基于“源-汇”理论的景观格局对河流水环境的影响——以东苕溪上游小流域为例

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景观格局的变化深刻地影响着流域水环境,优化景观格局以减少流域养分流失对改善河流水质具有重要意义。本研究以太湖主要入湖河流东苕溪上游为研究对象,基于“源-汇”景观格局理论,结合2019–2020年56个子流域的8期水质监测数据,监测指标为氨氮(NH4+-N)、硝氮(NO3--N)、总氮(TN)和总磷(TP),运用相关分析、冗余分析和偏冗余分析等方法定量分析流域“源-汇”景观格局对河流水质的影响及其季节差异,利用非参数突变点分析进一步识别河流水随景观变化的突变阈值,以期为流域景观格局优化和流域水环境改善提供参考。主要结果如下:(1)东苕溪流域上游“汇”景观面积大于“源”景观面积,其中农业用地为主要“源”景观,占流域总面积19.03%,主要分布于研究区东部的平原地区和西部山区;林地为主要“汇”景观,占流域总面积64.30%,多分布于西北部的连片山区。各景观受高程和坡度的影响显著,随高程和坡度增加,“源”景观面积减少,“汇”景观面积增加。(2)TN浓度严重超出国家地表水V类水质标准,而NH4+-N和TP浓度低,总体上达到国家地表水II类水质标准。东苕溪流域上游水质有明显时空差异,总体上表现为汛期(6月和9月)水质优于非汛期(3月和12月),NH4+-N和TP浓度高值区多分布于南苕溪中下游建设用地集中区域,NO3--N和TN高值区多位于南苕溪上游竹林种植面积广,集约经营程度高的区域。(3)4项“源-汇”景观空间负荷对比指数在空间分布上存在区域集群现象,高值区与农业用地集中区域一致,且与NO3--N和TN呈极显著正相关,能够较好反映流域氮污染变化。(4)景观指标对水质的影响有明显的季节差异,12月景观指标对整体水质的影响显著低于3月、6月和9月。3类景观指标中,景观组成指标对水质的独立解释能力最大,其次为景观配置指标和“源-汇”景观空间负荷对比指数(LWLI)。(5)农业用地面积占比为影响3月、6月和9月河流水质最重要的景观指标,与NO3--N和TN呈正相关,建设用地面积占比是影响12月水质的重要景观指标,且仅与NH4+-N和TP呈正相关。景观配置指标中,研究区水质受景观聚散度影响大,其中表征景观聚合度的DIVISION、SPLIT和COHESION是影响水质变化的主要景观配置因子。LWLI对水质变化也有较好的解释能力。(6)选取重要景观指标农业用地占比(Far%)、林地面积占比(For%)、建设用地面积占比(Res%)和LWLI进行突变点分析,进一步揭示了可能导致河流氮磷污染物浓度突变的关键景观指标的阈值。当Far%大于45%、Res%大于10%、LWLI大于0.4时,河流氮、磷浓度增加并导致水质恶化的概率增加,而林地多位于“源”景观上游方向,对污染物的截留作用弱,较大的林地面积对水质改善有积极作用。
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