城市化是衡量一个国家综合国力的重要标志,城市化对城市景观格局演变产生了重大影响。在人类不断增加的用地需求下,流域内原有的具有强大蓄水保水及净化功能的集雨区和流域内自然河流两岸功能空间不断减小,大规模的城市化进程,改变了城郊以及周边区域的景观格局,显著影响着城市及城郊生态系统的结构、过程与功能。因此,城市化所带来的环境质量恶化与人们对环境质量提高的迫切需求成为新型城市化和生态文明建设中所需解决的主要矛盾。水环境作为城市生态环境的重要资源,其自身已受到城市化进程更为严重的影响,如何测度区域景观格局变化的水环境效应,探索合理配置和开发城市土地的合理路径,已成为当今学术界关注的热点。作为生态文明城市建设先行示范区的贵州省省会,生态优势是贵阳市最大的比较优势。近年来,贵阳市是西部城市化进程较快的城市之一,其城市化所引起核心区土地利用类型的变化及景观格局演变对生态环境的影响具有一定的代表性,核心区内分布着南明河、麦西河和阿哈水库、花溪水库和松柏山水库等城市水体,探讨其景观格局演变特征及其对生态环境特别是水环境的影响有重要的理论意义和现实意义,将为贵阳市生态文明城市的科学规划和合理建设提供借鉴。本文以中国快速城市化背景下贵阳市城市扩张进程为研究线索,运用遥感与GIS技术、景观生态学理论,选取贵阳市核心区作为研究区,建立基于土地利用/土地覆盖的时空数据库,运用土地利用动态度模型对土地利用变化进行分析,选取景观镶嵌体水平和景观类型水平上不同格局指数来描述研究区景观空间格局变化,探讨2000—2014年期间贵阳市核心区土地利用变化特征和代表性景观类型演变的空间差异及其自然和人文驱动机制。在对城市核心区整体景观格局演变研究的基础上,选择核心区典型河流水体南明河和麦西河、典型湖库性水体阿哈水库、花溪水库和松柏山水库为研究对象,探讨研究区典型水体周边景观格局演变;在此基础上,以实地监测的多年、多季节水环境指标为基础,运用灰色关联度方法和spss统计分析软件,进行土地利用变化和景观格局演变与典型水体水质的相关性分析,研究典型水体周边景观格局演变的水环境效应。以2010年城市建成区为源,选择生态阻力因子,将水体与河流作为刚性约束,主要对其进行缓冲区分析且分级赋值,建立了城市扩展与修正后的生态因子相互动态关系,利用最小积累阻力模型,探讨基于水环境保护下的城市扩展空间方向,并获得以下结果:(1)贵阳市核心区景观格局演变速度快且不同典型水体周边差异明显。以水田、旱地、建设用地、林地、水体、园地等6类土地利用类型为主,林地为研究区的优势景观类型,其面积占到总面积的40%以上,建设用地面积不断增大,建设用地面积2014年比2000年增加了4449.97hm2,麦西河流域以林地和水田为主,旱地和水田面积都在逐年减少,建设用地和园地所占比例逐年增加,其中建设用地变化明显,从3.6%增加到13.34%,面积增加317.73hm2。南明河流域土地利用类型以建设用地为主,而且所占比例持续增加。阿哈水库研究区内,林地和水田为主要土地利用类型,水田面积有大幅度的降低,建设用地大幅度增加,建设用地面积从2000年40.99%增加到2014年的52.34%。花溪水库保护区以林地为最主要土地利用类型,作为优势景观,面积从2000年44.78%增加到47.47%。松柏山水库保护区旱地和林地所占比例最大,建设用地所占比例逐年增加,而其他土地利用类型均有不同程度的下降,旱地减少面积最大。在研究区内,变化最为明显的是水田的大幅度减少和建设用地的大幅度增加,麦西河流域和整个研究区土地利用变化类型保持一致。南明河0~500m缓冲区范围以建设用地为主,且所占比例持续增加。阿哈水库和花溪水库一级水源保护区均是以林地为主要景观类型,林地面积不同程度的增加,阿哈水库一级水源保护区以建设用地的增加为主,花溪水库保护区则以林地增加为主。研究区典型水体周边景观格局演变来看,南明河缓冲区和阿哈水库一级水源保护区土地利用斑块密度大小随时间增加幅度最大,而麦西河流域、花溪水库和松柏山水库一级水源保护区内增加幅度较小;南明河缓冲区范围内景观多样性呈持续增加趋势,阿哈水库、花溪水库和松柏山水库周边景观多样性呈下降的趋势,而麦西河流域景观多样性变化不明显。阿哈水库、花溪水库和松柏山水库一级水源保护区景观均匀度指数略有上升。典型水体的林地最大斑块指数趋势则表现出较大差异,南明河林地最大斑块指数逐渐下降较为明显。(2)贵阳市核心区不同典型河流型水体周边景观格局演变与水质相关性显著。南明河周边景观格局演变对水环境的影响,南明河0—500m缓冲区建设用地总体增加,花溪段建设用地主要由旱地和水田转化,建设用地在新庄段内部填充面积增加,其他类型景观整体变化差异不大。花溪河段各级缓冲区内的景观多样性均呈增加趋势,蔓延度和斑块连通性指数下降,占主导的农业景观逐渐破碎化;新庄河段,城市景观占主导地位,景观多样性低于花溪河段,随着城镇建设用地比例的增加,景观多样性进一步降低。花溪和新庄河段的景观格局存在明显差异,同时两个采样点的水质指标也存在明显的差异。显然,水质与2个河段沿线的土地利用和景观格局有一定的相关关系,新庄河段主要景观是城镇建设用地,可能是导致该河段水环境质量比花溪河段差的主要原因。尽管新庄河段城镇建设用地面积高于花溪河段,但是新庄河段的ρ(tn)、ρ(tp)呈下降趋势,其原因是该河段进行点源污染治理、河道清淤和人工湿地建设。这种相关关系在枯水期、平水期和丰水期存在水质时间变异性和水质空间差异性,并且因污染物种类不同而发生变化。无论全流域还是缓冲区,shdi都是水质的重要预测因子。麦西河周边景观格局演变对水环境的影响。麦西河流域建设用地、草地逐渐增加,水田、园地持续减少,从上游到下游,随着林、灌草等生态用地增加和土地利用多样性增加,蔓延度和斑块连通性指数下降,占主导的旱地和水田景观逐渐破碎化。从上游到下游,氮、磷浓度总体呈下降趋势,tp下降明显;tn下降不明显,与流域下游水田、玉米地旱地较多、土壤tn与tp含量较高有明显关系。流域的非点源污染过程与景观组成和景观格局间均存在密切的关系,tn与农业用地面积百分比呈显著正相关关系。(3)贵阳市核心区典型湖库型水体周边景观格局演变与水质差异显著。不同时段三个水库的水质指标氨氮、总氮和总磷浓度变化较大,整体上来看花溪水库和松柏山水库的氨氮和总磷均低于阿哈水库。从三个水库一级水源保护区土地利用变化对水库水质的影响来看,草地、林地等―汇‖景观与各类污染物指标的相关性强于建设用地和旱地、水田等―源‖景观,即―汇‖景观对城市水库水质污染的滞缓作用明显。从阿哈水库、花溪水库和松柏山水库周边景观指数与污染物指标的相关性来看,斑块密度(pd)、景观多样性指数(shdi)指数值越高,其与污染物指标的相关性越显著,水体污染越轻。(4)主城区南明河、城郊麦西河周边主要呈―源‖景观负荷,花溪水库、松柏山水库周边主要呈―汇‖景观负荷。在分析城市主城区河流(南明河)、主城区湖库(阿哈水库)和城郊典型河流(麦西河)、城郊典型水库(花溪水库)、(松柏山水库)周边景观格局及土地利用变化特征等的基础上,通过分析贵阳市典型水体不同缓冲区的―源-汇‖景观负荷对比指数与水质的相关性,并在通径分析的基础上,将各景观指标对水质的直接作用和间接作用做定量分析,从而直观的体现景观格局变化对水质的影响程度。从结果看,城市主城区南明河周边主要呈―源‖景观负荷,而且景观空间负荷对比指数大小从2002到2014年逐年增加。城郊麦西河周边也主要呈―源‖景观负荷,但是景观空间负荷对比指数大小从2002到2014年逐次降低。花溪水库和松柏水库一级水源保护区主要呈―汇‖景观负荷,而且其值从2002到2014年逐次降低。证明了在城郊地区较高的林地面积具有较强的生态修复、污染物截留作用,可以有效改善水环境污染。通过研究发现总磷(tp)和化学需氧量(cod)是衡量水体污染的两个重要指标,景观空间负荷对比指数(lci)与总磷(tp)和化学需氧量(cod)有显著相关关系,且lci对这两个水质指标的直接作用都较大,这说明总磷(tp)和化学需氧量(cod)可以很好的反应区域污染的输出状况,lci的变化能够有效地影响水质状况。lci与总氮(tn)虽然呈负的显著相关,但对TN的直接作用较小,主要通过其它景观指标间接影响TN浓度。表征景观破碎度和异质性的边界密度(ED)与各水质指标相关性较大,对水体的直接作用也较大。二者都对水质污染指标有直接负作用。景观蔓延度越大,多样性越高,各斑块间的粘合度越好,景观要素之间分配均衡,污染物输出较少,同时也被―汇‖景观截留转化,故水质相对较好。这说明景观格局变化对贵阳市水体水质有一定影响,合理配置景观格局能够有效地治理面源污染,改善水质状况。(5)充分考虑典型水体的刚性阻力影响,贵阳市核心区向低阻力值方向拓展,形成单中心,多组团的城市拓展格局。以2010年城市建成区为源,利用arcgis9.3对地形地貌、土地覆盖和生态敏感性等单因子进行权重分类,模拟阻力分值面,结果表明:阻力面值越大对城市扩展约束越大,研究区高阻力面基本分布在北部的百花山脉、中部的黔灵山脉和南岳山脉三带,利用分位数法对城市扩展进行生态适宜性分区,即:优化开发区、重点开发区、生态调控区、限制开发区、禁止开发区。采用了MCR模型对生态阻力因子进行修正,将主要水体作为刚性约束,对缓冲区分级赋值,基于论文对麦西河流域、南明河0—500m缓冲区范围和阿哈水库、花溪水库、松柏山水库一级水源保护区景观格局及其演变的水环境效应研究成果,对河流以及水库分为5级缓冲区,以中心城区为界,南部阻力等级要普遍高于北部,即阻力等级高值在花溪水库、松柏山水库和阿哈水库库区主要是集中式、连片分布,在汪家大井、白云区、乌当区以及花溪区南部主要呈现出离散式分布,在南明河沿岸呈线性分布,研究结果与城市扩展生态适应分区一致。城市空间扩展的最小阻力,绕开了城市水体等生态景观,在充分考虑城市典型水体的最高阻力值的前提下,向着低阻力值方向拓展,得出贵阳市核心区城市拓展方向为“东扩、北拓、西连、南延”,即形成了单中心(老城区加上金阳新区)、多组团(沙文高新区组团、新天组团、龙洞堡组团、花溪组团)的城市扩展格局。