浑太河流域多尺度土地利用/景观格局与水质响应关系初步分析

选取浑太河流域为研究对象,采用GIS、相关性分析、多元线性回归分析等多种数理统计分析技术,从子流域和河岸缓冲区尺度分析了土地利用、景观格局对河流水质的影响。结果表明:农业用地面积比例在子流域和1000m河岸缓冲区尺度与NH4+-N、TN、BOD5和COND呈正相关;林地用地面积比例在子流域尺度和河岸缓冲区尺度均与CODMn呈负相关,在300m、400m、1000m河岸缓冲区尺度与TN呈负相关,在1000m河岸缓冲区尺度与COND呈负相关,在子流域与1000m河岸缓冲区尺度与NO3-呈正相关;草地在子流域尺度与NH4+-N、TN、TP、Chl、CODMn呈正相关;建设用地面积比例在子流域尺度与BOD5、COND、TN呈正相关。CONTAG在河岸带缓冲区尺度与COND、TN呈正相关,在子流域和河岸缓冲区尺度与均CODMn均呈正相关,在河岸缓冲区尺度与NO3-呈负相关;PD在子流域尺度上与TN呈正相关,ED在子流域尺度上与NO3-呈正相关,与NH4+呈负相关;SHDI在子流域与河岸缓冲区尺度与NO3-均呈负相关。相对于河岸缓冲区尺度,土地利用类型在子流域尺度上对水质的影响更为显著,表现在调整判定系数Adjusted R2更大。而景观格局指数中对水质影响最大的是CONTAG,相对于子流域尺度,CONTAG在缓冲区尺度上影响更为显著。     

入太湖河流武进港的区域景观格局与河流水质相关性分析

以武进港区域为例,通过遥感解译得到土地利用分类数据,以区域7个水质监测断面为中心生成缓冲区,并借助FRAGSTATS软件计算各用地类型面积比例以及斑块数量(NP)、面积加权斑块分型指数(FRAC_AM)、香农多样性指数(SHDI)、香农均匀度指数(SHEI)、蔓延度指数(CONTAG)等5个景观格局指数,从组成属性和空间属性两方面表征景观格局,进而分析景观格局与河流水质的相关关系.结果表明,区域景观格局与河流水质有显著相关关系:建设用地的面积比例与污染指标呈显著正相关,表明建设用地为区域污染物产生和输出的主要用地类型,也是影响河流水质的关键因素;而耕地的面积比例与污染指标呈显著负相关;各景观指数与水质均存在关联,特别是SHDI和SHEI与污染指标体现了明显的负相关,CONTAG与污染指标体现出明显的正相关.     

艾比湖典型区域景观格局及累积环境效应研究

选取新疆艾比湖典型区域为研究区,以1990、1998、2010和2013年的Landsat卫星影像为基础数据源,通过RS、GIS技术和景观生态学方法,采用5种景观格局指数分析了景观变化及累积环境效应。结果表明:(1)1990-2013年间景观格局变化较大,斑块数增长33.9%,除林地、水体和其它类型土地面积,其余斑块面积都有所增加,景观优势度从0.80减小到0.47,均匀度从0.59增加到0.76,景观类型向多样性、均匀性发展。景观破碎化程度降低,但人类对景观干扰度仍然增强。(2)产生的环境累积效应包括荒漠化和盐渍化程度加深,生态系统服务价值降低等方面。(3)综合了艾比湖自然与人为因素分析研究1990-2013年的湖面面积变化的因素,得出艾比湖湖面面积与蒸发量、总人口、耕地面积、牲畜和沙尘日数的相关性较好。该研究对保护艾比湖典型区域自然保护区,控制工农业生产规模,发展生态农业和工业循环经济等提供依据,对艾比湖典型区域生态系统有着重要意义。     

东江源流域不同空间尺度景观格局对水质影响分析

以东江源流域为研究区,基于水质监测和土地利用类型数据,综合运用景观指数法、相关性分析和冗余分析,研究了2017~2019年水质空间变化特征,揭示了东江源流域景观格局与水质的响应关系.结果表明：①东江源流域水质整体偏好,但寻乌水总氮污染仍旧严重,截至2019年,全部监测点总氮年均浓度都超过Ⅲ类水质标准限值.②景观水平上,水质与景观形状指数、斑块个数和香农多样性指数呈正相关,与最大斑块指数和聚集度指数呈负相关.类型水平上,建设用地是东江源流域总氮和总磷输出的主要来源;林地景观形状指数和斑块个数与氨氮呈正相关,林地斑块个数与总磷呈正相关,林地最大斑块指数和聚集度指数与总磷呈负相关;草地斑块个数与总磷呈正相关,草地聚集度指数与总磷呈负相关.③重视监测点2000 m缓冲区范围内景观格局的优化,增强林草地连通性,合理配置城镇污水集中处理设施,强化废弃矿区治理,加强耕地集约化处理,在耕地集中分布区域增强其岸边防护林建设,有助于提高东江源流域水生态功能.     

景观格局对河流水质影响的尺度效应Meta分析

景观格局决定了陆域污染物的源汇过程,是影响河流水质状况的关键因素.由于尺度效应,不同尺度下景观格局与河流水质关系的研究结果不尽相同.然而,景观格局对河流水质影响的尺度效应问题尚缺乏系统研究.收集了国内外4 041条研究数据,采用Meta分析法定量分析了不同尺度下景观格局对河流水质的作用特征,识别了影响河流水质的关键时间和空间尺度以及景观指数.结果表明,相对于降水事件、平水期和年际尺度,丰水期下景观格局对河流水质的影响最大;相对于流域尺度,缓冲区尺度的景观格局对河流水质的影响更大;丰水期-缓冲区尺度是景观格局影响河流水质的关键时空耦合尺度.与耕地、水域、草地以及流域整体景观相比,林地和城镇用地的景观格局对河流水质的影响更大;破碎度是影响河流水质最重要的景观格局因子.在河流水质治理中,应重点考虑缓冲区的景观配置,增加缓冲区林地面积、减少林地和水域的斑块密度和减少城镇用地的面积占比和聚集度,以有效保护河流水质.     

多空间尺度景观格局与地表水质响应关系研究

截至2020年底,北京市已建成466条生态清洁小流域,其中,密云水库上游(北京境内)179条小流域,将于2022年底全部达到生态清洁小流域标准.本研究对密云水库流域进行子流域划分并创建缓冲区,通过汛期水质监测,结合统计分析和景观格局指数计算,量化不同空间尺度景观格局和水质的响应关系.结果表明:①密云水库主要河流水质除总...     

南京市九乡河流域景观格局空间分异对河流水质的影响

定量探讨不同景观格局与水质关系对于指导城市景观规划、保护周边水环境具有重要意义.以南京市九乡河流域为研究区域,基于2009年的Quick Bird影像和2009年10月～2010年9月的水质实时监测数据,利用GIS空间分析技术以及统计分析的方法,从景观水平和类型水平2个方面分析了流域景观格局空间分异对河流总氮(TN)、总磷(TP)、高锰酸盐指数和氨氮(NH4+-N)的影响.结果表明,流域的大部分景观类型与河流TN、TP、高锰酸盐指数和NH4+-N浓度存在显著的相关关系:建设用地和未利用地的面积比例与TN、TP、高锰酸盐指数和NH4+-N浓度显著正相关,林地的面积比例与这些指标呈显著负相关,而耕地的面积比例与TN、TP、高锰酸盐指数和NH4+-N浓度相关性不显著;从景观水平上看,流域景观以少数类型大斑块为主或同一类型的斑块高度连接时,河流中TN、TP、高锰酸盐指数和NH4+-N浓度较低,水质较好;但针对具体的景观类型有所不同,建设用地、未利用地以及耕地的集中连片分布会引起TN、TP、高锰酸盐指数和NH4+-N浓度的上升,而林地的大面积分布则对这些指标具有相反的效应.     

城市化下景观格局对河流水质变化的空间尺度效应分析

研究不同空间尺度上景观组成与结构变量对城市河流水质的影响程度和机制对于流域生态保护具有重要意义.以汉江流域襄阳城区段8个水质监测断面为中心,利用GIS软件以河流为对象生成8种空间尺度的缓冲区域,采用景观格局指数、冗余分析等方法与模型,识别景观格局对河流水质影响最有效的河岸带空间尺度,以及其与水质的相互关系.结果表明:①总体上农用地和城市用地的面积占比随缓冲区宽度上升而增加,而其他景观类型呈相反的变化特征.②景观格局在不同宽度缓冲区内对河流水质的影响具有空间尺度性,在300 m宽度解释能力最大,达到了78.5%.③景观组成变量中仅园地的面积比例(PLAND_(GAR))在400 m宽度上与水质指标存在相关关系.④影响水质变化的主要景观类型在小尺度上是城市用地,相对较大尺度上是林业用地,并且城市用地和林业用地的斑块密度(PD_(URB)和PD_(FOR))对河流水质的负面影响最为显著.结果反映了300 m宽度是景观格局对水质变化的最佳临界区,景观组成变量对水质的影响程度小于景观结构变量.同时,不同景观类型对水质的影响机制也具有差异性,林业用地分布越密集、面积越大对进入水体的污染物净化作用越明显,而分散分布的城市区域对水质退化的作用显著.园地和草地因种植方式的差异对水质变化有一定的影响;而农业用地与水质之间没有发现显著的相关性.研究结果可以从宏观尺度上为流域水环境保护、景观优化与管理提供科学依据.     

九龙江流域土地利用/景观格局-水质的初步关联分析

选取哑热带中尺度流域九龙江为研究对象,运用空间分析与统计分析方法,从全流域和河岸缓冲区尺度分别建立了九龙江流域2002年和2007年土地利用、景观格局与河流水质的关联.结果表明,2002年和2007年土地利用/景观格局-水质的关联基本一致,表现为建设用地面积比例与BOD5、NO3--N、NH4+-N和高锰酸盐指数呈负相...     

景观类型与景观格局演变对洪泽湖水质的影响

基于Landsat序列遥感影像数据解译进行了景观类型分类,分析了2008-2018年洪泽湖16个监测点位水质数据变化特征,从流域尺度研究了景观类型和景观格局演变对湖区水质的影响机制.研究结果表明,洪泽湖区主要水质风险指标为总氮(TN)和总磷(TP),淮安南区域TN和TP浓度较高.2000年之前洪泽湖流域内景观类型主要为...     

不同尺度土地利用方式对鄱阳湖湿地水质的影响

基于鄱阳湖湿地30个采样点的实测水质数据,分析鄱阳湖湿地水质的现状及其与周边不同尺度土地利用方式的相关性.结果表明,鄱阳湖湿地水质介于Ⅲ类至Ⅴ类之间,平均处于Ⅳ类的状态.湿地水体主要污染物是总氮（TN）和总磷（TP）,叶绿素a（Chl-a）质量浓度和高锰酸盐指数值相对较低.不同尺度的土地利用方式与水质参数之间均存在显著的关联性,500 m缓冲区内的土地利用方式对高锰酸盐指数空间分异的解释度最大,而1 km缓冲区对Chl-a、TN、TP及总体水质空间分异的解释度最大.缓冲区尺度的土地利用方式对水质的解释度要高于小流域尺度.居民用地与所有水质参数呈显著正相关,耕地与TN、TP呈显著正相关.200 m缓冲区内的河流与TN、TP呈显著正相关,表明河流入湖口附近采样点的氮磷质量浓度较高,河流输入可能是鄱阳湖氮磷的重要来源.湖泊与Chl-a、TN和TP之间呈显著负相关,表明相对于鄱阳湖的主湖区,周边湿地起着污染物"源"的作用.该研究表明,控制小尺度（≤ 1 km）的土地利用格局、特别是居民用地和耕地的面积占比及河流污染物输入对于鄱阳湖的水质保护十分重要.     

城郊流域源汇景观格局与水体抗生素的关系

阐明城郊地区土地利用格局对水体抗生素的影响,对于维护水质安全和城乡居民健康具有重要意义.本研究以长三角典型城郊宁波樟溪流域为例,基于不同子流域定位监测,研究了城郊流域水体抗生素的组成和分布特征,基于源汇景观模型探讨了流域源汇景观格局特征对水体抗生素的影响.结果表明,不同子流域水体抗生素含量和种类存在较大差异,抗生素的浓度变化范围为1.12～53.74 ng·L^-1.景观分析表明研究区从上游到下游"源"景观的面积逐渐增大,而"汇"景观的面积逐渐减小.不同子流域水体抗生素的非度量多维尺度分析(NMDS)发现具有相似源汇景观格局的子流域水体抗生素组成和含量具有一定的相似性.土地利用的组成及其在海拔、坡度和距离上的分布都对水体抗生素浓度有不同程度的影响.相关分析和冗余分析(RDA)表明,源汇景观负荷比指数(LWLI)与水体抗生素浓度呈正相关关系,子流域LWLI越大其水体抗生素浓度越高.通过流域景观格局优化,使"源""汇"景观在空间上合理分布,可以减少水体抗生素污染.     

艾比湖流域河流水化学季节特征及空间格局研究

基于2016年5月和10月两次野外水质数据,综合应用空间分析和多元统计方法,系统分析了艾比湖流域河水水质的季节性特征及空间分布格局.结果表明:流域大部分地表水的SO_4~(2-)、Cl~-和HCO_3~-浓度并无显著差异,水化学类型处于水化学类型易变的区域.但结合Piper图可以初步判断艾比湖周边的水化学类型为SO_4~(2-)-Na~+型,精河及博尔塔拉河为HCO_3~--SO_4~(2-)-Ca~(2+)-Na~+型,奎屯河为SO_4~(2-)-Cl~--Na~+型.流域水化学组成整体的自然起源主要受自身蒸发-结晶作用与以碳酸盐岩为主的风化溶解作用的共同影响,大气降水的输入作用十分微弱.10月河流部分地区受农业、工业等人类活动影响,说明人为因素对流域内的水化学组成产生影响.结果研究可以为艾比湖流域水环境管理提供科学依据.     

湖南水府庙水库流域景观格局与水质特征关系分析

以湖南水府庙水库流域为例,在土地利用类型遥感解译结果以及水质监测数据基础上,选用景观和斑块类型2个水平上的景观指数,采用空间分析和Pearson相关分析、典范式对应分析等统计分析方法分析了该流域内景观格局特征,并探讨了景观格局与河流水质特征的之间的关系。结果表明：1）研究区土地利用类型与河流水质显著相关,其中林地面积所占比例与多数污染指标呈显著负相关,而耕地、建设用地面积所占比例与各污染指标呈正相关。2）景观格局在景观和斑块类型水平上对水质的影响表现出差异性,其中斑块破碎度在2个水平上对水质的影响均较大;斑块形状的复杂程度与水质均无明确相关性。3）景观格局在流域尺度上对水质影响的异质性表现在土地利用类型的空间分布以及各种景观类型的空间格局特征对河流中污染物源、汇的贡献和迁移转化的影响的差异性。     

不同时空尺度下土地利用结构与空间格局对苏州河水质的影响

土地利用与河湖水质的关系存在时空异质性.以上海苏州河为研究对象,基于2001、2005、2010、2015和2020年水质监测和土地利用数据,提取5种空间尺度（200、500、1 000、2 000和5 000 m河段缓冲区）的景观格局指数,采用相关分析和冗余分析,研究了多时空尺度下苏州河水质与缓冲带土地利用构成和空间格局特征的响应关系.结果表明：①苏州河水质近20年呈逐步改善趋势,TN是当前水体主要污染物.②不同尺度缓冲带土地利用均以建设用地为主,绿地林地占比呈小幅增长趋势.③缓冲带土地利用景观特征与水质存在关联性,并表现出时间和空间尺度效应.时间尺度上,建设用地、农业用地、景观优势度、聚集度和多样性指数与各项水质参数呈现出显著的相关性.就NH₄⁺-N、TP和TN而言,2010年呈现出与其他年份相反的相关关系.2001年土地利用景观特征对水质的总解释率最高,为93.65%.近10年来,绿地林地对水质的调控作用凸显.④空间尺度上,绿地林地、斑块数量、景观形状和多样性指数与大部分水质指标呈现出显著的相关性.绿地林地对NH₄⁺-N、TP和TN的正调控效应均以2 000 m尺度最强.斑块数量和景观形状指数在较大空间尺度上对水质的调控作用相对较强,而香农多样性指数则在小尺度上对水质起到较好的正调控作用.2 000 m尺度下土地利用景观特征对水质总解释率最高,为68.47%.研究表明,增加2 000 m缓冲区内绿地林地的面积并优化其景观配置将对苏州河水质保护具有积极作用.     

密云水库上游白河地表水质对不同空间尺度景观格局特征的响应

基于密云水库上游北京境内白河段9个监测断面的水质数据,利用多元统计分析方法分析不同空间尺度（100、200、300、500和1000 m）河岸带缓冲区土地利用景观格局特征与水质总氮（TN）和总磷（TP）的关联性,识别水质对景观特征响应的最佳缓冲区尺度.结果表明,密云水库上游北京境内白河周边土地利用景观格局对水质的影响随着河岸缓冲区不同宽度的变化而不同,在河岸小尺度缓冲区表现得更明显,对水质TN和TP空间分异解释的最佳尺度分别为300 m和100 m河岸缓冲区.300 m缓冲区尺度,耕地斑块密度和草地聚集指数是影响河流TN的主要指数.100 m缓冲区尺度,城乡居民点面积比例对河流TP影响显著.该研究表明,优化河岸缓冲区300 m宽度范围内的景观格局,特别是耕地和林草地的合理配置提高农业景观的连通性和聚集度以及岸边城乡居民点面积与污染物排放控制,对于改善北京境内白河段河流水质的生态功能和保障密云水库饮用水安全十分重要.     

艾比湖流域地表水水质指标与水体指数关系研究

传统的水域水质监测手段不仅成本高,而且空间信息有限,难以对相关水域进行全面的监测与评价.利用遥感技术进行水域水质监测可克服这些局限.本文以新疆艾比湖流域为研究对象,结合2015年5月实测水质数据和从准同步Landsat OLI数据上提取的水体指数值,利用空间分析和多元统计方法进行分析.结果发现,水体指数EWI、AWEIsh、Vegetation index(VI)、NDWI、NWI、NEW与水质指标之间的相关性显著(0.55≤r≤0.88).因此,选用以上6种水体指数与水质指标进行回归分析并建立数学关系估算模型,发现模型均方根误差均较低.利用同期实测数据对估算模型进行精度验证,发现验证判定系数高,验证点的相对平均误差偏低,均方根误差偏小.与此同时,利用2015年10月的40个采样点对模型进行二次验证,发现验证的判定系数满足0.22R20.81,模型的均方根误差较低.在估算模型中,总磷(TP)、五日生化需氧量(BOD5)、悬浮物(SS)、pH、色度和浊度两期数据的验证判定系数R2在0.5以上,均方根误差较小.因此,利用艾比湖流域水体指数建立的TP、BOD5、SS、pH、色度和浊度估算模型具有较好的普适性.该研究不仅可以为干旱区湖泊的遥感识别奠定基础,而且可为遥感技术应用于地表水水质指标值的提取提供一定的科学依据.