艾比湖区域景观格局与河流水质关系探讨

为进一步明确景观格局对河流水质的影响.本研究选择新疆艾比湖区域为研究对象,以28个水质采样点为中心,建立100、200、300、400 m的河流缓冲区,并提取土地利用/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,利用多元线性回归探讨研究区不同宽度缓冲区土地利用/覆被-景观格局变化对河流水质的影响,获得水质管理的有效缓冲区.结果表明：①2015年5月,在艾比湖区域测得的18个地表水水质指标中提取TDS、SO₄^2-、NH₄⁺-N、HCO₃^-、Na⁺和TP这6个水质指标.②对斑块密度（PD）、最大斑块指数（LPI）、边缘密度（ED）、景观形状指数（LSI）、蔓延度指数（CONTAG）进行统计分析,发现人类活动在4个缓冲区内强弱不均.③本文在不同尺度的缓冲区下,将PD、LPI、ED、LSI、CONTAG和TDS、SO₄^2-、NH₄⁺-N、HCO₃^-、Na⁺、TP分别进行相关性分析,发现300m缓冲区相关性最为显著.④在300m缓冲区内,通过多元线性回归分析,将TDS、HCO₃^-与其各自对应的景观指数的关系进行定量化表达,进一步探明区域流域地表水与周围一定缓冲区范围内的景观格局的内在关系.     

不同缓冲区的土地利用方式对地表水水质的影响：以海河流域天津段为例

探明土地利用方式与水质的关系对改善地表水环境具有重要意义.基于2021年天津市16个国家地表水水质监测站的月数据及土地利用数据,利用GIS空间分析和数理统计方法研究不同尺度缓冲区的土地利用方式对地表水水质的影响.结果表明：①研究区土地利用类型以建设用地、耕地和水域为主,对河流水质影响显著.除水温（WT）和pH外,耕地、建设用地和水域与各水质指标均呈负相关;林地和草地与溶解氧（DO）和总氮（TN）呈正相关,与其他水质指标均呈负相关.②水质指标在不同季节表现出明显的空间差异.pH、DO与TN浓度在旱季较高,而高锰酸盐指数、氨氮（NH₄⁺-N）与总磷（TP）浓度在雨季较高.③冗余分析（RDA）结果表明,800 m缓冲区土地利用对旱季水质变化具有最大的解释能力（50.4%）,而3 000 m缓冲区土地利用可以最大程度解释雨季水质变化情况（49.6%）;从旱雨季的平均解释率来看,3 000 m缓冲区是天津市土地利用对水质指标的最佳影响尺度（50.0%）;④偏最小二乘回归（PLSR）分析可知,3 000 m缓冲区内建设用地、耕地和水域是影响地表水水质变化最显著的地类.旱季大多数水质指标PLSR模型的预测能力比雨季强.在旱季,除WT和pH外,其余水质指标均受耕地的影响最大.在雨季,建设用地对WT和NH₄⁺-N浓度的影响最大,其余水质指标的最重要影响因子仍是耕地.研究表明合理规划河流或湖库3 000 m内的土地利用方式有利于改善地表水水环境质量.     

不同空间划分方式下袁河流域景观结构对水质的影响

近年来景观结构的水文效应受到关注,研究不同空间划分方式下景观结构对河流营养盐、重金属变化的影响机制对于流域生态保护具有重要意义.本文于2018年7月和2019年1月在袁河干流及支流38个采样点采集水样,测定水体营养盐类污染指标（DO、NO₃^--N、NH₄⁺-N、TP和DOC浓度）和重金属类污染指标（Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Cd和Pb浓度）.基于前向变量选择、冗余分析等方法,筛选景观结构指标,量化其在不同尺度下对水体营养盐、重金属变化的影响.结果表明：①农田、斑块密度（PD）、斑块聚集指数（COHESION）及散布与并列指数（IJI）是影响水体营养盐变化的主要指标.林地、建设用地（Res）、平均最近邻体距离（ENN_MN）和最大斑块指数（LPI）的组合是影响重金属变化的主要指标.②在河岸缓冲带与圆形缓冲区划分方式下,景观结构均在100 m尺度对营养盐变化解释能力最强,平均解释率分别为31.5%、24.3%,均在1000 m尺度对重金属变化解释能力最强,平均解释率分别为32.0%、42.6%.③100 m河岸缓冲带和子流域尺度分别是景观结构影响水体营养盐、重金属变化的最佳空间尺度,平均解释率分别为31.5%、42.8%.以上结果表明,针对水体不同的污染类型,采用对应的划分方式及缓冲尺度有助于提高定量分析精度,为流域水环境保护、景观优化与管理提供科学依据.     

抚仙湖梁王河流域农业耕作与流域水质响应关系研究

以抚仙湖北岸梁王河流域为研究对象,选取流域中2种典型耕作方式水稻-小麦（R-W）轮作和烤烟-豌豆（T-P）轮作的农田.通过对农田地下水和梁王河水的同步观测及农田耕作情况的调查,发现移栽、施底肥、追肥及排水等耕作措施使地下水中TP、PO^3-₄-P、TN、NO^-₃-N和NH⁺₄-N含量在短时间尺度内有明显升高.农田作物在不同生育期对养分的吸收规律与地下水中的TP、PO^3-₄-P、TN、NO^-₃-N和NH⁺₄-N含量在长时间尺度上响应关系明显,作物处于对相应养分吸收高峰期时地下水中该养分含量就会明显降低,反之则会升高.梁王河水TP和PO^3-₄-P的含量在流域农田全处于耕作期时要比流域部分农田处于休闲期分别低5.8%和21.7%,而TN、NH⁺₄-N及NO^-₃-N含量在流域农田全处于耕作期要比流域部分农田处于休闲期分别高11.5%、242.6%和9.55%.     

三江平原农田渠系中氮素的时空变化

以三江平原开发强度不同的浓江上游段和别拉洪河中游段的农田排水渠系为研究对象,根据毛、农、斗、支、干5个渠道级别设采样点,分析TN、NH⁺₄-N和NO^-₃-N在渠系中的时空变化规律及其影响机制.结果表明,别拉洪河中游段渠系中的TN、NH⁺₄-N和NO^-₃-N浓度大于浓江上游段;TN、NH⁺₄-N、NO^-₃-N的浓度峰值沿着渠系从低级向高级移动,浓江上游段峰值出现的最高级别是干渠,而别拉洪河中游段是斗渠;多等级的排水渠系对氮素起到了一定的截留作用,且别拉洪河中游段渠系对氮素的截留大于浓江上游段;2个渠系中的TN、NH⁺₄-N的季节变化趋势相一致,6～9月逐月减少,而NO^-₃-N的季节变化不明显且没有规律;TN与NH⁺₄-N、NO^-₃-N呈显著性正相关,浓江上游段TN与NH⁺₄-N、NO^-₃-N之间的关系适合幂函数模型,而别拉洪河中游段适合三次曲线模型;通过多元回归分析得到别拉洪河中游段渠系中的TN浓度与NH⁺₄-N、NO^-₃-N之间的关系模型可以解释78%的TN浓度.     

合肥环城公园景观水体水质特征及环境质量评价

2018年10月—2019年5月,在合肥市环城公园6个景观水体各布设3个采样点位,按每半月1次的采样频率采集水样,据此开展水质特征分析和富营养化评价.结果表明：①各水体磷污染指标波动较明显,氮污染指标波动则相对较小;②整个研究期间各景观水体的EC、ORP、NH₄⁺、SRP、COD、Chl-a等大体呈上升趋势,TN和NO₃^-呈下降趋势,除南淝河、黑池坝景区和逍遥津公园水体TP呈上升态势外,其余水体TP均存在降低趋势;③根据水质评价结果,各景观水体TN污染严重超标,逍遥津和包河公园水体NH₄⁺、TP、COD污染状况相对较轻;④水体富营养化评价结果表明,各景观水体处于中富营养化状态;⑤逍遥津公园、包河公园水体水质均与南淝河、黑池坝景区水体存在极显著的差异性,包河公园与雨花塘水质表现出显著的差异性;⑥聚类分析结果将黑池坝和南淝河归为污染严重一类,雨花塘和银河公园归为污染较重一类,而将逍遥津和包河公园归为污染相对较轻的一类.     

深圳市2015~2021年雨源型河流水质时空变化及其对降雨的响应

雨源型城市河流水容量偏小,缺乏动态补充水源,易受污染.基于深圳市2015~2021年全市（不含深汕）9大流域的21个水质指标数据和逐日降雨数据,利用单因子指数评价、综合污染指数、层次聚类分析和Pearson相关分析等方法,研究深圳市河流水质时空分布特征及特征污染物对降雨的响应关系.结果表明：①2015年全区大部分断面水质都是劣Ⅴ类水,2018年10月后河流水质总体得到大幅度改善,与2018年深圳市开展治水专项活动背景一致,到2021年约62%的断面水质达Ⅰ~Ⅲ类水标准;②深圳市（不含深汕）西部人口稠密地区的水质污染较东部更严重,河口和支流下游水质污染较上游更严重;③深圳市坪山河、龙岗河、茅洲河和深圳河的水质受降雨的影响显著;④深圳市河流的主要特征污染指标是DO、COD、BOD₅、NH₄⁺-N、TP、高锰酸盐指数、石油类和阴离子表面活性剂;对于坪山河和龙岗河,降雨使TP和NH₄⁺-N指标浓度升高;对于茅洲河,降雨使TP和COD指标浓度升高;对于深圳河,降雨使COD、TP和NH₄⁺-N指标浓度升高.以上结果能够揭示深圳市雨源型河流水质时空变化情况及其对降雨事件引发的非点源污染的响应关系,为深圳市打造更高品质水环境提供科学参考.     

淡水沼泽湿地泥炭沉积中氮素分布特征

采用冬季采样,现场分层的方法,系统地研究了我国面积最大的淡水沼泽湿地--三江平原沼泽湿地中河床-河漫滩型泥炭地和谷底洼地型泥炭沉积中TN、NH₄⁺-N和NO₃^--N的分布特征.结果表明,在不同沉积层中,NH₄⁺-N、NO₃^--N明显富集于Aso层,TN在Hil层含量最高.TN含量随着泥炭粒级的减小而明显增加,NH₄⁺-N主要分布在粒级0.149～0.074mm的泥炭机械组分中,NO₃^--N主要分布在粒级0.03～0.149mm的泥炭机械组分中.     

生物滤池A/O工艺处理焦化废水研究

采用具有特定载体的生物滤池A/O工艺处理焦化废水.废水含有高浓度酚类化合物,COD和NH⁺₄-Ｎ分别约2?000 mg/L和260 mg/L.在HRT为60　h时,COD和NH⁺₄-Ｎ平均去除率分别达到了87.0%和91.6%,最佳条件下出水NH⁺₄-Ｎ浓度达到了国家一级排放标准.生物滤池A/O工艺高效去除了原水中小分子质量的酚类化合物,出水中有机物主要分布于10?000～30?000相对分子质量范围,且含有—OH、CO、C—O等官能团和苯环结构.由于载体的支持和保护作用,大量微生物固定于载体的表面和内部,实现了COD、NH⁺₄-Ｎ和TN的同时去除.生物滤池A/O系统具有运行稳定、抗冲击等优点.     

人工湿地对城市生活污水的深度净化效果研究：冬季和夏季对比

采用改进的三级串联垂直流人工湿地对大连2个典型城市污水处理厂的二级出水进行深度净化处理,在大连户外自然条件下常年连续运行,对该人工湿地在夏季、冬季和初春气候条件的运行效果进行对比,重点考察了其对COD、 TN、 NH⁺₄-Ｎ和TP的去除效果.其中夏季（6～8月）COD、 TN、 NH⁺₄-Ｎ和TP平均去除率分别达到了88.5%、 76%、 100%和98%,冬季（11月～次年1月）去除率分别达到了88%、 85.3%、 86.4%和97%;初春(2～4月)去除率分别达到了87.7%、 76.7%、 70.3%和95.5%.夏季、 冬季和初春出水水质为：COD为2.8、 3.8和3.9 mg·L^-1;TP为0.02、 0.05和0.07 mg·L^-1;TN为6.8、 2.9和9.2 mg/L;NH⁺₄-Ｎ为0.01、 0.3和8.1 mg/L.结果表明,该人工湿地对大连城市生活污水深度净化效果显著,其中COD和TP去除效果稳定,出水水质好于《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）Ⅲ类质量标准;而出水中TN和NH⁺₄-Ｎ分别达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级A和一级B标准.各污染物在夏季、 冬季和初春的脱除负荷分别达到了COD为4.9、 5.1和5.0　g·(m²·d)^-1;TN为3.4、 3.0和5.5　g·(m²·d)^-1;NH⁺₄-Ｎ为0.2、 0.6和3.7　g·(m²·d)^-1;TP为0.15、 0.30和0.28　g·(m²·d)^-1.对比不同季节人工湿地对各种污染物的去除率及脱除负荷,各污染物的去除受季节影响并不显著,但是NH⁺₄-Ｎ和TN的去除受进水污染负荷影响较大.     

武汉城市群城镇用地空间扩展时空特征分析

基于Landsat影像数据,利用遥感和GIS技术获取了武汉城市群地区3个阶段(1980—1990、 1990—2000、 2000—2010年) 的城镇用地信息,采用城镇扩展指数和城镇扩展模型分析了城镇用地扩展的时空格局、 过程及其驱动力。结果表明:①武汉城市群城镇用地空间迅速扩张,三个时段内的城镇扩展强度指数依次为0.073 2、 0.028 9和0.099 3,呈现显著的阶段性与波动性特征;②城镇用地扩展格局具有明显的空间集中性,主要表现为以武汉为扩展中心的圈层状形态,沿武汉三环、 京广线等交通干道的轴带分布形态,不同阶段的扩展格局各具特质;③城镇用地扩展呈现"一核四带"、 "一核一带"和"三核六带"的空间扩展轨迹,与经济发展的阶段性具有明显的耦合关系;④经济体制改革、 国家非均衡发展战略、 "两型"社会建设以及长江黄金水道、 京广大动脉等交通干道建设是武汉城市群地区城镇用地变化的主要驱动因素,但各时期的主导驱动机制有所差别。     

2003~2013年中国湿地变化的空间格局与关联性

以全国两次湿地资源调查数据为基础,借助ArcGIS可视化平台,采用标准差椭圆和空间自相关等方法,分析中国湿地变化的空间格局,揭示湿地变化的空间关联性.结果表明：①中国湿地存在明显的动态变化和分区特征,总湿地椭圆中心向正西方向移动,自然湿地与人工湿地的空间分异程度在增加;②人工湿地变化不存在显著的空间自相关性,自然湿地变化则存在显著的空间正相关性,表现出空间集聚状态,并产生了1个热点集聚区分布于青海、西藏和四川,1个独立热点区分布在内蒙古和1个冷点区分布在河南.Moran''s I统计表明自然湿地变化表现出空间变化上的连续性,人工湿地变化表现为空间随机性;③自然湿地保护效果表现出湿地保护高效区、低效区和不稳定区三大类分级特征,可细分为5小类.Moran统计能有效识别自然湿地变化的空间关联性,划定湿地保护效果,从而有利于明确湿地保护的地区差距,为系统制定湿地保护与管理决策提供依据,也为湿地保护效果评定研究提供新方法应用.     

松花湖水质空间差异及富营养化空间自相关分析

为识别中国东北地区最大的人工湖——松花湖水质空间差异与富营养化的空间分布特征,运用方差分析与因子分析对丰满水库主库区、松花江三湖保护区实验区和蛟河回水区这3个区域2017年的水质采样检测结果进行了分析,运用综合营养状态指数法评价了湖区的营养状况,采用空间自相关分析对松花湖湖区富营养化水平的空间相关性与聚集度状况进行了研究.主要结果如下：①方差分析结果表明,除溶解氧（DO）与叶绿素a（Chla）外,总氮（TN）、总磷（TP）、水温（WT）和pH值在松花湖3个区域内存在显著性差异（P<0.05）,其中TN与TP区域差异最为明显;②因子分析结果表明,气候条件因子（WT）、营养盐因子（TN、TP）与藻类生物量因子（Chla）变化主导着湖区水质的变化;③综合营养状态指数法结果表明,松花湖湖区营养状态整体为轻度富营养化,3个区域的富营养化水平由强到弱依次为：蛟河回水区 > 丰满水库主库区 > 松花江三湖保护区实验区;④全局空间自相关的结果表明,湖区富营养化水平整体呈现显著的正空间自相关关系,由于区域富营养化水平影响范围较大,松花湖富营养化水平的空间异质性不强;⑤局部空间自相关的结果表明,蛟河回水区的中部及北部地区是湖区富营养化水平的热点（高/高集聚）区域（P<0.01）,松花江三湖保护区实验区的中部是湖区富营养化水平的冷点（低/低集聚）（P<0.05）.因此进行松花湖水环境治理时,应将富营养化防治的重点区域落在蛟河回水区与丰满水库主库区.     

多尺度PM_(2.5)分布特征的空间插值与遥感反演对比

精确识别污染物浓度的空间分布是进行区域大气污染防治的重要基础。利用MODIS卫星数据,采用基于地面气象和环境空气质量监测站点观测数据为基础的反演模型,反演获取2013年12月珠三角地区典型大气污染过程1 km分辨率的PM_(2.5)浓度数据,对比分析遥感反演及基于环境空气质量监测站点观测数据的空间插值方法对区域、城市和乡镇尺度PM_(2.5)浓度空间分布特征的再现效果差异。结果表明,珠三角地区PM_(2.5)遥感反演结果与地面观测数据的相关性达到0.74,相关性水平较好,遥感反演结果可描述区域、城市和乡镇尺度上PM_(2.5)污染浓度的空间分布特征,识别不同空间位置的污染程度差异;基于站点观测数据的空间插值方法对PM_(2.5)浓度空间分布特征的再现能力有限,在区域尺度PM_(2.5)浓度空间分布特征分析时效果尚可,在站点有限的城市和乡镇尺度分析中效果不佳,容易产生对高浓度污染地区的误判;在需要利用站点观测数据分析区域尺度PM_(2.5)浓度空间分布特征时,析取克里金、反距离权重或径向基函数插值方法的效果相对较好。     

景观空间格局的定量化

根据栅格化数字图的数据,本文讨论景观信息理论指数:根据Shannon熵进行各种度量,如:度量多样性和聚集度;以及根据条件熵进行度量,如:一种新的指数,可以替代聚集度的度量,从而避免与多样性高度相关的缺点.另外,在这里还介绍一种测量方法,即在大尺度图中含多少小尺度图的信息.     

中国采煤沉陷区空间格局与治理模式

大面积的采煤沉陷区引发严重的社会和环境问题,得到政府和学术界的广泛关注。与传统以自然条件为基础的沉陷区复垦研究不同,考虑采煤沉陷区自然生态因素和区域经济发展条件,从综合治理的角度出发,分析中国采煤沉陷区整体格局和面临的社会经济风险,深入研究各地采煤沉陷区综合治理路径。结果表明：中国采煤沉陷区面积预计超过60000 km²,其中与城乡建设用地和耕地叠压的面积分别达到4500 km²和26000 km²,涉及人口达2000万左右,其中山西和山东两省采煤沉陷区的影响最为严重;从区域特征来看,中国采煤沉陷区有开发利用、环境修复、民生保障、异地搬迁四大主要治理导向,进一步结合社会经济和空间特征,可以将沉陷区分为环境适应发展型、基础设施完善型、特色产业带动型、环境修复型、民生保障型、异地搬迁型六个治理类型。     

区域粮食储备的地区差异与规模确定分析

粮食储备对维护粮食安全和保障社会安定具有重大意义。在我国粮食产供需的时空差异持续加剧背景下,以省域为单元,利用空间探索性分析法研究我国近年来区域粮食储备的时空演变和地区差异,并利用空间计量模型对区域粮食储备规模的影响因素进行分析,给出分区域的粮食储备规模确定方式。结果发现：我国粮食储备具有显著空间正相关性,高储备区向东北地区扩展,低储备区进一步向西部地区转移,两者的显著集聚范围逐渐扩大,致使地区差异逐渐增大;区域粮食储备规模与粮食生产能力、人口规模、经济发展、灾害影响、交通条件和社会影响力紧密相关;综合考虑空间效应和相关因素确定区域粮食储备规模,为我国分区域粮食储备研究提供新思路。     

南京市景观生态空间格局动态变化研究

对南京市1988年、1995年、2003年的景观空间格局动态变化研究,结果表明:南京市域的整体景观多样性指数、均匀度指数、破碎度指数逐渐增加,优势度指数、面积变异系数呈现减小的趋势;各种景观类型的景观指数在不同时期差别较大,旱地的平均斑块面积则逐年减小,其他几种景观类型的平均斑块面积都呈现增大的趋势;六个区域的景观格局特征差异较大,景观多样性指数、均匀度指数、分离度指数以南京市区为最高;聚集度指数以高淳为最高,六合次之,南京市区为最小;形状指数以江宁为最高,六合次之。