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。     

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。     

流域尺度上的景观格局与河流水质关系研究进展

利用景观生态学原理研究流域尺度上土地利用及其空间格局对河流水质的影响,已成为流域环境研究中的热点问题。在综合评价国内外土地利用变化与河流水质关系研究的基础上,阐述了景观格局在流域水环境研究中的重要性,并根据国内外研究进展,对景观格局与水质关系的研究方法和手段进行了分类分析,同时也对流域尺度上的景观-水质模型研究进展也进行了分析总结,最后指出了景观格局与水质关系研究的核心问题和未来研究的热点方向。     

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...     

三峡库区典型流域“源”“汇”景观格局时空变化对侵蚀产沙的影响

以三峡库区王家桥流域为研究对象,基于五期遥感影像(1995、2000、2005、2010和2015)提取流域景观格局,采用马尔科夫模型研究"源""汇"景观格局时空变化,并结合野外多年实测数据建立景观格局指数与产沙量之间的关系,分析景观格局对流域侵蚀产沙的影响。结果表明:1995—2015年,王家桥流域景观格局时空变化明显,呈破碎化发展趋势。"源"景观面积持续下降,"汇"景观面积持续增长。在降雨量时序曲线相似的条件下,斑块类型尺度的景观指数对侵蚀产沙量的解释能力高于景观尺度。斑块类型尺度,"源""汇"景观指数与径流输沙量的复相关系数分别为0.946和0.903,均显著相关。对于"源"景观而言,相似邻近百分比(PLADJ)与斑块结合度(COHESION)是影响流域侵蚀产沙的重要指标。径流输沙量与PLADJ和COHESION指数呈正相关关系,输沙量随指数的增大而增大。对于"汇"景观而言,斑块密度(PD)、边界密度(ED)、景观形状指数(LSI)是影响流域侵蚀产沙的重要指标,径流输沙量与PD和LSI呈负相关关系,输沙量随着指数的增大而减小。斑块类型尺度上,流域景观格局时空变化对泥沙输出影响显著。研究结果可为建立其他流域景观格局变化与土壤侵蚀响应关系提供参考。     

景观对河流生态系统的影响

从景观的视角研究河流生态系统,是目前河流生态学中受到广泛关注且发展迅速的内容之一。流域内多尺度景观强烈影响河流的理化及生物特征,已成为共识,但有关量度、整合景观与河流生态系统二者之间联系的理论体系与方法的建立尚处于起步阶段。对景观组成与空间格局影响河流生态系统的机制与途径进行了系统总结,提出了该领域研究中的主要难题,即如何识别景观中人为因素和自然因素的协变现象,如何衡量多空间尺度景观对河流生态系统的交互影响,如何理解景观阈值的不确定性。为克服当前研究面临的困难与挑战,填补已有知识的不足,提出今后研究的重点方向:河流景观分类系统的改进;更具代表性时空数据的采集;新型景观指标的开发与应用;微观尺度数据与宏观尺度数据的整合等。     

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。     

区域景观格局与地表水环境质量关系研究进展

摘要：区域景观格局对地表水环境具有重要影响,1970s以来国外学者对区域景观格局与地表水水质之间的关系开展了大量研究。在系统梳理景观格局与水质关系的研究思路和技术方法的基础上,综合国内外文献探讨了水化学离子、常规污染物、营养物、重金属、有机物、水生生物,直至当前的河流健康等各类水环境指标对景观格局的响应程度,以及景观格局影响水环境的尺度效应问题。认为当前研究存在划定流域边界未能严格避免流域嵌套及土地利用空间自相关、选择景观格局变量尚未充分重视空间结构和水文地貌因素、数据分析技术多限于半定量分析等问题,并尝试提出相应的解决方案。试探性地提出国内研究的未来方向,指出在关注研究区域的流域边界是否明确和点源污染是否控制两个理论前提基础上,进一步根据非点源污染物在景观格局中的累积和迁移转化行为特征,进行相应的土地利用景观分类将是十分重要和迫切的基础性工作,提出了将景观格局与过程关系理论应用于城市面源污染调控的关键科学问题,包括非点源与目标水体的空间位置关系、不透水面和透水面的空间格局关系、区域不透垫面比例是否存在阈值,以及设置透水面的最佳空间尺度等。     

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。