土地利用景观格局与水环境质量关系的多尺度研究 ——以阳澄湖湿地为例

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湿地是生态可持续发展的重要组成部分,水环境质量的好坏不仅决定了湿地的生态效能,同时也反映出地区生态保护的成效。土地利用景观格局是人类活动情况的综合反映,也是影响水质污染的重要因素。因此,研究湿地水环境质量与土地利用景观格局特征的响应关系,不仅能够为湿地的建设管理提供支持,也能够为地区水环境保护和改善以及景观规划提供重要的理论和现实意义。本研究基于阳澄湖湿地遥感影像和数字高程(DEM)数据,运用Arcgis软件的空间分析、子流域划分和Fragstats软件并根据水质监测结果,对阳澄湖湿地水环境质量特征及多尺度土地利用景观格局进行分析。采用Spearman相关性分析、冗余分析(RDA)和偏最小二乘法(PLS)构建土地利用类型、景观格局指数与水质指标的统计关系模型,定量探究景观组成类型及景观空间结构对湿地水环境质量的影响,揭示土地利用景观格局对阳澄湖湿地水质的尺度效应。主要得到以下结论:(1)从土地利用类型特征看,缓冲区尺度内湖泊面积比例在空间尺度上随缓冲区半径的增加而下降;城镇住宅用地和养殖塘面积占比随着缓冲区半径的增加呈逐步上升的空间变化特征;乔木林地面积比例呈现相反的逐步减少趋势。子流域尺度内,整体上乔木林地和水田面积占比较大,湖泊、养殖塘及城镇住宅用地面积占比较小。(2)从景观格局特征看,在100m缓冲区内,景观斑块结合度较高。在200m缓冲区内,斑块类型破碎化程度有所增大。在500m缓冲区内,斑块密度(PD)和最大斑块指数(LPI)均有所下降。在800m缓冲区内,最大斑块指数(LPI)和蔓延度指数(CONTAG)均有略微下降,斑块数量(NP)和景观形状指数(LSI)均有所增大。在1000m缓冲区内,斑块数量(NP)有所增加。子流域尺度内,整体上流域中部斑块数量(NP)相对较低,斑块密度(PD)差距较大,说明景观破碎化程度较低。在流域的西南部地区最大斑块指数(LPI)较低,景观形状指数(LSI)较高。(3)从水质空间分布特征看,阳澄湖湿地不同水质采样点差异极大,大多数水质指标低浓度值主要分布在西湖北部区域D4和阳澄湖莲花岛中部区域D9点位,这些点位附近城镇住宅用地、水田和养殖塘分布相对于其他点位较少。污染最重的区域集中在西湖中部区域D2以及阳澄湖莲花岛南部区域D10、东湖中部区域D11和东湖北部区域D12。这些点位所在的缓冲区内乔木林地占比较低,而水田和湖泊的面积占比较高。(4)从不同尺度土地利用类型对湿地水环境质量的影响看,在100-500m小范围缓冲区内,城镇住宅用地对湿地水环境质量的影响较大。在800-1000m大范围缓冲区内,乔木林地对湿地水环境质量的影响较大。土地利用类型对水质的尺度依赖性大小排序为:子流域>100m缓冲区>1000m缓冲区>800m缓冲区>500m缓冲区>200m缓冲区。阳澄湖湿地子流域土地利用类型对水环境质量的影响大小顺序为:湖泊>城镇住宅用地>乔木林地>养殖塘>水田。(5)从不同尺度景观格局指数对湿地水环境质量的影响看,在100m缓冲区内,仅有斑块数量(NP)、斑块密度(PD)和景观形状指数(LSI)与个别水质指标具有明显相关性。在200-1000m缓冲区内,斑块密度(PD)、斑块结合度(COHESION)、最大斑块指数(LPI)、蔓延度指数(CONTAG)、香农多样性指数(SHDI)对水环境质量有一定影响。在子流域尺度内,LSI、SHDI与SHEI对大多数水质指标有较强的负面影响,LPI和CONTAG对大多数水质指标的正面影响较大。景观格局特征对水质的尺度依赖性大小排序为:子流域>500m缓冲区>200m缓冲区>100m缓冲区>800m缓冲区>1000m缓冲区。景观格局指数对阳澄湖水质的影响大小顺序为:SHDI>LPI>LSI>SHEI>COHESION>CONTAG>PD>NP。(6)基于研究结果提出阳澄湖湿地优化提升策略,景观层面上,应合理配置湿地缓冲区尺度和子流域尺度内土地利用及景观空间布局;生态层面上,加强城镇化管理,提倡城市生态建设,强化农业污染控制,调整农业产业结构,完善围网养殖管理,实现可持续循环利用;社会层面上,改善湿地水体质量,贯彻落实湿地保护法律制度体系,坚持人与湿地和谐共生,促进湿地可持续发展。
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