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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

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。     

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.     

Impact of landscape pattern at multiple spatial scales on water quality: A case study in a typical urbanised watershed in China

Buffer zones along rivers and streams can provide water quality services by filtering nutrients, sediment and other contaminants from the surface. Redundancy analysis was used to determine the influence of the landscape pattern at the entire catchment scale and at multiple buffer zone scales (100 m, 300 m, 500 m, 1000 m and 1500 m) on the water quality in a highly urbanised watershed. Change-point analysis was further applied to estimate the specific locations along a gradient of landscape metric that result in a sudden change in the water quality variable. The landscape characteristics for 100 m buffer zones appeared to have a slightly greater influence on the water quality than the entire catchment. The patch density of urban land and the large patch index of water were recognised as the dominant variables influencing the water quality for a 100 m buffer zone. The result of change-point analysis indicated key interval values of the two landscape metrics within the 100 m buffer zone. When the patch density of urban land was >30–40 n/100 ha and the largest patch index of water was >2.5–3.5%, the watershed water quality appeared to be better protected.     

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。     

Factors influencing herpetofauna abundance and diversity in a tropical agricultural landscape mosaic

Agricultural intensification and the associated factors, including land transformation, are among the major global threats affecting biodiversity especially herpetofauna. However, little information is available about how different factors shape herpetofauna species assemblages in agricultural landscape at different spatial scales from patch (125 – 250m) to the landscape (500 – 1000m). We assessed the diversity of amphibians and reptiles in areas under low and high degrees of agricultural intensification and explored different factors regulating diversity at different spatial scales using four sampling methods. Diversity and abundance of amphibians varied significantly between the two zones, but not for reptiles. Agricultural intensification index (AII), calculated based on agrochemical use and area under agriculture at 250m scale, seemed to affect amphibians both at patch as well as at 500m and 1000m landscape scales. The AII influenced reptilian diversity only at patch and 500m scales. Vicinity of natural forest had a stronger influence on reptilian abundance. Seminatural vegetation impacted herpetofauna diversities at larger spatial scales. The extent of water bodies influenced the reptilian abundance at 250m patch scale and amphibian abundance both at 250m and 1000m scale. Fallow lands affected only reptilian diversity at all spatial scales. Plantation affected amphibian at all scales but reptiles only at the landscape scale. Habitat heterogeneity regulated only amphibian diversity. These results highlight the fact that different patch and landscape-scale factors regulate the diversity of reptiles and amphibians differentially. Such scale-specific information will crucially inform future conservation action for the herpetofauna in the agricultural landscape.     

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。