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.     

北宋后期黄河上游地区耕地格局重建——以河湟谷地为例

黄河上游的河湟谷地是人类活动历史悠久的地区之一,是黄河沿线耕地开垦的最西端,聚落和耕地重建对黄河流域人类活动和全球变化研究具有重要的现实意义。通过梳理大量历史文献资料,建立了北宋后期（1117年）河湟谷地聚落和耕地数据库,以聚落空间分布为基础,运用网格化模型,重建了北宋后期河湟谷地耕地格局。结果表明：（1）北宋后期河湟谷地聚落集中分布在黄河、湟水河干流沿岸海拔相对较低、坡度较缓的河流冲积和洪积平原。（2）河湟谷地的耕地总面积为304.67 km²,分配有耕地的网格仅占全区的16.16%,垦殖率最高的网格仅为24.16%,其中,湟水河谷耕地分布网格约占全部的74.06%,黄河干流约占25.94%,说明北宋后期耕地开垦主要集中在湟水河流域。（3）从聚落分布的海拔高度来看,大部分耕地网格分布在海拔2600 m以下的川水地区,说明当时耕地分布范围不大,海拔高度极大地限制了耕地的分布,耕地主要分布在灌溉条件相对优越的地区。（4）基于聚落重建耕地空间格局,其结果符合耕地随聚落分布的事实,更具有可靠性。     

土地利用结构与空间格局对袁河水质的影响

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,测定营养盐离子及重金属等14项水质指标.同时,采用Bioenv分析、Mantle检验与方差分解等方法,揭示土地利用结构与空间格局在子流域和缓冲区对水质变化的影响机制,并基于层次分割理论探讨不同土地利用类型的空间格局特征对水质的影响.结果表明：①袁河流域重金属污染不显著,氮、磷营养盐是水体主要污染物,水质变化具有河段差异,上游污染物浓度低于中、下游.②空间格局在在近距离缓冲区（100 m、300 m）对水质变化的解释率最高（63%）,土地利用结构在远距离缓冲区（3000 m）和子流域尺度对水质变化的解释率最高（33%）,二者交互作用在过渡带（500 m、1000 m）对水质变化的解释率最高（56%）.③在近距离缓冲区和过渡带,单一土地利用类型的空间格局对水质变化的解释能力依次为：林地 > 农田 > 建设用地;在远距离缓冲区为：农田≈林地>建设用地;在子流域依次为：农田 > 林地 > 建设用地.其中,林地的连通性特征（ENN_MN指数）、农田的边缘密度特征（ED指数）和建设用地的形状特征（LPI、LSI指数）是影响水质变化的关键特征,占各自空间格局解释率的37.8%、31.2%、53.8%.以上结果表明,土地利用结构与空间格局是驱动袁河水质变化的重要因素,加强1000 m缓冲区尺度土地利用的管理对保护流域水质具有重要意义.     

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.     

无定河及延河流域不同时空尺度下土地利用对水质的影响

为探究不同土地利用格局的流域在不同时空尺度下土地利用与水质之间的关系,以无定河和延河两流域为研究对象,基于2020年土地利用数据和两个时期的水质监测数据,采用冗余分析方法定量探讨多个尺度上土地利用对水质的影响.结果表明：①两流域内主要土地利用类型均为耕地和草地,差异主要在裸地和林地面积占比上;②两流域内部分水质指标存在明显时空差异,春季水质优于秋季且中下游水质相对较差;③两流域河岸尺度上的土地利用对总体水质的解释率最大;④无定河流域土地利用在秋季对水质影响比春季更显著,延河流域呈相反趋势;⑤不同的土地利用对水质有不同的影响,无定河流域内裸地、耕地和香农多样性指数（SHDI）对水质影响较为显著,延河流域则为草地、耕地、人造地表、斑块密度（PD）和SHDI.无定河流域内耕地和人造地表对水质有负面影响,草地和裸地与大部分化学指标呈现负相关性;延河流域人造地表和草地对水质有负面影响,林地对水质有明显净化效果.研究结果为可持续土地利用和多尺度景观规划提供了重要信息,可用于改善水质.     

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.     

大连市东部地区土地利用及土地覆盖的空间格局研究

为了判明大连市东部地区景观空间结构随开发过程所发生的定量变化,根据景观生态学的原理,选择大连市东部代表地区庄河市1988年和2002年的资料进行分析比较,对庄河市区域景观空间格局的动态变化进行了分析,定量分析其土地利用、覆盖等,对在土地开发利用、保护、治理、开发建设及布局、土地管理、发展旅游等方面具有指导意义。     

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.     

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.     

雄安建设初期白洋淀水质时空差异及其对降雨和土地利用的响应

为查清雄安建设初期白洋淀水质状况,基于白洋淀2020年12月至2021年11月的6个代表性监测点的水质数据,采用土地利用类型遥感解译、 Pearson相关分析、综合污染指数和主成分分析等方法,对白洋淀水质的时空分布特征及其对降雨和不同空间尺度下土地利用结构的响应关系进行了研究.结果表明：(1)白洋淀水质在春季最好,夏季最差.入淀区南刘庄处营养物质污染最重,受府河影响较大;生活区采蒲台处有机物污染最重.(2)五点综合污染指数呈现：南刘庄>烧车淀>光淀张庄>采蒲台>圈头,主要超标污染物为TN,污染指数1.55已达到重度污染水平.白洋淀水质较雄安新区建设前明显好转.(3)1.5 km缓冲区内建设用地和耕地对浊度、 NH⁺₄-N和TP影响最大.芦苇湿地作为截流吸收污染物的“汇”的同时,在800 m缓冲区内也是污染物的“源”,释放氮营养盐.(4)雨季各指标与土地利用的相关性低于非雨季,是由于雨季上游水库泄水的稀释作用,减弱了降雨径流中污染物对白洋淀水质的影响.     

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.     

不同尺度土地利用方式对地表水环境质量的影响及驱动机制

土地利用作为人类活动的重要载体对地表水环境状况有重要影响.以若尔盖湿地为例,基于面向对象的土地利用类型遥感解译,结合水质检测数据,从小流域和缓冲区尺度,分析不同尺度土地利用方式对地表水环境的影响及驱动机制.结果发现：（1）若尔盖湿地水质为Ⅴ类水,且整体呈现轻度富营养化,主要污染物为总氮（TN）和总磷（TP）,污染来自生活污水和放牧;（2）土地利用方式与地表水环境质量联系紧密,水体面积占比与化学需氧量（COD）呈现负相关关系、沼泽面积占比与TN呈现正相关关系和TP呈现负相关关系;（3）不同尺度土地利用方式与地表水环境存在显著关联性,1 000 m缓冲范围内的土地利用方式解释度最高,200 m的土地利用方式对COD的解释度最大,500 m的土地利用方式对TP和TN的解释度最大,800 m的土地利用方式对叶绿素（Chl-a）的解释度最大.本研究结果表明：若尔盖湿地对污染物和富营养化有一定的净化作用,但不同的土地利用方式对不同污染物作用存在差异,水体对Fe²⁺、 COD和Chl-a有净化作用,沼泽对TP有净化作用但对TN却呈现累积效应.应控制小尺度（≤1 000 m）的土...     

不同土地利用/覆盖情景下东北沟流域植被生态需水量及其对产流影响

针对京津水源区上游生态环境建设需水与向下游多输水的矛盾现实,基于气象、土壤、土地利用/覆盖(1990年和2009年)数据,应用Penman-Monteith公式估算潜在蒸散量,再用土壤和植被信息对其进行修正,计算了水源区东北沟流域1990年、2009年及其他5种不同土地利用/覆盖情景下的最小生态需水量和适宜生态需水量。结果表明:2005-2009年4-10月潜在蒸散量是715.04 mm;2009年流域植被适宜生态需水量是399.42 mm,最小生态需水量是339.68 mm,比1990年的适宜和最小量分别多122.5 mm、144.5 mm;平水年的降雨均可满足各种情景生态需水要求,其中需水量较大的是情景Ⅲ(草地转化为林地),其适宜需水量达784.69×10⁴ m³,情景Ⅱ(林地转化为草地)的需水量最小,适宜需水量是687.27×10⁴ m³,该情景较适合向下游输水为目的的生态建设,但该情景实施的前提是建立下游向上游的生态补偿机制。     

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.     

土地利用/覆被变化研究的几个问题

近年来土地利用/覆被变化研究取得了许多进展,理论和研究方法有很大发展。其主要趋向是,重视从动态过程角度进行土地利用/覆被变化的分类;强调将土地利用/覆被变化的驱动力区分为自然驱动力和社会经济驱动力,后者则受到研究者越来越大的重视;强调土地利用/覆被变化的模型必须有相应理论的支持,而且所建模型应能动态地模拟不同土地利用之间的竞争;此外,强调在土地利用与土地覆被分类、土地利用/覆被变化的驱动力研究及影响分析中,要重视空间尺度和时间尺度问题。     

滇池流域土地利用变化与入湖河流水质关系研究

以昆明滇池东南岸流域为例,利用逐步回归模型分析了流域土地利用类型与流域湖泊水质之间的相关关系,发现水质污染指标与耕地始终呈现正相关,与林地始终呈现负相关,与城乡用地始终呈现负相关,对昆明滇池东南岸流域而言,耕地是入湖河流水质污染的主要来源,其污染贡献掩盖了城乡用地的贡献。     

新安江流域土地利用结构对水质的影响

以新安江上游流域为研究区域,用该流域2010年5月TM遥感影像图作为底图,通过实地野外调查获取了新安江流域的土地利用图.运用ArcGIS的水文、空间分析功能,将流域划分为8个子流域,并分析各子流域的土地利用结构.根据2010年1～12月的水质监测数据,分析TN、TP、高锰酸盐指数、NH4+-N、粪大肠菌群的时空变化特征,以及与土地利用结构之间的定量关系.结果表明,TN和NH4+-N有明显的时间变化特征,为枯时期>丰水期>平水期,而其他几种指标没有明显的时间变化.在空间上,整体上呈现出渔梁、浦口污染最为严重.流域内土地利用结构与水质之间的相关关系表现为:耕地、水体、建筑用地起源作用,林地、草地起汇作用.在年度上看,耕地对TN、NH4+-N、高锰酸盐指数影响最大,草地对TP影响最大;不同水期上,枯水期和丰水期,对各指标影响最大的土地利用类型为耕地,在平水期,对TN、TP、粪大肠菌群影响最大的土地利用类型分别为耕地、草地、林地.     

国际土地利用/覆盖变化模型研究综述

国际上对土地利用/覆盖变化的研究由来已久,近年由于土地利用/覆盖变化对全球变化的贡献及响应,预测土地利用/覆盖变化成为必然。由此,越来越多的科学家致力于研究土地利用/覆盖变化模型,并取得了积极进展。论文介绍了目前国际上土地利用/覆盖变化模型的一些相关问题:①土地利用/覆盖变化模拟的尺度依赖性;②土地利用/覆盖变化模拟的数据问题;③预测土地利用/覆盖变化的位置与数量。回顾了已有的5种主要的土地利用/覆盖变化模型:①基于行为者的土地利用/覆盖变化模型;②经验统计模型;③最优化模型;④混合/综合模型;⑤动力模拟模型。最后总结了现有模型中存在的问题,并探讨了今后土地利用/覆盖变化模型发展的方向。     

基于偏最小二乘模型的河流水质对土地利用的响应

流域土地利用类型变化是影响河流水质的重要因素之一.为探究子流域尺度土地利用与河流水质之间的相互关系,本文基于太子河流域遥感影像和水质数据,采用偏最小二乘模型(partial least squares,PLS),分析不同土地利用类型对流域水质的影响程度.选取7个不同子流域土地利用类型面积百分比作为自变量X,总氮(TN)、硝酸根离子(NO_3~-)、氯离子(Cl-)与硫酸根离子(SO_4~(2-))这4个水质参数浓度值作为因变量Y,构建了土地利用类型与河流水质数据的偏最小二乘模型,并使用其余子流域数据对构建的模型进行验证.结果表明,太子河流域不同子流域土地利用类型与河流水质指标TN与NO_3~-之间线性关系显著,决定系数R~20.62.其中,耕地面积变化对水体中TN浓度变化影响明显,居民及工矿建设用地面积变化则对水体中NO_3~-浓度变化影响强烈.但对于Cl-和SO_4~(2-)来说,土地利用类型对其浓度大小有一定影响,但并不是最主要的影响因素.虽然太子河流域未利用地面积百分比极小(1.13%),但是未利用地面积变化对水质参数有较显著影响(影响系数0.24).