景观格局的演变直接改变了流域水资源利用特征和污染物排放过程,尤其是点源与非点源污染,景观要素不仅对地表水环境净化系统的整体性和协调性产生直接影响,也对水环境承载力造成了重大压力。赤水河流域作为长江上游重要的生态屏障,涵盖中亚热带常绿阔叶林、赤水桫椤和长江上游珍稀特有鱼类3个国家级自然保护区,其水环境质量直接决定了流域生态系统平衡、环境承载力、社会经济可持续发展水平。研究流域水环境与景观格局的相关性,提出基于水环境保护的景观格局优化对策对赤水河流域开发、保护及科学管理,促进长江上游天然生态屏障建设具有重要意义。依据赤水河流域景观格局与水环境的影响机制,本研究结合GIS和RS技术,以2014年和2017年的Landsat遥感影像和水环境检测结果为基本数据源,通过PLS和GWR模型模拟景观格局指数与水环境指标的相关性,并基于此提出了景观格局的优化对策。其研究结果表明:(1)2014~2017年赤水河流域林地、草地、耕地和建设用地类型面积变化显著,且集中于城市边缘带、林草过渡带和林耕过渡带。其中赤水河流域建设用地由2014年288.95km~2上升至2017年的569.13 km~2,年均用地增长面积为93.39km~2,属土地利用变化最显著类别;其次,林地、耕地面积均呈大幅度下降,两者分别减少了364.79km~2和206.3km~2,年均下降率为1.36%和2.31%,但耕地、林地减少区域均集中于子流域Csh-3;未利用地、水域的空间分布和面积均未发生明显变化。(2)2014~2017年期间各子流域的斑块边缘密度(ED)、平均形状指数(SHAPE_MN)和香农指数(SHDI)均呈增加趋势,其余景观指数因不同流域而不同。其中,建设用地面积从点状向线状、面状扩展,最小临近距离(LPI)、平均面积(AREA_MN)、边缘密度(ED)和斑块密度(PD)的年均增长率分别为62.25%、19.57%、13.27%和13.02%;草地最大斑块面积比重(LPI)年均增长率为6.15%,而斑块密度却以年均3.89%的速度下降,说明草地面积增加,其斑块数目、边缘密度及邻近度指数逐渐降低,导致斑块破碎化程度下降,聚集度上升;林地、耕地同属面积显著下降的土地利用类型。相比于林地,耕地总面积虽然下降了203.3km~2,但其平均斑块面积指数却增加了1.18km~2,表明斑块破碎化程度上升,斑块间的蔓延度、连接度指数却逐年下降。(3)通过比较单因子评价法和灰色关联分析法,对水环境安全进行评价的结果可知:单因子评价法评价结果以I类水质为主(2014年赤水河、鲢鱼溪断面的II类水质除外),而灰色关联分析法评价结果则以II类水质为主,仅2014年的鲢鱼溪、茅台断面为I类水质,且流域水环境质量逐渐恶化。不难看出,后者评价方法对水环境安全评价更加严格,并能反映水环境变化趋势,其因为灰色关联分析法实现了水环境评价指标未知信息的输入,融合了相关隶属度信息,将监测指标值的变异系数作为评价权重,使得评价结果更加客观、科学。(4)通过对GWR和PLS模型回归方程残差、R~2值比较发现,GWR模型的R~2大部分高于同期的PLS模型分析结果。2014年和2017年GWR模型的R~2均值为0.64和0.70,同比PLS模型均高出0.16以上。尤其是2017年GWR模型景观格局与水环境总体回归系数R~2均值达0.702,比PLS模型的回归结果大0.28,同时其残差平均值比PLS模型分析结果低0.082,其因为GWR模型融入了空间信息,可实现景观格局与水环境相关性空间差异度量,对水环境空间模拟更加精细化,也使得回归分析结果拟合程度更高,更加符合实际情况。(5)流域景观格局优化对策主要包括:1)以实现流域生态环境与社会经济的可持续发展为主线,平衡建设用地和耕地的矛盾,引导建设用地向坡地、林地扩展,降低建设用地的蔓延度和连通程度;2)分散林地、耕地空隙地带,保障城市边缘带优质耕作区的耕地空间及其质量;3)以河网、湖库等水域湿地为中心,构建地表径流的点源、面源污染生态防控屏障,优化流域土地利用结构和景观特征。