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...     

流域尺度上河流水质与土地利用的关系

以苏子河流域内54个水质采样点为基点,生成6种尺度的河岸带缓冲区,并借助FRAGSTATS软件计算景观水平和类型水平上的8种景观指数.分别从景观空间格局与景观类型组成两方面,对景观指数与水质进行相关分析.结果表明:区域景观格局在不同缓冲区内对流域水质具有不同的效应.当缓冲区距离≤300 m时,旱地、建筑用地、水田为主要的景观类型组成,其面积比例、斑块数量、斑块密度、最大斑块指数、最大形状指数、景观斑块聚集度指数均较高,农田的连通性较高,对水质的影响较大.在距离河流较远的区域(缓冲区距离＞300 m),林地面积比例较高,林地聚集连通程度较好,对水质改善具有一定作用,但不明显.该流域耕地、建设用地等对水质有着关键的影响作用.     

不同河岸缓冲区尺度下土地利用方式对嘎呀河流域水质的影响

土地利用是影响河流水质的重要因素之一，量化不同河岸缓冲区尺度下土地利用方式及空间格局与水质因子之间的关系，对土地利用合理规划及水质改善具有重要意义。本研究以嘎呀河流域为例，基于2021年5月共91个点位的水质调查数据，从河岸缓冲区尺度分析流域土地利用及景观空间分布格局，并采用冗余分析(RDA)和广义加性模型(GAM)探讨土地利用方式及空间分布格局对河流水质的影响。结果表明：总氮是影响嘎呀河水质的首要因素。50、100和500 m河岸缓冲区以耕地为优势土地利用类型，将点位划分为耕地优势组和耕地其他组；1000、1500和2000 m河岸缓冲区以林地为优势土地利用类型，将点位分为林地优势组和林地其他组。100 m河岸缓冲区是对嘎呀河水质指标的最强影响尺度，其次为1000 m河岸缓冲区。林地优势组中，铵氮、电导率、溶解氧、磷酸盐和高锰酸盐指数均受土地利用类型面积占比的显著影响，其中，铵氮浓度随着林地面积占比和耕地面积占比的增加而增大，磷酸盐浓度与Shannon多样性指数(SHDI)显著相关，高锰酸盐指数受SHDI和最大斑块指数(LPI)影响明显。耕地优势组中，总氮浓度受林地面积占比、草地面积...     

普者黑岩溶湖泊湿地湖滨带景观格局演变对水质的影响

湖滨带作为湖泊与陆地之间的过渡带,是健康湖泊生态系统的重要组成部分。湖滨带景观格局的演变会对湿地水质产生重要影响,因此探究影响岩溶湿地水质变化的湖滨带关键景观因子,对深入了解景观格局对岩溶湿地水质的影响过程与机制具有重要意义。选择普者黑岩溶湖泊湿地为研究对象,以2005、2007、2009、2011年共4年的Landsat遥感影像及水质监测数据为基础,通过划定湖泊湿地湖滨带缓冲区域,运用秩相关分析和冗余分析研究湖滨带景观格局对普者黑岩溶湖泊湿地水质的影响。结果表明,湖滨带不同缓冲区内景观结构类型比例差异较大;枯水期水质与土地利用类型和景观格局指数的影响大于丰水期;景观格局在不同缓冲区尺度对岩溶湿地的水质具有不同的效应;随着监测点缓冲距离的增加,个别景观指数可较好的揭示湖滨带景观格局演变对岩溶湿地水质的影响,其中,蔓延度指数(CONTAG)、斑块结合度指数(COHSION)、均匀度指数(SHEI)对水质参数的影响较大,边界密度(ED)、聚集度(AI)对水质参数的影响随缓冲距离的增加逐渐减弱,其他景观指数对水质影响差异并不明显,最大斑块指数(LPI)在缓冲距离≤300m的区域内与水质的关系较密切,面积加权平均斑块分维数(AWMPFD)与水质参数有显著负相关性,多样性指数(SHDI)对水质的影响具有不确定性;另外,大部分水质参数与土地利用面积比例有较好的相关性,且湿地面积比例是表征岩溶湖泊湿地水环境质量的主要指标。     

东江流域景观格局对氮、磷输出的影响

基于实地采样水质数据与遥感解译所得土地利用数据,采用相关分析和冗余分析,从时间和空间两个尺度,探讨东江流域景观格局与氮、磷输出的关系。结果表明：（1）城镇和水域面积占比与河流氮磷含量正相关,林地和草地面积占比与河流氮磷含量负相关。（2）景观分裂指数（DIVISION）、香浓多样性指数（SHDI）、散布与并列指数（IJI）、边缘密度（ED）和斑块密度（PD）等景观指数与河流氮磷含量呈正相关关系,最大斑块指数（LPI）、蔓延度指数（CONTAG）和相似邻近比例（PLADJ）与河流总氮总磷含量负相关。（3）平水期河流水质与景观格局的相关性强于丰水期;从空间尺度来看,集水区尺度与河流水质的相关性好于缓冲区尺度;此外,总氮对于景观格局的响应比总磷更敏感。     

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。     

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。     

河流干支流水质与土地利用的相关关系

为探索不同等级河流水质状况及其对土地利用构成响应的差异,以江苏北部的灌河流域为研究对象,基于2006—2007年两个年度灌河及其支流的水质监测数据和研究区的Landsat TM影像,在河流两侧长度0.0—10.0 km、宽度0.0—0.5 km的范围内,运用多元回归分析,对研究区干、支流主要水质指标及其与相应土地利用构成的关系进行了研究。结果表明:2006—2007年间,研究区干流水质总体上显著好于支流,支流的总氮(TN)、总磷(TP)等营养盐指标显著高于干流,而干流的有机污染指标显著高于支流;比较不同观测尺度上土地利用构成对河流水质变化的方差贡献率发现,缓冲区宽度一定时,支流在所有观测尺度上的土地利用构成与水质变化皆存在显著相关关系,而干流仅在缓冲区长度0.0—4.0 km的观测尺度上其土地利用构成与水质变化的相关关系显著;缓冲区长度一定时,干、支流河道两侧0.0—0.3 km间土地利用状况对水质变化的解释能力较大。同时发现,氮、磷等营养盐浓度多与较大尺度上的土地利用构成相关,而化学需氧量(COD)、生化需氧量(BOD)等多与较小尺度上的土地利用构成相关。研究结果显示,有必要区分不同河流等级,选择适宜的观测尺度,分别研究不同水质指标与土地利用构成间的相关关系。     

长江上游坡地景观特征对河流水质的影响

景观组成及景观格局特征决定了污染物的来源和地表景观的拦截消纳潜力，地表坡降会加剧土壤侵蚀，坡地景观特征是影响河流水质的重要因素。研究基于长江上游重庆段2015年水质监测数据和30 m空间分辨率土地利用数据，提取河岸带100 m、200 m、300 m、500 m、1000 m和子流域6种空间尺度上景观格局和景观组成，并进一步将景观组成分为总地类、缓坡地类和陡坡地类三种不同坡度尺度，再采用相关分析和冗余分析（RDA）等方法定量探讨了坡地景观特征（坡地景观组成、景观格局）对河流水质的多时空尺度影响。结果表明：坡地景观特征对2015年长江上游重庆段河流水质的影响具有空间尺度效应；坡地景观特征对河流水质的影响在河岸带尺度强于子流域尺度，其中关键尺度为河岸带100 m至300 m，最有效尺度为河岸带200 m。坡地景观特征影响水质的季节差异随空间尺度不同而变化，在河岸带100 m至300 m尺度为汛期强于非汛期，在河岸带1000 m尺度相反，在子流域尺度无季节差异。建设用地面积比与溶解氧（DO）和高锰酸盐指数（COD_Mn）正相关，耕地面积百分比与氨氮（NH₄⁺-N）参数正相关，两者为水质污染"源景观"，且缓坡耕地对水质的解释率高于总地类耕地；林地与水质参数呈负相关，对缓解水质恶化具有积极作用；集聚度（COHESION）、聚合度（AI）指标与NH₄⁺-N参数及斑块密度（PD）、边缘密度（ED）与DO、COD_Mn参数均呈正相关。在集水区尤其是河岸带300 m范围内，严格把控建设用地污水收集与处理，种植河岸带防护林，采取横坡耕种方式，并通过优化景观结构（如种植植物篱）以增强景观拦截力以减少污染物的集中输出，从而改善河流水质。     

青弋江流域土地利用/景观格局对水质的影响

研究不同空间尺度的景观组成与结构对水质的影响对于水质保护具有重要意义。青弋江为长江下游最长的支流,人类活动可能通过多种方式对水质产生影响。以青弋江流域为研究对象,基于Google Earth遥感数据和水质实测数据,采用冗余分析（RDA）和Spearman相关性分析,探讨了土地利用/景观格局对水质的影响。研究结论为：（1）以采样点为中心建立的100、200、500、1000、2000 m 5种尺度缓冲区中,500 m半径圆形缓冲区景观组成对水质的解释率最高,枯水期与丰水期对水质的解释率分别为46.30%和43.10%。（2）土地利用类型中,耕地和建设用地面积与NH₄⁺-N、TP、EC呈正相关,对水质具有负面效应;林地面积与DO呈正相关,对污染物起到净化作用;土地利用综合程度指数与污染指标呈正相关,表明人类活动强的区域,水质变差。（3）景观格局指数中,PRD在丰水期与NH₄⁺-N、TP浓度为负相关,相关系数分别为-0.656、-0.540,表明随斑块丰富度密度的增大,流域生态系统更加稳定;LPI与DO浓度在枯水期为显著负向相关,相关系数为-0.653,SHAPE_AM与NH₄⁺-N、TP呈显著正向相关,表明随人类活动强度的增大,水质恶化;FRAC_AM与水质的关系无法得到合理的解释。通过多角度分析,在一定程度揭示了青弋江流域的生态水文过程,有利于土地利用管理和水质保护,进而促进资源的可持续利用。研究结果可为政府相关职能部门进行决策时提供参考。     

艾比湖区域水质空间分布特征及其与土地利用/覆被类型的关系

为深入了解艾比湖周边水质空间格局的变化,利用2014年5月及2014年10月实测水样采样点研究了艾比湖区域4个水质指标的空间变化趋势,包括p H、电导率、矿化度及全盐。结果表明:(1)探讨2014年内干湿季水质的空间分布趋势,从总体上看,p H表现出明显的交错模式;电导率、矿化度及全盐在干湿季变化差异较大,高值均聚集在艾比湖周围,而在耕种土地、天然梭梭林附近值则较低;(2)分析各水质的空间自相关性,p H的HH主要分布于艾比湖北部,LL则主要集中于艾比湖南部。HL的分布,说明有较高p H值的点被有较低p H值的点所包围,表明了水质在一定程度上存在空间异质性。电导率、矿化度及全盐在沿着艾比湖周边到甘家湖梭梭林自然保护区随着地势的增高呈现出由HH-LH-LL的转变。(3)建立水质参数与各土地利用/覆盖类型之间的关系,研究表明研究区内林草地、盐渍地及耕地对水质的影响相对较为显著。(4)为了研究水质变化因素,选取耕地、林草地、盐渍地和未利用地与水质参数分别建立优选多元线性回归模型,所得到的相关系数R分别为0.58、0.72、0.74、0.71,结果表明优选拟合模型与数据的拟合程度较好。总之,开展艾比湖区域水质空间格局的变化趋势研究,对于干旱区水质的时空分布具有重要的理论和实际意义。     

近40年艾比湖湿地自然保护区生态干扰度时空动态及景观格局变化

以新疆艾比湖湿地为研究区,利用1972、1998、2007年及2013年4个时期的Landsat遥感影像作为数据源,并结合湿地的土地覆被状况,参考《全国土地利用分类》建立艾比湖湿地生态干扰类型分类系统。借助生态干扰度指数、景观格局指数以及GIS空间分析方法,探讨艾比湖湿地的生态干扰度的时空动态及景观响应机制。结果表明:(1)1972—2013年,研究区的生态干扰度总体呈现较为稳定的趋势,但其空间分布发生变化。生态干扰度类型之间的转化速率有加快的趋势。(2)1972—2013年,边缘密度指数(ED),平均形状指数(MSI),面积加权的平均斑块分形指数(AWMPFD)及景观分离度(DIVISION)4项景观格局指数大体呈上升的趋势,2013年区域的景观指数较为稳定。(3)景观格局指数与生态干扰程度有密切的一致性。生态干扰度与景观格局指数空间分布相关性大小依次为:边缘密度指数(ED)景观丰度密度(PRD)香农多样性指数(SHDI)平均形状指数(MSI)面积加权的平均斑块分形指数(AWMPFD)景观分离度(DIVISION)。客观系统的认识和评价艾比湖湿地的生态系统及环境,可为干旱区实现自然环境的保护,协调土地利用及环境保护之间的关系提供较为实用的参考。     

农业主产区湖泊水质对湖滨带多尺度景观格局的空间响应

为分析农业主产区湖泊水环境质量对不同空间尺度上景观格局的响应关系,以洪湖为研究对象,以5种湖泊功能区为基础,利用RS和GIS软件生成7种空间尺度的湖滨带缓冲区,采用Fragstats 软件分析景观格局指数,结合冗余分析等数理统计方法与模型,研究景观格局对洪湖水质变化的空间尺度效应。结果表明: 1)景观格局在不同宽度缓冲区内对湖泊水质的影响具有空间尺度性,在200 m宽度其解释能力最大,达到86.1%,是影响水质的最有效空间尺度。2)景观配置变量(如最大斑块指数、斑块密度等)对水质的影响程度大于景观组成变量(如面积比例和均匀度指数等)。3)景观类型对水质的影响机制具有较大的差异性,农业用地受流域的地形地貌和耕作方式等因素的影响,在100～500 m小尺度的湖滨带缓冲区内对水质退化起主导作用;在远离水体的相对较大尺度(1000～5000 m),林地分布越密集、面积越大,对污染物进入水体的净化作用越明显;草地对水质的影响与林地一致;密集分布的城市用地对水质的影响与林地相反。研究结果可以从宏观尺度上为农业主产区湖泊流域水质管理和景观合理配置提供科学参考。     

Impacts of land use patterns on river water quality: the case of Dongjiang Lake Basin,China

Landscape pattern can regulate water quality, but determining the thresholds at which landscape metrics impact water quality remains a key issue. Thus, in this study, we investigated landscape metrics that affect the water quality of the rivers flowing into Dongjiang Lake, China, and their spatial and seasonal differences, were investigated using redundancy and partial redundancy analyses. Further, a raw water quality parameter-landscape metric data set was constructed. Threshold values of landscape metrics that induced sudden changes in water quality were analyzed using the bootstrap method applied to 1000 random samples extracted from data set. Finally, mechanisms of landscape patterns that affected river water quality were quantitively explored. The following results were obtained: (1) The key area of landscape that impacted water quality in the Dongjiang Lake Basin was the 400 m buffer zone; (2) Seasonal differences were observed in water quality changes, which better explained by landscape metrics in the dry season than in the wet season. Moreover, water quality was most influenced by landscape configuration metrics. The influence of landscape topographic metrics was greater than that of composition metrics in the dry season, whereas the opposite was true in the wet season; and (3) In this watershed, the largest patch index of grassland and landscape shape index of built-up land were the key metrics at the sub-basin and 400 m buffer zone, respectively. If the largest patch index of grassland was below 8.5% or the landscape shape index of built-up land exceeded 1.5, the water quality of the rivers flowing into the lake was prone to a risk of significant decline, which has an important guiding significance to the optimization of land use pattern.     

基于GIS的上海市景观格局梯度分析

 定量分析景观格局及其变化对于监测和评价城市化的生态后果十分重要。该研究应用基于GIS的梯度分析与景观指数相结合的方法定量分析了上海市城市化的空间格局。沿一条自西向东64 km长6 km宽和另一条自南向北66 km长6 km宽的样带,应用移动窗口计算了一系列景观指数。结果表明,城市化的空间格局可以用梯度分析与景观指数来定量,不同的土地利用类型沿景观格局梯度确实表现出明显的“空间特征”。多项景观指数可准确地、定量地指示上海地区东西和南北发展轴线上城市化的前沿和城市景观梯度分异的特征。城市化的总体格局是随着城市化程度增加,景观在组分上更多样化,形状上更为复杂以及生态学上更破碎化。此外,该文显示的上海市城市化景观格局比较符合同心圆论的城市发展理论,研究结果支持斑块密度随城市化程度而增加,斑块大小和景观连接度则下降的假说,但与随人类干预程度增强,斑块形状变得更规则的假说不相符和,因此,需要进一步研究来证实该发现。     

快速城市化地区景观格局梯度动态及其城乡融合区特征——以广州市番禺区为例

以快速城市化的广州市番禺区为研究样区,通过解译1990-2008年4期Landsat TM影像得到研究区土地利用/覆被数据.选取景观类型水平和景观水平上的景观指数,采用景观格局与梯度分析相结合的方法,研究快速城市化地区景观格局的梯度变化及其城乡融合区特征.结果表明：研究区景观格局动态变化显著,在城市化缓冲带上具有典型的城乡融合区特征,城市景观逐年增加且向外围扩展,而农业景观破碎化严重.斑块密度、蔓延度、景观多样性等指数在城市化梯度上表现出明显的规律性,景观指数峰值出现在距离城市中心4～6 km的梯度带上.时间序列上的景观格局数据体现了不同梯度带上景观动态的差异,城乡融合区景观格局具有斑块形状复杂、景观多样性和破碎化程度高、景观动态变化剧烈的特点.景观指数的峰值逐年向外推移,城乡融合区有逐渐向外发展的趋势.探讨了城乡融合区景观格局时空演化的一般特征及其驱动因素,对区域土地利用政策和可持续发展规划具有指导意义.     

北京市景观格局演变及其对多种生态系统服务的影响

景观格局是人与自然共同作用的结果,深刻影响着区域的生态系统服务及可持续发展。以高度城市化地区——北京市为案例,选取了粮食生产、水质净化、空气净化、气体调节、生境质量以及休闲娱乐6项重要生态系统服务,采用InVEST （Integrated Valuation of Ecosystem Services and Tradeoffs）、ROS （Recreation Opportunity Spectrum）等模型定量评估了1980-2018年生态系统服务时空分布。通过对北京市景观组成与景观配置指数进行定量分析,进一步探索了景观格局演变对生态系统服务的影响。结果表明：（1）北京市1980-2018年建设用地扩张了120%,建设用地扩张是耕地面积减少的主要原因。景观格局总体上趋于破碎化,斑块形状复杂化,斑块异质性增加;（2）时间上,北京市1980-2018年粮食生产、水质净化、气体调节、生境质量、休闲娱乐5项生态系统服务均呈现下降趋势;空间上,粮食生产呈现东南部较高,西北部较低的分布特征,其余生态系统服务均呈现西北部较高,东南部较低,市中心最低的分布特征;（3）景观水平上,林地、建设用地等景观组成变化对生态系统服务影响最为显著。破碎化指数、多样性指数等景观配置指数对生态系统服务影响最为显著;类型水平上,平均斑块面积、斑块聚集度对生态系统服务影响相对最为显著。总体来讲,通过分析景观格局演变如何影响生态系统服务,为如何通过设计和优化景观格局来提升生态系统服务提供了定量依据,从而为促进区域的景观可持续规划提供理论依据和案例参考。