密云水库上游流域不同尺度景观特征对水质的影响

选取北京市饮用水源地——密云水库上游流域为研究区,采用空间分析、冗余分析与多元线性回归等多种方法,识别不同空间尺度及季节变化下景观格局与水质的相关关系.研究结果表明,研究区河流水质与流域景观特征显著相关,景观变量能够解释水质变异的58%.子流域面积对水质的影响最大,其他影响变量依次为居民用地比例、林地比例及聚集度指数.季节性流量变化与人为活动的强度对景观与水质关系有很大的影响;雨季前景观对水质的影响最弱,雨季中景观对水质的解释能力最强,雨季后景观对水质的影响减弱,略大于雨季前.岸边带尺度景观对于水质的解释能力要大于流域尺度.通过比较50m,100m,150m,300m4个尺度岸边带景观对水质的影响,发现100m宽岸边带内景观与水质关系最为显著.研究结果对岸边缓冲带的设计及水污染的控制具有指导意义.     

土地利用结构与空间格局对鄱阳湖流域中小河流水质的影响

为揭示土地利用结构与空间格局对中小河流水质的影响机制,于2022年1月与2022年7月在鄱阳湖流域3条中小河流的25个采样点收集水样.采用Bioenv分析、Mantel检验与方差分解量化不同空间尺度的土地利用结构与空间格局对水质的影响,使用广义加性模型拟合水质与土地利用结构与空间格局的关系,广义线性模型构建分段回归模型,并基于逐步递归法计算阈值.结果表明：①土地利用结构与空间格局对河流水质的平均解释率在丰水期（59.72%）大于枯水期（48.95%）;子流域与河岸100 m是土地利用结构与空间格局影响中小河流水质的关键尺度,平均解释率分别为54.70%和64.88%;土地利用结构与空间格局的共同解释部分是驱动河流水质变化的重要因素,占总解释率的66.90%.②土地利用结构对中小河流水质的影响具有显著的阈值效应,当子流域尺度下建设用地占比低于2%、耕地占比低于8%和林地占比高于82%,河岸缓冲区尺度下建设用地占比低于12%、耕地占比低于41%和林地占比高于49%时,均能明显改善水质.③空间格局对中小河流水质的影响也具有阈值效应但弱于土地利用结构,当子流域尺度下斑块形状值大于28.77和斑块多样性大于0.69,河岸缓冲区尺度下斑块形状值大于2.99和斑块多样性大于1.02时,均能改善水质.以上结果表明,加强对子流域与河岸100 m尺度的土地利用的管理,合理规划土地利用结构与空间格局能够有效地防止水质恶化.     

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.     

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.     

西枝江流域浮游植物群落结构特征与主要环境因子的关系研究

于2012年枯水期、丰水期与平水期(2、8、11月)在西枝江全流域开展浮游植物群落的种类组成、密度和生物多样性指数研究,并分析环境因子与浮游植物群落之间的关系.结果表明,西枝江流域共检出浮游植物6门98种,其中卵形隐藻(Cryptomonas ovata)为流域全年常见种,西枝江流域浮游植物种类数由上游至下游逐渐增加,且支流淡水河浮游植物种类和数量高于干流;西枝江流域水体浮游植物群落密度变化范围为2.2×104~6.72×106cell·L~(-1);Shannon-Weaver多样性指数、Pielou均匀度指数、Margalef丰富度指数评价结果表明,西枝江流域部分点位浮游植物群落生物多样性受到一定程度的损害.西枝江流域平水期总氮浓度显著高于枯水期、丰水期(p0.05);西枝江干流总磷全年差异不明显(p0.05),支流淡水河总磷在枯水期显著高于丰水期、平水期(p0.05).氮磷含量空间分布特征为淡水河高于西枝江下游高于西枝江中游,西枝江上游水质最优,且浮游植物指示种的演替与流域内水质变化情况相吻合;RDA分析结果表明,氮磷营养盐、T以及CODMn是西枝江流域浮游植物群落结构的重要影响因子.     

京杭运河常州段水质变化趋势及相关性分析

以京杭运河常州段水质监测数据为基础,研究了2010年至2014年近五年的沿线水质变化趋势,并借助SPSS软件对不同水期的高锰酸盐指数、氨氮和总磷的Pearson相关性进行了分析.结果表明:近五年京杭大运河常州段水质状况总体良好,主要污染指标为氨氮和总磷;不同水期水质变化显著,丰水期较枯水期和平水期水质好;高锰酸盐指数、氨氮和总磷显著相关,Pearson分析的显著性在0.01水平上.研究为京杭运河常州段的水质改善提供参考.     

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旱地（43.3%）,2000年后主要景观类型逐渐转变为水田（37.7%）和建设用地（23.6%）.建设用地、水田、入湖河流、围圩和围网养殖面积与湖区TN和TP浓度呈显著正相关,林地和草地面积与TN和TP浓度呈显著负相关.围圩养殖面积对TN浓度变异解释度最高,建设用地面积对TP浓度变异解释度最高,分别为47.6%和43.2%.近20年洪泽湖流域景观破碎度增大,斑块密度指数（PD）和蔓延度指数（CONTAG）与湖区TN、TP浓度呈显著正相关.建设用地、围网和围圩养殖面积增加以及景观破碎化增强与湖区TN和TP浓度上升密切相关.减少围圩和围网养殖的面积比例,控制建设用地和水田规模,降低生态空间景观破碎度,是维护和修复洪泽湖水质安全和水生态健康的重要抓手.     

中田河流域景观异质性对水体总氮浓度影响研究

土地利用变化使输移至河流的营养盐负荷发生变化从而导致地表水水质变化.研究景观异质性对营养负荷的影响程度对改善水质的最佳管理措施至关重要.本研究从2013年1~12月,对中田河流域干支流水系20个监测点的地表水总氮浓度进行了周年定点监测,考虑到流域单元的嵌套关系,选择7个土地利用结构和13个景观格局指数,探讨了景观异质性对中田河流域水体总氮浓度的影响.研究表明:1建设用地和草地对总氮浓度有重大影响,表现为建设用地会恶化水质,而草地可以改善水质;2景观斑块-形状指数、景观斑块-面积指数和建设用地是景观尺度上影响流域总氮浓度的主要因素;3回归分析进一步显示建设用地和景观斑块-面积指数对总氮浓度的贡献分别是67.31%和32.69%.     

南京市小型水库水质评价和富营养化分析

小型水库数量众多,在防洪、灌溉、供水、养殖和生态环境方面发挥了重要的作用。2018年7月(丰水期)和2019年4月(枯水期)对南京市37个小型水库水质进行了调查。丰水期总氮平均浓度1.01 mg/L,显著低于枯水期的1.49 mg/L。丰水期总磷平均浓度0.057 mg/L,枯水期0.055 mg/L,两个时期无显著差异。高锰酸盐指数(CODMn)丰水期平均浓度4.92 mg/L,不显著高于枯水期的4.58 mg/L。南京市小型水库丰水期以III类水为主(48.7%),V和劣V类占27.0%,影响指标为总氮和总磷;枯水期V类水比例较高(41.7%),其次是IV类水(30.5%),影响指标为总氮。两个时期富营养和中营养水库分别占比约55.0%和45.0%。平原型水库水质劣于丘陵型水库。结果表明,与大中型水库相比,小型水库水质更易受氮磷的影响,应重视小型水库的富营养化问题。     

洱海西部雨季地表径流氮磷污染特征及受土地利用类型的影响

云南高原平坝区地表径流是湖泊氮、磷的主要来源之一.为研究高原平坝区雨季地表径流氮、磷污染特征及受土地利用类型的影响,调查了洱海西部平坝区雨季的径流氮、磷形态特征,并结合遥感影像空间分析与SPSS等统计分析,从汇水区尺度和缓冲区尺度上研究土地利用类型与地表径流水质的关系.结果表明:①研究区雨季地表径流氮、磷质量浓度较高,ρ（TP）为0.16~0.77 mg/L,且以DIP（溶解性无机磷）为主（63.01%）;ρ（TN）为1.75~14.86 mg/L,且以NO₃--N为主（78.15%）.②汇水区尺度上城镇用地对ρ（TP）影响突出.环湖农村居民点对ρ（NH₄+-N）影响突出,耕地中的高施肥种植区对ρ（TN）、ρ（NO₃--N）影响突出;③在缓冲区500、1 000和2 000 m尺度下,随缓冲区距离增加,土地利用类型对地表径流水质的影响减小.研究显示,城镇用地与高施肥种植区对洱海西部雨季地表径流氮、磷质量浓度影响最大,土地利用类型随缓冲区距离增加对水质的影响逐渐减小.      

水稻种植对中亚热带红壤丘陵区小流域氮磷养分输出的影响

以湖南省长沙县的脱甲流域(高水稻种植面积比例)和涧山流域(低水稻种植面积比例)为研究对象,对比研究红壤丘陵地区典型农业流域水稻种植对河流水体氮磷浓度和输出强度的影响.连续16个月的监测结果表明,脱甲和涧山流域河流水体均存在比较严重的养分污染,尤其是氮污染;对比两个流域,脱甲流域河流水体的氮磷浓度水平和水质恶化程度均高于涧山流域.从养分组成来看,脱甲流域河流水体中氮以铵态氮为主(占总氮的58.5%),而涧山流域主要是硝态氮(占总氮的76.1%).脱甲流域中可溶性磷占总磷比例为47.1%,高于涧山流域的37.5%.从养分浓度变化的时间动态而言,两个流域河流中各形态氮素水平在1~2月和7月较高,而可溶性磷和总磷在5~6月和10~12月出现两个峰值.由于两个流域河道径流主要集中在水稻种植期间的4~10月,脱甲流域河流中较高的氮磷养分浓度意味着潜在的氮磷流失风险.脱甲流域月平均总氮输出通量为1.67 kg·(hm2·月)-1,总磷为0.06 kg·(hm2·月)-1,均高于涧山流域的0.44 kg·(hm2·月)-1和0.02kg·(hm2·月)-1.考虑到两个流域的气候、地形地貌、土壤类型、农田耕作方式相似而只是水稻种植面积比例不同,因此,在该地区传统的水稻栽培管理模式下,较高面积比例的水稻种植对流域河流水体环境存在潜在威胁.     

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.     

不同尺度下人类活动对浑太河流域鱼类和大型底栖动物群落特征的影响

为了确定鱼类和大型底栖动物群落结构对多重人类活动压力响应是否一致,以浑太河流域为例,采用典范对应分析和冗余分析方法,以自然环境因子(包括海拔、坡度、流域面积、经纬度)为协变量,比较流域(各土地利用类型面积所占比例)、河岸带(各土地利用面积所占比例)和河段尺度(水质、水力形态、水文、栖息地质量、底质类型等)下人类活动因子对鱼类和大型底栖动物群落特征的影响. 结果表明:在流域尺度上,林地和农村聚落用地面积所占比例解释了8.09%的鱼类群落特征空间变异,林地、旱地、城镇建设用地和农村聚落用地面积所占比例解释了18.28%的大型底栖动物群落特征空间变异;在河岸带尺度上,城镇建设用地面积所占比例解释了4.26%的鱼类群落特征空间变异,没有环境因子对大型底栖动物群落特征产生显著影响;在河段尺度上,电导率、ρ(TDS)、ρ(NH₄+-N)、ρ(COD_Mn)、河宽、QHEI(a qualitative habitat evaluation index,栖息地评估指数)、ρ(DO)、ρ(TN)、硬度和pH解释了36.60%的鱼类群落特征空间变异,电导率、ρ(TDS)、ρ(NH₄+-N)、ρ(COD_Mn)解释了14.65%的大型底栖动物群落特征空间变异.河段尺度人类活动因子对鱼类群落特征的直接影响最为显著,其次为流域尺度,河岸带尺度的影响最小;流域尺度和河段尺度人类活动因子对大型底栖动物群落特征影响大致相同. 河段尺度的水力形态和水质状况主要受流域尺度土地利用变化的影响,其次是河岸带尺度. 土地利用变化对水力形态的影响较水质更大.      

南昌市城市空气PM2.5和PM10时空变异特征及其与景观格局的关系

基于2013—2015年南昌市9个空气环境监测点的连续数据,分析了空气PM_(2.5)、PM_(10)质量浓度(以下简称浓度)的时空变异规律,并以景观格局指数为定量指标,研究了监测点的两种颗粒物浓度与其周边500 m半径、1000 m半径缓冲区的土地利用状况的关系.结果表明:(1)南昌市3年来PM_(2.5)和PM_(10)浓度逐年显著降低.(2)通过聚类分析,9个监测站依据颗粒物污染可分为4大类,表现出一致的城乡梯度差异.(3)在斑块类型水平上,PM_(2.5)和PM_(10)浓度与500、1000 m半径缓冲区的C-PLAND(建筑用地覆盖率)、C-SHDI(建筑用地多样性指数)显著正相关,与1000m缓冲区的F-ED(林地边界密度)显著正相关;与F-PLAND(林地覆盖率)、C-Fi(建筑用地分离度指数)、F-MPS(林地平均斑块面积)显著负相关.在景观水平上,PM_(2.5)和PM_(10)浓度在500 m缓冲区与LPI(最大斑块所占景观比例)显著负相关;与1000 m缓冲区的MPS(平均斑块面积)显著负相关.景观格局指数直接反映土地利用状况,它与PM_(2.5)和PM_(10)浓度的相关性,表现出生态学中典型的"源汇景观"关系.     

袁河流域土地利用方式对河流水体碳、氮、磷的影响

为探明土地利用方式对袁河水体碳、氮、磷浓度的影响,于2018年8月（丰水期）和2019年1月（枯水期）在袁河干流和支流38个采样点采集水样并测定碳、氮、磷（DOC、NO₃--N、NH₄+-N和TP）浓度.将流域划分为子流域和沿河岸不同距离（100、200、300、400、500、1 000和2 000 m）缓冲区,结合Pearson相关性分析、冗余分析（redundancy analysis,RDA）和回归分析等方法,量化不同尺度土地利用方式对干支流碳、氮、磷浓度的影响.结果表明:①建设用地、农田、水域是袁河水体碳、氮、磷浓度的主要影响因素,其中建设用地对NH₄+-N、DOC和TP浓度影响最大,水域、农田分别对NO₃--N、DOC浓度影响较大.②土地利用方式对干流碳、氮、磷浓度变化的解释量大于支流,丰、枯水期对干流碳、氮、磷浓度变化的解释量分别为47.2%、36.7%,对支流的解释量分别为23.2%、26.4%.③土地利用方式对干流DOC浓度变化的解释量在丰水期低于对TP、NH₄+-N和NO₃--N浓度变化的解释量,在枯水期高于对TP、NH₄+-N和NO₃--N浓度变化的解释量;土地利用方式对支流DOC浓度变化的解释量在丰、枯水期均高于对TP、NH₄+-N和NO₃--N浓度变化的解释量.④缓冲区尺度土地利用方式对河流碳、氮、磷浓度的影响大于子流域尺度,且干流缓冲区大于支流缓冲区.随缓冲区尺度增加,土地利用方式对水体碳、氮、磷浓度变化的解释能力在干流丰水期和支流枯水期均先增后降,在干流枯水期和支流丰水期的解释能力逐渐增强.研究显示,加强缓冲区土地利用方式的管理,特别是对干流建设用地点源污染和支流农田面源污染的控制,是袁河水环境管理的关键.      

不同紫色母岩对景观水体氮磷及有机物去除的影响

选取重庆地区分布面积较广的蓬莱镇组(S1)、沙溪庙组(S2)、飞仙关组(S3)和遂宁组(S4)这4种不同紫色母岩,将其灭菌后加到未灭菌的取自西南大学崇德湖的景观水体中,进行生态缸构建,研究不同紫色母岩理化性质对水体中氮磷及有机物去除的影响.结果表明,实验条件下,S1组对水体总氮、总磷及氨氮去除效果最好,去除率分别为45.1%、62.3%、90.0%;S4组对水体中COD去除效果最好,去除率为94.5%;实验前后紫色母岩中氨氮含量变化均不明显,说明紫色母岩的吸附作用不是导致水体中氨氮下降的主要因素;砷对硫酸盐还原菌有抑制作用,铜、镁对革兰氏阴性菌有促进作用,水体中微生物多样性与总氮含量正相关;微生物群落结构与环境因子的PCA分析得出母岩通过释放矿质元素影响水体中微生物群落结构及组成,从而影响水体氮磷及有机物去除.