水质较差, 不同地段差异明显。基于各断面水质现状与评价结果来看, 总体达标率为25%, 下游污染较严重达标率为0%, 主要超标因子为COD、TP、DO、NH4+-N和浊度。(2)分析上下游水质变化特征, 发现上游水体中浊度变异系数最大, 其次是TP和BOD5; 下游水体中TP变异系数最大, 其次是BOD5, 表明水质呈现一定变异性。(3)基于遥感影像, 提取河岸两侧一定范围内的土地利用类型并与水质要素进行相关性分析, 洋河上游主要以面污染源为主, 下游主要以点源污染为主。耕地、城镇、建设用地、水面和草地对水质的影响较显著。(4)统计分析流域区县社会经济结构并建立与水质要素间相关关系, 结果显示洋河流域水生生态系统较脆弱, 下游受工业企业的污染贡献较大。人口、农产品、水产品产量和综合能源消耗量对水质影响显著。     

厦门后溪水质与流域景观特征沿城乡梯度的变化分析

基于河流水质观测数据和Landsat 8影像数据,分析厦门后溪2013至2017年干季和湿季的水质时空变化特征,研究沿城乡梯度河流水质变化与流域景观特征的关系。结果表明:后溪上游(饮用水水源地水体)和下游(景观水体)溶解氧(DO)分别符合《地表水环境质量标准(GB3838—2002)》Ⅱ类标准和Ⅴ类标准,但是总氮(TN)和总磷(TP)有不同程度的超标,其中TN的超标比例较高。后溪上游土地利用类型中70%以上为林地,具有涵养水源、保护水质的作用;下游建设用地和耕地比重增加,TN、TP和叶绿素a (Chl a)显著高于上游。耕地和建设用地是提高TN、TP和Chl a等水质参数的主要土地利用类型,斑块密度、香农多样性指数和源汇景观指数与各水质指标也显著相关。冗余分析表明,流域景观特征可解释70%以上水质变化,对TN和TP的影响在湿季更大,而对Chl a的影响在干季较大。土地利用组成、配置、距离、高程和坡度对流域水质均有较大影响,其中土地利用组成对Chl a的影响较大,而景观指数则对TN和TP的影响较大。因此,在流域尺度加强土地利用的规划与综合管理,通过减少和控制地表径流面源污染的途径在一定程度上可降低人类活动对水质的不良影响。     

流溪河流域景观空间特征与河流水质的关联分析

人类活动影响或改变流域景观空间结构,并有可能对河流水质产生不同程度的影响,以流溪河流域为研究区,分析流域景观空间格局特征与水质指数之间的相关关系。将流域划分为27个子流域,采集水样分析水质状况,所选用的水质指标有氨氮(NH3-N)、硝态氮-亚硝态氮(NO3-N+NO2-N)、总磷(TP)、化学需氧量(CODCr)。结果表明:1)该流域土地利用结构与水质具有显著相关性,其中居住用地对水质的影响作用最强,林地对河流水质具有净化功能,与水质指标之间的关系表现为负相关,园地与水质指标关系具有不确定性;2)流域景观特征从上游到下游之间表现为城市化增强的梯度,水质状况响应这个梯度变化表现为上游优于下游,人类活动及城市化发展引起的土地利用变化及土地管理方式对水质变化有显著影响;(3)景观破碎度与水质呈现显著正相关性,是影响水质的重要指标,景观聚集程度和斑块形状复杂程度与水质有负相关关系;子流域尺度和河岸带尺度景观空间特征对水质的影响差异不明显。     

不同地貌条件下景观对河流水质的影响差异

景观对河流水质的影响在不同地区、不同空间尺度上存在差异。以赤水河流域为研究对象,根据地貌特征将研究区分为喀斯特地貌和非喀斯特地貌,在划分的29个子流域内采集测试水质数据,所选用的水质指标有溶解氧(DO)、电导率(EC)、总氮(TN)和总磷(TP),运用空间分析及数理统计方法,分析流域内不同地貌区景观之间的差异,探究不同空间尺度上景观与水质指标之间的关系。结果表明:(1)流域内景观组成以林地和灌草为主,建设用地和耕地次之,景观组成在不同地貌区各空间尺度上存在差异。建设用地和耕地对水质具有负面影响,且在碳酸盐岩地区更显著;林地对水质具有正面影响;灌草对水质的影响相对复杂。(2)流域内水质表现为碳酸盐岩地区优于碎屑岩地区。景观破碎化指数与总氮(TN)、总磷(TP)呈正相关,是水质变化的重要影响因素;景观聚集度指数与溶解氧(DO)呈正相关;景观破碎化指数和景观聚集度指数与电导率(EC)的关系在两个地区呈相反的结果。(3)不同地貌区景观对河流水质具有不同程度的影响。在两个地区,景观组成对河流水质解释能力最大空间尺度均为河岸带尺度,解释率分别为53.4%和59.1%;景观格局对河流水质解释能力最大的空间尺度在碳酸盐岩地区为河岸带尺度,解释率为62.9%,在碎屑岩地区为圆形缓冲区尺度,解释率为82.4%。因此,在不同地貌区应采取不同的景观优化措施以减少对流域水质的污染。     

流域景观格局与河流水质的多变量相关分析

流域内的景观格局改变是人类活动的宏观表现,会对河流水质产生显著影响,因此明确影响水质变化的关键景观因子,对于深入了解景观对水质的影响机制具有重要的研究价值。选择广东省淡水河流域为研究对象,以2007年ALOS卫星影像以及水质监测数据为基础,运用空间分析和多变量分析方法,分析淡水河流域景观格局与河流水质的相关关系。用包括流域和河岸带尺度的景观组成和空间结构信息的景观指数表征景观格局,用Spearman秩相关分析、多元线性逐步回归模型和典型相关分析(CCA)研究景观指数和水质指标的相关关系。研究结果表明:林地、城镇用地和农业用地占淡水河流域总面积超过90%,其中城镇用地超过20%。多元线性逐步回归分析和CCA结果说明水质指标受到多个景观指数的综合影响,反映了景观格局对水质的复杂影响机制。流域景观格局对河流水质有显著影响,流域尺度的景观指数比河岸带尺度的景观指数对水质影响更大。城镇用地比例是影响耗氧污染物和营养盐等污染物浓度最重要的景观指数,林地和农业用地对水质的影响较小。另外,景观破碎化对pH值、溶解氧和重金属等水质指标有显著影响。CCA的第一排序轴解释了景观指数与水质指标相关性的54.0%,前两排序轴累积能解释景观指数与水质指标相关性的87.6%,前两轴分别主要表达了城市化水平和景观破碎化水平的变化梯度。淡水河流域的景观格局特征从上游到下游呈现出城市—城乡交错—农村的景观梯度,水质变化也对应了这个梯度的变化,说明人类活动引起的流域土地覆盖及土地管理措施变化会对水质变化产生显著影响。     

太湖流域河流与湖泊间主要水质指标的空间关联特征

基于2006—2012年太湖流域主要观测断面水质监测资料,应用冗余分析法,研究分析了流域上游入湖河流、下游出湖河流与太湖湖体间水质在5、10、20、40和80 km等不同观测尺度上的关联性。研究表明,2006—2012年,太湖流域水质总体较差,但不同观测尺度内主要水质指标超标率存在较大差异,太湖湖体水质好于上游入湖河流,上游入湖河流水质总体好于下游出湖河流;上游入湖河流是太湖湖体营养盐输入的主要来源,其溶解氧、总磷和氨氮对太湖湖体相应指标超标率的累计方差贡献率均超过50%,分别达到75.9%、67.4%和57.4%;在单尺度上,太湖湖体水质主要对上游0~5 km内环湖河流水质变化的响应较显著,而对其他尺度河流水质无明显响应。在下游出流区,太湖湖体主要水质指标对出湖河流相应水质指标超标率的累计尺度和单尺度方差贡献率均低于7%,河流水质受太湖湖体水质的影响总体较小,且尺度效应不明显,下游出流区河流主要水质指标的高超标率更多受陆源污染的影响。     

黑河干流纤毛虫群落组成及其对水质的响应

为了解淡水纤毛虫群落对河流水质变化的响应及将淡水纤毛虫群落特征作为评价水质的一个重要参数,于2013年2月至2014年1月,选取黑河干流流域作为研究区域,分不同季节采集水样对其纤毛虫群落组成和理化指标进行分析。结果表明:从上游地区到下游地区,水中总氮含量(TN)、化学需氧量(COD)、生物需氧量(BOD)和溶氧量(DO)差异显著,总磷含量TP与pH值相对稳定。水质条件的改变使得河流中纤毛虫群落多样性指数、丰富度指数与均匀度指数显著下降(P0.05),而污生指数显著上升(P0.05)。这表明纤毛虫群落的组成变化能够敏感地表征水质的变化情况。冗余分析显示,黑河干流纤毛虫群落的变化很好地响应了河流水质的变化情况,根据生物学指标,将黑河干流水质评价为轻度至中度污染,显示出生物学评价在河流水质评价方面存在相当的潜力。     

不同空间尺度景观特征对南流江水质的影响差异

流域景观特征决定了非点源污染物来源与地表景观削减消纳能力,但尚缺乏全流域不同空间尺度对二者关联性的认识。以广西北部湾南流江为例,分别在子流域、河岸缓冲带以及监测点圆形缓冲区三种尺度上,基于2020年Landsat 8 OLI遥感影像解译的土地利用类型特征,结合水质监测数据,运用数理统计和GIS空间分析方法,探讨了流域景观特征在不同空间尺度上对河流水质的影响。结果表明：(1)在子流域尺度,土地利用类型以林地为主,而在河岸缓冲带与监测点圆形缓冲区均以耕地为主;(2)水质指标高锰酸盐指数、生化需氧量与景观特征相关性最为显著,耕地、建设用地、其他用地和园地与其呈正相关,是南流江水质污染负荷的重要来源区;景观格局指数中,斑块密度、蔓延度指数、多样性指数、均匀度指数是引起河流水质指标变化的主要景观因子;(3)受流域内或不同子流域间景观特征差异,景观组成面积占比和景观格局指数均在河岸缓冲带尺度对水质状况影响最大,分别可解释57.0%和64.7%的水质指标变化;子流域尺度次之,圆形缓冲区尺度最小,且景观格局指数对水质状况的影响大于景观组成面积占比。建议在河岸带50 m范围内严格控制耕地面积,建设河岸缓...     

不同空间特征尺度下景观格局对水质的影响

探究空间特征尺度下景观格局与水质的关系，对正确揭示格局如何影响水体污染迁移过程具有重要意义。本研究以福建省闽江流域为例，划分子流域、河岸和圆形缓冲区3种空间尺度，收集流域内26个监测断面的水质数据，基于Landsat-8影像分析景观格局特征。利用半变异函数、冗余分析等手段，识别各空间尺度的特征尺度，探讨在空间特征尺度下景观格局对水质的影响。结果显示：(1)闽江流域水质总体达到Ⅱ类标准，但仍存在超标水质，主要由水产禽畜养殖所致。(2)河岸尺度的特征尺度在1000 m缓冲区，而圆形缓冲区的特征尺度在2000 m。(3)子流域尺度景观格局对水质的总解释最强，达58.4%,其次为河岸(45.2%)、圆形缓冲区尺度(38.4%)。(4)林地的聚集程度和城镇最大斑块指数是影响水质的主要景观格局变量。上游汇水单元是未来水资源管理的关键区域，减少污染排放，增大林地优势和聚集程度，打破大面积建成区的连续性，有助于净化水质。     

城市湿地小流域尺度景观空间分异及其对水体质量的影响——以南京市紫金山东郊典型湿地为例

综合利用遥感、GIS技术、景观生态和实验分析方法,选择南京市紫金山东郊17个典型湿地,在2008年3月至2009年3月期间进行野外湿地水体水质监测。以每个湿地所在的小流域为景观单元,通过SPSS系统聚类分析将17个小流域划分3类,揭示城市化影响区域小流域土地利用特征及其对湿地水体质量影响,结果表明:(1)城市土地利用对湿地水质影响显著。以林地斑块为主要景观类型的小流域水质比以草地斑块为主的小流域水质好,林地面积越大,湿地水质越好;(2)通过引入增强斑块指数ZQI、削减斑块指数XJI、及增强-削减斑块对比指数R_ZXI,进一步揭示小流域内景观格局与水质之间的相关关系。研究表明,当R_ZXI小于-1时,随着R_ZXI的增加,一些易流失营养型污染物质TN、CODMn呈下降趋势,而当其大于-1呈上升趋势;一些易沉积营养物质如TP则表现出相反变化趋势;(3)小流域内各景观斑块空间上分布越均匀,湿地水体中的易流失营养型污染物质表现出下降趋势,而易沉积型营养物质则表现出上升的趋势。     

Landscape diversity and forest edge density regulate stream water quality in agricultural catchments

It is well known that the composition of land cover within a watershed plays a large role in regulating stream water quality. However, there remains significant uncertainty regarding the effect of spatial configuration of different types of land cover on water quality. Using periphytic algae (diatoms) as indicators of stream trophic state, we investigated the relationship between landscape configuration and water quality in a large number of watersheds (590) at varying catchment scales in Eastern Canada. Variation partitioning analysis showed that landscape configuration explained 48% of the variation in water quality. However, since the physiographic setting constrains most agricultural activities, most of the variation was attributed to the shared influence of surficial deposits, land cover and landscape configuration (34%). The results from regression models showed that the geomorphological setting of watersheds (surficial deposits and slopes) and the proportion of different land cover types (mainly forests, wetlands, crops and urban areas) have a major impact on stream water quality. Nevertheless, a few configuration metrics emerged as important factors. Landscape diversity appeared to have a negative impact on water quality, whereas forest and wetland edge densities had a positive impact. Moreover, the influence of these lanscape metrics seems to occur at certain thresholds. In areas of intensive farming, streams with a forest area that covers at least 47% of the watershed have a better water quality. Below this threshold, eutrophic and meso-eutrophic conditions are more frequent in streams and rivers. The shape and location of forested patches were also found to be relevant. Woodlands and wetlands with an edge density higher than 36 m/ha and located along streams and gullies have a positive impact on water quality. For the same proportion of forest, complex patches will be more efficient filters than large regular patches. Forest edge density seems to control the extent of the interface with the agricultural sources and thus promotes the “sink” effect of forests on nutrients.     

艾比湖区域景观格局空间特征与地表水质的关联分析

为进一步明确区域土地利用/覆被—景观格局对河流水质影响的空间尺度。选择新疆艾比湖区域为研究对象,以25个水质采样点为中心,建立5种尺度的河流缓冲区并提取不同尺度下的土地利用/覆被-景观格局数据。首先,通过主成分分析获得水环境的主要水质变量。其次,利用冗余分析(RDA)方法探讨研究区不同宽度缓冲区土地利用/覆被—景观格局对河流水质的影响,获得水质管理的有效缓冲区。最后,引入突变点分析方法进一步寻找导致水质变量沿景观梯度突变的特定位置。结果表明:(1)土地利用/覆被—景观格局在不同宽度缓冲区内对河流水质的影响不同。4 km缓冲区土地利用/覆被—景观格局对区域水质有较强的分异解释能力,因此4 km缓冲区的景观格局合理配置对河流水质管理尤为重要。(2)通过偏RDA分析发现4 km缓冲区中,影响区域水质的主要环境变量为景观水平斑块密度、类型水平耕地斑块密度和森林聚集度。(3)在偏RDA分析的基础上,对4 km缓冲区内的景观指数进行突变点分析研究,发现区域景观水平斑块密度为90—105 m/hm~2,类型水平耕地的斑块密度ED值在90—110 m/hm~2、林草地的AI值在70%—90%,是艾比湖区域水质保护的最佳突变值,该值为艾比湖区域水质保护的阈值。本研究从多个角度对新疆艾比区域的土地利用/覆被—景观格局对区域水质的影响进行定量分析,揭示该地区景观生态变化的规律,为区域景观格局优化和土地合理规划提供理论依据,并对改善"丝绸之路经济带"生态环境、实现资源可持续利用具有重要的现实意义和理论价值。     

基于“源-汇”景观的太湖宜兴段入湖港口水质时空变化

针对太湖流域非点源污染日益严重和近年来宜兴段土地利用方式变化状况,以太湖大堤西岸3km缓冲区内的景观为研究区域,基于"源-汇"景观理论,计算了其"源-汇"景观空间负荷对比指数(LCI),并结合宜兴市10条主要入太湖港口的实测水质数据,定量分析了太湖流域宜兴段非点源污染的时空变化特征。结果表明:时间上,2010年有8个入湖港口的LCI值较2004年有明显下降;对应的水质指标方面,铵氮浓度降低了41.0%,说明LCI降低对氨氮浓度影响较大,而其他水质指标改善不明显。空间上,景观类型通过相对重要性指数变化对LCI值产生相应影响,而LCI值与综合水质标识指数之间呈正相关关系,说明景观空间格局变化会显著影响水质指标。总之,LCI值与水质指标中的铵氮和总氮密切相关,LCI值的变化趋势与各港口水质的时空变化趋势基本一致,LCI能够较好地反映非点源污染的产生、转移过程。     

The influence of catchment land use on stream integrity across multiple spatial scales

1. Despite wide recognition of the need for catchment-scale management to ensure the integrity of river ecosystems, the science and policy basis for joint management of land and water remains poorly understood. An interdisciplinary case study of a river basin in south-eastern Michigan is presented. 2. The River Raisin drains an area of 2776 km², of which some 70% is agricultural land. The upper basin consists of till and outwash, and both topography and land use/cover are diverse. The lower basin consists of fine textured lake deposits, is of low relief, and land use is primarily agricultural. 3. The River Raisin basin historically was a region of oak-savannah and wetlands. It was deforested, drained and converted to farmland during the mid-nineteenth century. Human population reached a plateau at about 1880, and then underwent a second period of growth after 1950, mainly in small urban areas. More recently, the amount of agricultural land has declined and forested land has increased, in accord with a general decline in farming activity. 4. It could be suggested that the influence of land use on stream integrity is scale-dependent. Instream habitat structure and organic matter inputs are determined primarily by local conditions such as vegetative cover at a site, whereas nutrient supply, sediment delivery, hydrology and channel characteristics are influenced by regional conditions, including landscape features and land use/cover at some distance upstream and lateral to stream sites. 5. Sediment concentrations measured during low flows were higher in areas of greater agriculture. In a comparison of two subcatchments, sediment yields were up to ten times greater in the more agricultural location, in response to similar storm events. A distributed parameter model linked to a geographical information system predicted that an increase in forested land cover would result in dramatic declines in runoff and sediment and nutrient yields. 6. Habitat quality and biotic integrity varied widely among individual stream sites in accord with patterns in land use/cover. Extent of agricultural land at the subcatchment scale was the best single predictor of local stream conditions. Local riparian vegetation was uncorrelated with overall land use and was a weak secondary predictor of habitat quality and biotic integrity. 7. Investigation of the regulatory agencies involved in land and water management in the basin revealed a complex web of overlapping political jurisdictions. Most land-use decision-making occurs at the local level of township, city or village. Unfortunately, local decision-making bodies typically lack the information and jurisdictional authority to influence up- and downstream events.     

Relationship between biodiversity and landscape structure in the Gyungan stream basin,central Korea

The relationship between landscape structure and biodiversity was investigated in the Gyungan stream basin, central Korea, in order to prepare a biodiversity conservation plan. The study area was divided into upstream, midstream, downstream and Gonjiam stream sub‐watersheds based on the land use pattern of each sub‐watershed. The quality of the terrestrial landscape was assessed by connectivity and percentages of deciduous broad‐leaved forest and urbanized area. The quality of the terrestrial landscape was the highest in the downstream sub‐watershed followed by Gonjiam stream, midstream and upstream sub‐watersheds. The quality of the riparian landscape assessed by percentages of the number and the area that the wetland vegetation elements occupy in the whole area showed a similar trend to that of terrestrial landscape. The diversity of all taxa including fish, reptiles and amphibians, birds, mammals and wetland vegetation except benthic macroinvertebrates was the highest downstream. The diversity of benthic macroinvertebrates was the highest in the Gonjiam stream sub‐watershed. Thus, biodiversity was shown to be the highest in the downstream sub‐watershed, followed, in order, by Gonjiam stream, midstream and upstream sub‐watersheds in proportion to landscape quality. On the other hand, the quality of the aquatic environment based on the ecological score of benthic macroinvertebrate (ESB) index was the highest downstream, followed, in order, by upstream, Gonjiam stream and midstream areas. This trend is different from that of biodiversity. In order to improve landscape quality degraded by excessive land use and to increase biodiversity, we recommended a restoration plan that addresses both ecosystem and landscape.     

河流水质的景观组分阈值研究进展

土地利用/覆被变化产生的区域生态环境负面效应已引起国内外研究者的广泛关注,其中,河流水质对景观组分变化的响应已在区域及更大尺度的研究中,成为热点。探讨河流水质的景观组分阈值,可以弥补非点源污染研究在区域尺度上的景观变化影响水质问题研究中的不足,而这是当前流域水环境管理及土地利用规划与管理的主要依据之一。从景观组分指数与水质指标出发,分析了当前研究的常用指标,认为:具有明确物理意义的景观组分指数,如不透水表面指数、植被指数等,受到水质的景观组分阈值研究的青睐;在水质指标中,水化学指标应用最为广泛,同时,表征水生生态系统条件的如生物类指标、综合生物类与非生物类指标,也逐渐受到重视,方兴未艾。尽管河流水质的景观组分阈值是当前的研究重点,但在区域以及更大尺度上,阈值的差异较大。在今后的研究中,水质退化的景观组分阈值还需在研究尺度、水质指标及阈值标准等问题上进一步深化,而景观格局指数的应用将会促进对水质退化受景观组分空间配置影响的研究。对水质的景观组分阈值研究进行综述,可以为区域尺度上开展水质保护、流域水环境管理及土地利用规划提供前沿信息。     

不同空间尺度的景观格局对流溪河水质的影响

为探究不同空间尺度的景观格局对流溪河水质的影响,于2020年6月和2021年1月在流溪河干流15个采样点进行了水样的采集,测定了水温、溶解氧、pH、氨氮、硝态氮、硫酸盐和氯化物等水质指标。结合遥感解译所得的土地利用数据,提取了不同空间尺度(子流域和河岸带缓冲区)的景观格局指数,采用Bioenv分析、Mantle检验、方差分解和层次分割理论等方法揭示了景观格局对水质变化的影响。研究结果表明：氨氮是流溪河的主要污染物。土地利用结构与空间格局特征对水质的影响存在空间尺度效应。在100 m河岸带缓冲区,水域是影响水质的主要贡献源;而在其他空间尺度建设用地是影响水质的主要贡献源。在子流域尺度,林地和建设用地的斑块密度(PD指数)是影响水质变化的核心特征;而在河岸带缓冲区尺度,水域和建设用地的连通性(CONTAG指数)和林地的多样性(SHDI指数)是影响水质变化的关键特征。在各个空间尺度,土地利用与空间格局的交互作用对驱动水质变化起主导作用,尤其在1000 m河岸带缓冲区对水质的贡献率最高。因此,加强1000 m缓冲区尺度土地利用的管理和减少建设用地成片建设规划等对保护流域水质具有重要意义。     

太湖流域土地利用与景观格局演变研究

基于遥感、GIS技术和景观生态学方法,以太湖流域为研究区域,在1985年、1995年和2000年的土地利用图基础上,分析了土地利用与景观格局演变.结果表明,15年间,太湖流域农田呈减少趋势,建设用地、林地、草地、水体呈增加趋势,其中农田的减少占土地利用总减少量的89.64%,建设用地的增加占土地利用总增加量的79.21%;由于人类活动的干预,太湖流域景观结构与景观异质性发生了较大变化.从景观尺度上看,斑块密度、多样性指数和均匀度指数呈降低趋势,边界密度、优势度指数、景观形状指数呈增加趋势;从斑块尺度上看,各景观组分的异质性指数及其变化过程有较大的差异,体现了景观生态系统的复杂性.人口增长、经济、政策等因素是太湖流域近15年景观格局动态变化的主要驱动力.太湖流域土地利用变化产生了景观碎化、边缘效应、生境退化等景观生态效应.可通过调整景观尺度上的土地利用方式,使太湖流域生态建设及水土资源实现可持续发展.