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。     

景观空间分析的特征和主要内容

在综合前人对景观空间格局与异质性,景观镶嵌动态,尺度,格局,过程相关等景观生态学基本原理的基础上,初步提出了景观空间分析的框架,认为景观空间分析主要包括景观空间形态分析,空间关系分析与空间构型分析,并对景观空间分析的特征及与一般空间分析之间的关系进行了探讨。     

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。     

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。     

甘肃永登县土地利用景观格局的空间尺度效应

依据“斑块-廊道-基质”模式,研究了甘肃省兰州市永登县景观格局的空间尺度效应.结果表明:草地为整个研究区景观结构的基质;廊道包括道路和河流;其余景观组分(耕地、林地、园地,住宅用地、工矿用地、公共管理与服务用地和其他土地)均为斑块.斑块类型水平指数与景观水平指数均表现出明显的空间幅度依赖性.不同景观组分的斑块类型指数的尺度效应在不同幅度区间存在差异性,景观水平指数的尺度效应在不同幅度区间也存在差异性.在1～20 km幅度区间,尺度效应的组分类型、指标类型之间差异最为明显;在21～90 km幅度区间,尺度效应的组分类型、指标类型之间差异较小;在>90 km幅度后,尺度效应消失.90 km×90 km为研究景观格局尺度依赖性的有效幅度.     

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。     

南京市城市景观的特征尺度

在RS技术支持下,采用分辨率为10m的SPOT-5遥感影像为数据源,分别应用Haar、Morlet、Mexican Hat 3种基小波,对南京市江北城郊、主城区和东南城郊3种不同景观类型进行了特征尺度研究。结果表明,Modet基小波最适于进行城市景观的特征尺度检测,Mexican Hat基小波对粒级嵌套结构检测效果稍差,而Haar基小波不适于对连续型数据源的景观进行特征尺度检测。Morlet基小波的一维小波分析结果表明,南京市江北城郊和东南城郊都存在1个对应于各自农田斑块平均粒径的特征尺度,分别为362m和446m,而主城区则检测出存在3个特征尺度,即：292、835m和2200m,分别对应于建筑小区、小型街区和大型街区的平均粒径,显示主城区存在具有等级结构特征的“建筑小区-小型街区-大型街区”的粒级嵌套结构,揭示了城区具有比城郊复杂得多的粒级结构特征。     

空间幅度变化对景观格局分析的影响

景观格局指数是量化描述景观格局特征的主要方法之一,各种格局指数的尺度依赖性使比较分析景观格局特征和尺度推绎复杂化,分析不同指数随空间幅度变化的一般行为有助于景观格局分析结果的解释和降低空间尺度推绎的复杂性。研究以2种真实景观和27种模拟景观为分析对象,考查了16种常用的景观水平格局指数随空间幅度变化行为。根据这些指数因幅度变化行为可预测性把它们分为两类：第1类随幅度变化可预测性强,指数与幅度之间的关系可用简单的函数关系来表达;这类指数包括缀块数、边界总长、景观形状指数和缀块丰度密度;前两者随幅度增加呈幂函数形式增加,而缀块丰度密度随幅度增加呈幂函数下降,景观形状指数随幅度增加呈直线增加。第2类指数随幅度变化的可预测性较差,指数随幅度的变化存在多种可能(不同形式的增加、减小或保持不变),不可用一种或多种简单的函数关系来描述所有的情况。这类指数包括缀块丰度、缀块密度、边界密度、最大缀块指数、平均缀块面积、缀块面积标准差、缀块面积变异系数、平均缀块形状指数、面积加权平均缀块形状指数、双对数回归分维数、聚集度指数与Shannon多样性指数。第2类指数随幅度的变化行为受景观格局特征和指数本身算法的影响。总体上来说,第2类格局指数随幅度变化呈折线增加或减小;但当景观的缀块类型较多、各类型优势度比较均等、空间分布格局比较随机时,它们随幅度变化形为的可预测性增加,随幅度增加的函数关系主要有3种：幂函数减小、对数函数增加或直线增加,因指数和格局特征不同而异。研究的结果在揭示了常用景观指数随幅度变化的一般关系外,也启示我们在进行景观格局的比较分析,比较景观的幅度应相同或采用尺度效应图(scalograms)更有效。     

不同尺度景观空间分异特征对水体质量的影响——以深圳市西丽水库流域为例

由于景观格局对水体质量的影响是依赖于研究尺度、并且随着时间尺度和空间尺度的变化而变化的,因此探讨不同尺度上景观格局变化对水质的影响程度具有重要的研究价值。从深圳市水库流域水环境保护的需求出发,选择西丽水库及其汇水子流域为研究对象,以陈利顶等提出的景观空间负荷对比指数分析方法为基础,区分高度、坡度和距离3个空间要素计算了分区和累积景观空间负荷对比指数,继而利用该指数对比分析了不同时空尺度上“源”“汇”景观空间分异特征变化对水质的影响程度。研究结果表明,不同尺度上的景观空间分异特征可以显著影响“源”“汇”景观在非点源污染输出和削减方面贡献程度的对比关系,从而影响水体质量。由于不同尺度上景观空间分异特征的复杂性以及“源”“汇”景观在数量和类型方面差异的显著性,景观空间负荷对比指数的对比关系并不能良好地反映不同空间尺度上景观空间分异特征对水质影响的差异状况,因此必须 针对不同的研究尺度有选择的应用该方法来探讨景观空间分异特征对水质的影响程度。     

不同尺度下城市景观综合指数的空间变异特征研究

在GIS与RS技术支持下,采用5 m分辨率的SPOT遥感图像数据,从城市土地利用角度,利用半变异函数对不同尺度的景观多样性、聚集度与分维数的空间变异进行了定量分析.结果表明,不同尺度下3种指数的空间变异具有相似特征,各个尺度上都具有空间依赖性,尺度越小,空间依赖性越大,空间变异的细节更显著,空间自相关性对总体变异的贡献逐渐增加,但尺度过小,有时会破坏景观内部结构.不同指数的半变异函数模型在相同尺度上差异显著,说明不同景观指数在不同尺度下的半变异函数模型不具可比性.就研究上海市内部土地利用结构而言,1 km的幅度是较合适的空间尺度.景观指数空间变异特征是尺度的函数,尺度对景观格局的影响不能忽视.景观综合指数对尺度响应的生态过程揭示了上海城市空间结构的规律性:在小尺度上的复杂无规律性,中尺度上的多中心性和大尺度上的圈层结构性,但各个尺度是相互依赖的,没有绝对界限.     

不同时空尺度下土地利用对洱海入湖河流水质的影响

土地利用与入湖河流水质的关系存在时空差异。以洱海西部入湖河流及其小流域为研究对象,综合空间分析和数理统计手段,探讨两者随空间尺度和时间变化的关系,结果表明:选取的小流域、河岸带30m缓冲区、河岸带60m缓冲区和河岸带90m缓冲区4种尺度下,对入湖河流水质影响显著的土地利用类型为建设用地和植被(包括林地和牧草地),影响最大的空间尺度为小流域尺度,河岸带30m缓冲区次之;小流域尺度下,建设用地面积百分比与入湖河流COD和TP浓度呈正相关,植被面积百分比与NH_4~+-N浓度呈负相关,响应土地利用的主要水质指标为TN和TP,回归调整系数分别为0.624和0.579;季节性关联分析表明建设用地与COD、NH_4~+-N、TP的回归关系在雨季强于旱季,植被与COD、TP的回归关系在雨季强于旱季,雨季建设用地和植被面积变化引起COD浓度变化更快。在流域管理中,针对植被覆盖率低、建设用地占比高的白鹤溪和中和溪应重点加强雨季土地利用管控,增加植被覆盖率,合理开发建设用地。     

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.     

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...     

Amount and spatial distribution of habitats influence occupancy and dispersal of frogs at multiple scales in agricultural landscape

Agriculture changes the aquatic and terrestrial habitats used by animals, affecting their responses to matrix permeability. Here, we evaluated the impacts that resulted from the replacement of native vegetation with pastures on habitat occupancy, colonisation and local extinction of two Neotropical frogs with contrasting ecological strategies, Leptodactylus bufonius and L. chaquensis. We conducted fieldwork during two reproductive seasons in 50 temporary ponds in the Brazilian Chaco. We used site occupancy models in a multi-scale approach to identify landscape changes affecting population parameters and to determine the scale of interaction between species and the landscape. At local (10 m) and scales ≤400 m, increased pasture proportion limited the availability of bare soil required by males of L. bufonius to build mud chambers for reproduction and decreased proportion of shrublands affecting L. chaquensis occupancy. At larger spatial scales (>400 m), landscape modification limited dispersal of the smaller species L. bufonius. We found that the amount of habitat available is important in maintaining population parameters such as occupancy. However, our results highlight that the spatial distribution of habitats may also play an important role in the persistence and mobility of frogs in agricultural landscapes and that it is possible to identify a scale of effect in such anthropic landscapes. We recommend the consideration of reproductive and dispersal requirements of amphibian species, along with body size, as predictors of the spatial scale for management of populations in farmlands.     

扎龙自然保护区不同空间尺度景观格局时空变化及其生态风险

景观格局变化下的区域生态风险研究可以为保护区域景观生态系统健康,实现区域资源的合理和可持续利用提供重要科学依据。以扎龙自然保护区为研究区,利用遥感手段提取景观类型信息,定量分析不同空间尺度下研究区景观格局时空变化特征和演变规律。根据研究区景观格局变化特点构建景观生态风险指数,对研究区不同时期空间尺度变化过程中景观生态风险时空变化特征进行分析。研究表明:1995—2010年研究区不同空间尺度下景观总体格局和各景观类型格局变化显著,呈现不同变化特征;景观生态风险随空间粒度的增大而减小。对比分析两期数据,研究区景观生态风险加剧,其空间分布均呈环形扩散特征。根据本研究区区域面积大小和景观格局复杂程度,确定了景观格局和景观生态风险研究的适宜尺度域。