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土地利用/覆被变化(LUCC)对生态环境的影响已逐渐受到人们关注并成为目前研究的热点,水环境对景观格局变化敏感,并与土地变化和人类活动有着密切的关系。近几十年来,云南省西双版纳土地利用/覆被发生了明显的改变,以及农业面源污染加剧,这将深刻地改变流域的水环境,然而,有关水环境与景观格局关系的多尺度综合研究仍然缺乏系统性。本论文以发源于云南省西双版纳傣族自治州的流沙河流域为研究对象,通过17个子流域水样采集和测试分析,结合1976年-2010年5期土地利用/覆盖现状图,利用ArcGIS空间分析和SPSS统计软件,多时期、多尺度地研究该流域景观格局变化特征和尺度效应,以及这些变化对流域水质的影响。 主要结论如下: 1.流域土地利用及景观格局变化特征 (1)茶园、橡胶园和建设用地在各时期均朝着规模增长趋势发展,水田面积自1976年以来在逐步减少。有林地面积在1976~2007朝着规模减少的方向发展,2007~2010其面积在缓慢增加。水浇地和轮歇地总体朝着规模增长的方向发展。 (2)有林地在较高海拔,较大坡度,北坡区域占有优势;茶园主要分布在1200~1400m海拔的东坡和南坡,坡度对其分布影响较弱;橡胶园主要分布在水热条件较好的600~1000m海拔,坡度较缓,东坡和南坡区域;建设用地受地形因子的约束较大,主要分布在中低海拔的缓坡和无坡向的平地;轮歇地在1000~1600m的东坡和南坡占优,坡度对其分布影响较小;水田主要分布在中低海拔的缓坡和平地。 (3)流域森林景观连接度研究发现500m距离阈值是该流域森林斑块连通性较合适的距离阈值。分析轮歇地恢复为有林地重要斑块面积与重要值的关系,小面积斑块的轮歇地对提高森林景观连接度有不可忽视的作用。 2.流域土地利用多尺度分析 (1)不同时期水田、旱地和建设用地的分维值较大。有林地的分维值较小,但有增大的趋势。茶园和橡胶园的分维值在不同时期波动较大。 (2)有林地和旱地表现出微观异质性特征,但有林地在中小尺度不均匀分布程度有增加趋势;橡胶园空间分布特征由不均匀分布转向更趋于均匀分布;水田在中小尺度空间异质性增强,呈不均匀分布格局,随尺度增大,逐渐转向随机分布态势;茶园和建设用地呈现不均匀的聚集分布,但由于面积的增加,导致异质性程度有所降低。荒草地整体呈现不均匀的分布,不同时期表现为转移与被转移态势。 (3)全局空间自相关显示随研究尺度聚合,各土地利用空间自相关有减弱的趋势。局域空间自相关显示自1976年以来,有林地的热点分布区域有减少趋势,冷点分布区域有扩大的趋势,橡胶园的热点分布区域始终在流域下游,且分布有扩大的趋势。 3.流域景观格局多尺度分析 (1)景观指数随粒度变化呈现3种变化趋势:1)随粒度增加,指数值呈有规律的上升或下降,且有明显尺度转折点;2)随粒度增加,指数值呈有规律的下降,但尺度转折点不明显;3)随粒度增加,指数值呈无规律的变化或变化不明显。 (2)景观指数对子流域个数(幅度)的变化有明显的响应,基本呈现出2种变化趋势:1)随子流域个数的增加,指数值呈现上升趋势,并没有明显的转折;2)随子流域个数的增加,指数值在幅度较小时呈无规律的波动,达到一定幅度后,指数值出现明显转折,随后出现明显上升或下降,并逐渐趋于平稳。 4.土地利用对水质的影响 (1)通过全流域土地利用与水质相关分析表明,干季有林地、橡胶园和旱地在不同尺度均是水质的重要影响因子,但旱地的影响作用最大,有林地在不同尺度与PO43-显著负相关。橡胶园在不同尺度与T.P和PO43-显著正相关。 (2)雨季初期对水质有影响的土地利用类型增多,相关分析表明有林地、灌木林地、茶园、橡胶园、旱地在不同尺度都是水质变化重要影响因子,建设用地主要在岸边带尺度对水质产生影响。有林地在不同尺度与T.P、K和NH4+-N呈显著负相关。橡胶园则在不同尺度和T.P、K和NH4+-N呈显著正相关。 (3)雨季中期开始,建设用地对水质指标变化预测能力增强,在子流域尺度与T.N、T.P、NH4+-N和PO43-、电导率呈显著正相关,另外从相关分析看出,茶园与PH呈显著负相关,即茶园的种植会使水体酸化。 (4)雨季末期有林地是水质变化的主要预测因子,在子流域和岸边带300、600m尺度与T.N、T.P和PO43-呈显著负相关。 5.景观格局对水质的影响 (1)全流域景观格局与水质相关分析表明,干季PD、SHEI在300m岸边带尺度与PO43-呈显著正相关,LPI、CONTAG、COHESION在岸边带尺度与显著相关水质指标呈负相关。 (2)雨季初期开始,PLADJ、AI在子流域尺度与NH4+-N显著正相关,IJI在子流域尺度对水质存在正效应。LPI、COHESION在600m岸边带尺度与TN显著负相关。1000m岸边带尺度下,COHESION与TN、NO3--N显著负相关,PD与PO43-显著正相关,SHDI与NH4+-N显著负相关。 (3)雨季中期时,COHESION在各尺度带对水质存在正效应。300m岸边带下,PD、SHEI、CONTAG、COHESION与PO43-显著相关,其中PD、SHEI与其呈正相关,CONTAG、COHESION与其呈负相关。PLADJ、AI与NH4+-N显著负相关。600m岸边带尺度下,CONTAG与PO43-显著负相关,LPI、COHESION与电导率显著负相关。 (4)雨季末期,岸边带300、600m和子流域尺度均有景观指数对PO43-有预测作用,LPI、AI与其显著正相关,PD在300m岸边带尺度与其显著正相关,COHESION在600m岸边带尺度与其显著负相关。此外COHESION在岸边带尺度对水质有较强的影响,尤其在600m岸边带尺度,与显著水质指标呈负相关,对水质存在正效应。PLADJ在300m岸边带尺度与NH4+-N显著负相关。