楊 潔，許有鵬??，高 斌，王躍峰，徐 羽，馬 倩

（1：南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，南京210023）（2：江蘇省水文水資源勘測局，南京210008）

城鎮(zhèn)化下河流水質(zhì)變化及其與景觀格局關(guān)系分析
——以太湖流域蘇州市為例?

楊 潔1，許有鵬1??，高 斌1，王躍峰1，徐 羽1，馬 倩2

（1：南京大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，南京210023）（2：江蘇省水文水資源勘測局，南京210008）

以河流近域景觀格局與水環(huán)境質(zhì)量間的關(guān)系為研究對(duì)象，基于2001年及2010年兩期土地利用類型以及7條典型河流的溶解氧、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、總磷、總氮5項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)，分析城鎮(zhèn)化下蘇州市河流水質(zhì)與景觀格局之間的關(guān)系及其變化規(guī)律.結(jié)果表明：（1）蘇州市河流水質(zhì)狀況總體較差，但呈現(xiàn)一定的好轉(zhuǎn)趨勢.（2）河流水質(zhì)受到城鎮(zhèn)用地、旱地及水田的綜合影響，并表現(xiàn)出尺度效應(yīng).其中城鎮(zhèn)用地與旱地對(duì)河流水質(zhì)惡化具有明顯的作用，水田則反之.2001-2010年城鎮(zhèn)用地及水田對(duì)水質(zhì)的影響程度有所減弱，旱地則增強(qiáng).（3）蔓延度指數(shù)、最大面積斑塊比例對(duì)河流水質(zhì)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，斑塊數(shù)量、斑塊密度、香農(nóng)均勻度指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù)則與水質(zhì)呈現(xiàn)正相關(guān).景觀格局對(duì)于水質(zhì)的影響在大范圍緩沖區(qū)更為顯著.研究結(jié)果可為蘇州水環(huán)境管理及太湖流域城市空間開發(fā)提供一定的參考依據(jù).

水質(zhì)變化；土地利用；景觀空間特征；城鎮(zhèn)化；蘇州市；太湖流域

城鎮(zhèn)化引起了土地利用結(jié)構(gòu)的巨大改變，并對(duì)區(qū)域氣候、土壤及水體產(chǎn)生深刻影響［1］.在城鎮(zhèn)化過程中，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長，城鎮(zhèn)用地急速擴(kuò)張，強(qiáng)烈影響區(qū)域水循環(huán)過程［2］，并加快區(qū)域河網(wǎng)水系的衰減程度，河流連通受阻，打破原有河網(wǎng)的水生態(tài)平衡，引發(fā)一系列水環(huán)境問題［3］.

近年來，景觀格局與河流水質(zhì)之間的關(guān)系成為國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)［4-5］.大量研究表明景觀格局與區(qū)域水環(huán)境之間存在明顯的相互作用［4-15］.研究的方向主要包括兩方面：以景觀格局的組成屬性為基礎(chǔ)，即土地利用類型百分比與河流水質(zhì)之間的關(guān)系［6-10］；以景觀格局的空間結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，即通過景觀指數(shù)探究不同土地利用類型的空間布局與水質(zhì)之間的關(guān)系［4-5，11-12］.在時(shí)間尺度上，主要基于多年水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)以及景觀格局的變化數(shù)據(jù)分析二者的相關(guān)規(guī)律；研究的空間尺度主要包括流域［6-8］、子流域［9］及緩沖區(qū)［4-5，10-11］等幾種類型.目前，景觀格局與水質(zhì)關(guān)系研究常用的方法包括相關(guān)分析、多元回歸分析、主成分分析、方差分析及模型分析等［4-5，8，11，13］.但在不同地區(qū)，關(guān)于不同景觀指數(shù)和水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)關(guān)系的研究仍存在不確定性，需要在更廣泛的地區(qū)針對(duì)相應(yīng)問題開展研究，以期進(jìn)一步理解二者之間關(guān)系機(jī)制.

太湖是國家“三河三湖”水污染防治的重點(diǎn)湖泊之一，更是江蘇省水污染防治的重點(diǎn)［5］.環(huán)太湖的蘇錫常地區(qū)在我國區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著舉足輕重的作用［16］.然而，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的快速推進(jìn)導(dǎo)致區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和水環(huán)境保護(hù)的矛盾十分突出.在此背景下，選取太湖流域腹部地區(qū)的蘇州市為研究區(qū)，探討城鎮(zhèn)化下景觀格局與水質(zhì)的關(guān)系及其時(shí)空變化趨勢具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義.本研究旨在揭示不同土地利用類型對(duì)城市河道污染的影響程度，水質(zhì)與景觀格局變化的多尺度響應(yīng)關(guān)系及其變化特征，以期為蘇州市合理調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，改善水環(huán)境質(zhì)量提供理論參考，同時(shí)也為太湖流域空間開發(fā)提供科學(xué)依據(jù).

1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

1.1 研究區(qū)概況

蘇州市地處長江三角洲中部、太湖流域東北部，位于30°47′～32°02′N，119°55′～121°20′E之間，東鄰上海，南連浙江，西傍太湖，北枕長江.屬于亞熱帶濕潤性季風(fēng)海洋性氣候，雨量充沛.全市總面積約8488 km2，地勢低平，地形以平原為主，平原占總面積的55%，擁有各級(jí)河道2萬多條，大小湖泊300個(gè).2014年實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值13760.89億元，居全國第7位，年末常住人口1060.40萬人［17］.

1.2 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)

本研究涉及資料包括蘇州市土地利用數(shù)據(jù)及水質(zhì)數(shù)據(jù).土地利用數(shù)據(jù)包括2001年7月24日及2010年5月24日兩期，由Landsat TM、ETM影像通過監(jiān)督分類解譯所得，分類系統(tǒng)參考中國土地資源分類系統(tǒng)，并根據(jù)研究區(qū)土地覆被類型特點(diǎn)及研究目的劃分為旱地、城鎮(zhèn)用地、水田、水域和林地5大類別.并結(jié)合實(shí)際考查數(shù)據(jù)、地形圖及高分辨遙感影像對(duì)分類結(jié)果進(jìn)行精度驗(yàn)證，2001年總體分類精度87.62%，Kappa系數(shù)0.85；2010年總體分類精度85.69%，Kappa系數(shù)0.81.水質(zhì)資料為蘇州市主要骨干河道上的21個(gè)水質(zhì)監(jiān)測斷面的月實(shí)測資料（圖1）.根據(jù)太湖流域水質(zhì)監(jiān)測站點(diǎn)的水質(zhì)數(shù)據(jù)，選取對(duì)河流水環(huán)境質(zhì)量影響較為突出的常規(guī)檢測指標(biāo)溶解氧（DO）、氨氮（NH3-N）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）、總磷（TP）、總氮（TN）.其中11個(gè)斷面水質(zhì)資料監(jiān)測年限為2004-2014年，其余為2001-2014年，TN、TP指標(biāo)的監(jiān)測則從2002年開始.結(jié)合水質(zhì)斷面監(jiān)測資料年限及其分布情況（圖1），對(duì)蘇州市水質(zhì)監(jiān)測斷面數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，選出具有較長觀測時(shí)間的王市望虞河大橋等10個(gè)斷面，分別位于望虞河、常滸河、元和塘、楊林塘、婁江、胥江、太浦河等7條骨干河道.

2 研究方法

平原水網(wǎng)地區(qū)河流呈往復(fù)流態(tài)且上下游關(guān)系不明顯，同一斷面水質(zhì)可能受多個(gè)方向來水影響，因而采用以水質(zhì)監(jiān)測斷面為中心的圓形緩沖區(qū)作為水文單元［18］.研究中緩沖區(qū)單元尺度主要依據(jù)國外區(qū)域水環(huán)境與景觀格局關(guān)系的尺度效應(yīng)研究確定，大多以100 m作為最小空間單元（即河岸帶尺度），最大空間單元尺度則一般為1000～2000m［18-19］.結(jié)合研究區(qū)范圍，選擇100、300、500、700、1000m共5個(gè)尺度，并以水質(zhì)監(jiān)測斷面為中心，生成2001年及2010年兩期共100個(gè)圓形緩沖區(qū).

在各緩沖區(qū)內(nèi)，使用Fragstats 3.3計(jì)算景觀水平和類型水平上的景觀指數(shù)，包括各用地類型所占面積比例以及最大斑塊所占面積比例（LPI）、斑塊數(shù)量（NP）、斑塊密度（PD）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）、香農(nóng)均勻度指數(shù)（SHEI）和蔓延度指數(shù)（CONTAG）等6個(gè)景觀指數(shù).LPI反映了景觀中最大斑塊面積占整個(gè)景觀面積的比例.NP反映景觀中斑塊的總數(shù).PD表征單位面積的斑塊數(shù).SHDI的大小反映景觀類型的多少和各景觀類型所占比例的變化.SHEI用于描述景觀中不同斑塊類型分配的均勻程度.CONTAG是用于測量景觀中不同斑塊類型的聚集程度［16］.CONTAG和LPI可用于表征景觀斑塊聚集程度及優(yōu)勢景觀類型，而PD、NP及SHDI都是景觀破碎程度的表征［20］，可反映景觀中各斑塊類型的豐富度和復(fù)雜性，SHEI可以反映景觀的多樣性.這幾項(xiàng)指標(biāo)分別從景觀要素及總體特征來對(duì)緩沖區(qū)內(nèi)的景觀格局進(jìn)行表征.

圖1 蘇州市主要骨干河道及水質(zhì)監(jiān)測斷面分布Fig.1 Distribution ofmain rivers and water quality monitoring sites in Suzhou City

3 結(jié)果與分析

3.1 河流水質(zhì)總體變化

選取對(duì)河流水環(huán)境質(zhì)量影響較為突出的常規(guī)檢測指標(biāo)DO、TN、NH3-N、TP和CODMn，采用單因子評(píng)價(jià)法［21］來量化河流水質(zhì)情況（圖2）.根據(jù)國家《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 3838-2002），2004-2014年蘇州市Ⅳ～劣Ⅴ類水質(zhì)斷面比重總體呈現(xiàn)減小趨勢，但在2014年仍達(dá)到52.38%.其中TN、NH3-N超標(biāo)最為嚴(yán)重，是主要污染物.除工業(yè)點(diǎn)源污染外，其來源主要是水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、農(nóng)業(yè)種植業(yè)和畜禽養(yǎng)殖業(yè)等農(nóng)業(yè)面源污染的排放［22］，以及城市降雨徑流所帶來的氮營養(yǎng)鹽［23-24］.研究區(qū)水質(zhì)污染表現(xiàn)出一定的改善趨勢，但總體仍然嚴(yán)峻.究其原因，一方面，2001-2010年各水質(zhì)監(jiān)測斷面緩沖區(qū)內(nèi)水域面積總體呈現(xiàn)增長趨勢，表明隨著保護(hù)意識(shí)的提高以及相關(guān)整治措施的施行，城市河流水系有所恢復(fù)，并對(duì)提高城市水環(huán)境質(zhì)量具有一定效果；另一方面則得益于“引江濟(jì)太”工程等［25］相關(guān)工程性措施的實(shí)施，使得水體流通性增強(qiáng).

3.2 土地利用對(duì)主要河道水質(zhì)的影響分析

3.2.1 緩沖區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)變化 緩沖區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)分析（圖3）顯示，各尺度緩沖區(qū)內(nèi)城鎮(zhèn)用地及耕地（水田、旱地）為主要地類，占比總體超過80%.2001年各緩沖區(qū)內(nèi)地類比重由大到小分別是：城鎮(zhèn)用地、水田、水域、旱地、林地.2010年各緩沖區(qū)尺度仍以城鎮(zhèn)用地為主，林地面積最小，不同的是旱地面積顯著增加，水域面積有所恢復(fù)，水田面積快速下降.

圖2 不同水質(zhì)等級(jí)的監(jiān)測斷面數(shù)量比重Fig.2 The ratios ofmonitoring sites presenting differentwater quality grades

圖3 緩沖區(qū)土地利用結(jié)構(gòu)Fig.3 Land-use composition in buffer zone

3.2.2 土地利用類型對(duì)水質(zhì)的影響 由于2001年各監(jiān)測斷面尚未開展TP、TN監(jiān)測，通過對(duì)臨近兩年的TP、TN數(shù)據(jù)變化趨勢進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)年際變化較小，且按照水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)均屬于同一類別，同時(shí)土地利用年際間變化程度有限，因此用2002年的TP、TN數(shù)據(jù)替代2001年.采用2001年及2010年5個(gè)緩沖區(qū)尺度內(nèi)各土地利用類型面積比重及水質(zhì)指標(biāo)數(shù)據(jù)，研究土地利用類型與河流水質(zhì)的響應(yīng)關(guān)系及其變化情況（表1）.

從相關(guān)分析結(jié)果（表1）表明，不同時(shí)期各土地利用類型面積比例與各水質(zhì)污染指標(biāo)之間關(guān)系各異. 2001年，城鎮(zhèn)用地與DO、CODMn、NH3-N、TP及TN自500 m緩沖區(qū)范圍開始呈現(xiàn)顯著相關(guān)（P＜0.05，下同），其中與DO呈負(fù)相關(guān).水田與DO在100及300m緩沖區(qū)呈顯著正相關(guān)，與CODMn在100m緩沖區(qū)呈顯著負(fù)相關(guān)，與TN在500、700、1000 m緩沖區(qū)均呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)，與DO、CODMn、TP、NH3-N在500、700、1000 m緩沖區(qū)顯著性均更強(qiáng)（P＜0.01）.旱地、林地與各水質(zhì)指標(biāo)并沒有較為顯著的相關(guān)關(guān)系.總體上，城鎮(zhèn)用地及水田是影響水質(zhì)的主要地類，且在500～1000 m緩沖區(qū)范圍影響較顯著.

2010年，城鎮(zhèn)用地、水田及旱地是水質(zhì)的主要影響地類.城鎮(zhèn)用地與CODMn在700、1000 m緩沖區(qū)范圍內(nèi)呈顯著正相關(guān)，與DO在1000 m緩沖區(qū)呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）.水田在500m與DO呈顯著正相關(guān)、與CODMn呈顯著負(fù)相關(guān)，在700、1000m緩沖區(qū)范圍內(nèi)顯著性均更強(qiáng)（P＜0.01）；與TP、NH3-N在700 m緩沖區(qū)呈顯著負(fù)相關(guān).旱地與DO在700和1000m緩沖區(qū)均呈顯著負(fù)相關(guān)，在300及500 m緩沖區(qū)相關(guān)性更強(qiáng)（P＜0.01）；與CODMn自300 m緩沖區(qū)呈顯著正相關(guān)，與TP、NH3-N在300～1000 m的多個(gè)尺度上呈現(xiàn)顯著正相關(guān).

綜合兩期分析結(jié)果，蘇州市河流水質(zhì)受到多種土地利用類型的綜合影響.不同土地利用類型對(duì)各水質(zhì)指標(biāo)的影響程度及范圍不同，且具有一定的空間尺度性特征.隨著緩沖區(qū)尺度的增加，各地類與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性總體呈增強(qiáng)趨勢.2001年，城鎮(zhèn)用地、水田的影響分別在700、1000m緩沖半徑作用區(qū)達(dá)到最大.2010年，城鎮(zhèn)用地、旱地、水田的影響則分別在1000、1000、700 m緩沖半徑作用區(qū)達(dá)到最大.總體上，各地類對(duì)水質(zhì)的影響范圍由2001年集中在500～1000m緩沖區(qū)之間變化為2010年的700～1000m緩沖區(qū)之間.城鎮(zhèn)用地及水田對(duì)水質(zhì)的影響變化總體表現(xiàn)為同尺度上影響減弱，以及呈現(xiàn)顯著影響的起始尺度增大；旱地面積對(duì)水質(zhì)指標(biāo)的影響則有增強(qiáng)的趨勢.這與各地類面積比重的變化趨勢相符.此外，相關(guān)研究表明河流近域附近林地增加可以通過植物吸收、土壤滯留等作用減少和截留部分污染物［26］.而研究區(qū)中林地比重較小，很難發(fā)揮大的水質(zhì)改善作用，與各水質(zhì)指標(biāo)未呈現(xiàn)較為明顯的關(guān)系.

表1 土地利用類型與水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)分析Tab.1 Correlation analysis between proportion of land use type and water quality indicators

3.3 景觀格局對(duì)主要河道水質(zhì)的影響分析

3.3.1 緩沖區(qū)景觀格局特征變化 兩時(shí)相各緩沖區(qū)尺度景觀格局存在時(shí)空變化特征（表2）.時(shí)間上，LPI及CONTAG呈下降趨勢，NP、PD、SHEI、SHDI均呈現(xiàn)增加趨勢，即緩沖區(qū)內(nèi)的景觀格局呈現(xiàn)破碎度增大，多樣性增加的趨勢.空間上，隨著緩沖區(qū)距離增加，LPI和PD均呈現(xiàn)下降趨勢，NP、SHEI、SHDI則呈增加趨勢，其中SHEI、SHDI的最大值均出現(xiàn)在1000 m緩沖區(qū).CONTAG在2001年隨緩沖區(qū)半徑增大呈上升的趨勢，2010年則變化不大.

表2 緩沖區(qū)景觀格局Tab.2 Landscape pattern in buffer zone

3.3.2 景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響 兩期景觀指數(shù)與水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)分析結(jié)果顯示，景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響在大范圍緩沖區(qū)更為顯著（表3）.因1000 m尺度緩沖區(qū)內(nèi)大部分景觀指數(shù)與水質(zhì)指標(biāo)之間相關(guān)關(guān)系顯著，因此對(duì)其進(jìn)行著重分析.2001年，NP、PD與NH3-N、TP、CODMn均呈顯著負(fù)相關(guān)，與TN也呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）.CONTAG與NH3-N、TN、TP均呈顯著正相關(guān)，SHEI與NH3-N、TN均呈顯著負(fù)相關(guān)，SHDI與TN也呈較強(qiáng)負(fù)相關(guān)關(guān)系.2010年，LPI與DO呈顯著負(fù)相關(guān)，與NH3-N、TN均呈顯著正相關(guān)，與CODMn也存在顯著正相關(guān).CONTAG與NH3-N、TN、TP等污染指標(biāo)均呈顯著正相關(guān).SHEI與水質(zhì)指標(biāo)存在顯著的相關(guān)關(guān)系，其中與DO呈顯著正相關(guān)，與TP、CODMn均呈顯著負(fù)相關(guān)，與NH3-N、TN的負(fù)相關(guān)更為顯著（P＜0.01）.

綜合兩期分析結(jié)果，LPI、CONTAG及SHEI與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性有所增強(qiáng)，NP、PD則減弱.NH3-N、TN、TP始終與CONTAG呈正相關(guān)，SHEI則與NH3-N、TN均呈負(fù)相關(guān).

表3 景觀指數(shù)與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)分析（1000 m）Tab.3 Correlation analysis between landscape pattern and water quality indicators（1000 m）

4 討論

4.1 土地利用類型與河流水質(zhì)

研究區(qū)城鎮(zhèn)用地與CODMn、TN、NH3-N、TP等污染指標(biāo)呈正相關(guān)，是水質(zhì)的重要影響因子，對(duì)其具有負(fù)效應(yīng)，與相關(guān)研究結(jié)論一致［1，4，11］.這可以理解為城鎮(zhèn)化過程中不透水區(qū)和建設(shè)用地面積的增加導(dǎo)致污染物隨著暴雨徑流的沖刷進(jìn)入水體，造成水體中營養(yǎng)鹽及有機(jī)物含量增加［4］，水質(zhì)下降.此外，城市地區(qū)對(duì)應(yīng)的工業(yè)和商業(yè)活動(dòng)也會(huì)造成工業(yè)點(diǎn)源污染及城鎮(zhèn)面源污染.同時(shí)，城鎮(zhèn)用地對(duì)水質(zhì)的影響隨緩沖區(qū)距離增加而增大，這與污染物排放量隨緩沖區(qū)范圍增加產(chǎn)生的累積具有重要聯(lián)系.根據(jù)蘇州市2011年污染物普查數(shù)據(jù)，在10個(gè)監(jiān)測斷面300、700、1000 m緩沖區(qū)內(nèi)分別有1、2、4個(gè)排污口，年CODMn入河排放量隨緩沖區(qū)距離增加而增大，共為2181.03 t，分別是TN、NH3-N和TP入河量的3.39、10.00和1016.59倍.

除建設(shè)用地外，水田及旱地也是水質(zhì)的重要影響因子.其中，旱地對(duì)于CODMn、TN、NH3-N等污染指標(biāo)在部分尺度上呈較強(qiáng)的正相關(guān)，對(duì)水質(zhì)具有負(fù)效應(yīng)，水田反之.Jung等［27］的研究也發(fā)現(xiàn)稻田及其他農(nóng)業(yè)用地面積比例與BOD、TN、TP、大腸桿菌等污染指標(biāo)存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，與本研究結(jié)果較為一致.目前的研究多數(shù)采用耕地作為因子分析其對(duì)水質(zhì)的影響，并發(fā)現(xiàn)耕地與TN、TP呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)［1，28］，但與DO及COD［M1n4，28］的關(guān)系在不同區(qū)域的研究結(jié)果有所差異.這也表明水田和旱地對(duì)于水質(zhì)指標(biāo)影響的方式和程度不同，則其比例組合不同會(huì)使耕地與水質(zhì)的關(guān)系具有區(qū)域變化性.究其原因，一方面可能是由于水田作為植被或濕地系統(tǒng)對(duì)污染物具有一定的吸附、吸收、滯留作用［29］.另一方面是由于水田對(duì)污染物的產(chǎn)生與排放貢獻(xiàn)不及城鎮(zhèn)用地和旱地，對(duì)河流水質(zhì)的負(fù)面影響較弱［5］.建設(shè)用地、旱地與水田作為主要的污染輸出用地類型，對(duì)河流水體污染的影響呈現(xiàn)“此消彼長”的強(qiáng)弱關(guān)系［5］.因此，合理規(guī)劃河岸耕地類型比重、控制城鎮(zhèn)用地的發(fā)展，對(duì)于蘇州城市河流水質(zhì)的改善十分必要.

總體來看，城鎮(zhèn)化區(qū)域河流水質(zhì)受到土地利用、水系結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素的綜合影響.土地利用變化對(duì)于城市河流水質(zhì)變化的影響雖弱于點(diǎn)源污染，但卻在一定程度上反映該區(qū)域人類活動(dòng)擴(kuò)張程度及空間布局，對(duì)于污染排放具有一定表征意義.綜合考慮土地利用結(jié)構(gòu)、污染負(fù)荷以及土地利用格局變化導(dǎo)致的水質(zhì)指標(biāo)變化，對(duì)于水質(zhì)變化趨勢具有一定的解釋意義.

4.2 景觀格局與河流水質(zhì)

綜合兩期分析結(jié)果，CONTAG是水質(zhì)的重要預(yù)測因子，在1000 m緩沖區(qū)對(duì)TP、NH3-N、TN等污染指標(biāo)呈現(xiàn)顯著正相關(guān).張大偉等［5］的研究也發(fā)現(xiàn)CONTAG與TP呈顯著正相關(guān)，并解釋為CONTAG值越大，斑塊的聚集和連通越明顯，且景觀中存在著優(yōu)勢斑塊，即城鎮(zhèn)用地和旱地／水田優(yōu)勢斑塊的聚集和良好聯(lián)通關(guān)系導(dǎo)致污染物集中產(chǎn)生與輸出，對(duì)河流水質(zhì)的影響較顯著［5］；吉冬青等［20］及王瑛等［30］則發(fā)現(xiàn)CONTAG與污染指標(biāo)呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān).產(chǎn)生不同結(jié)果可能與研究區(qū)主要景觀類型有關(guān)，如負(fù)相關(guān)區(qū)域以林地、耕地景觀類型為主，正相關(guān)區(qū)域則以城鎮(zhèn)用地、旱地、水田為主.

LPI在1000 m半徑緩沖區(qū)與DO呈現(xiàn)較強(qiáng)的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與CODMn、NH3-N、TN呈現(xiàn)較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，此時(shí)在各緩沖區(qū)內(nèi)最大面積斑塊是城鎮(zhèn)用地或旱地，其面積比例越大，分布越集中，造成污染物集中產(chǎn)生和輸出，對(duì)水質(zhì)具有明顯的負(fù)面影響［16］.黃金良等［4］與吉冬青等［20］研究得出的結(jié)論則相反，這主要與研究區(qū)中的最大斑塊類型有關(guān).

SHEI在1000m緩沖區(qū)與CODMn、NH3-N、TN、TP等污染指標(biāo)呈顯著負(fù)相關(guān)，也是重要的水質(zhì)預(yù)測因子.與陳德超等［16］在胥江流域的研究結(jié)果相似.表明SHEI的值越大，水體污染程度相對(duì)較輕.究其原因，SHEI反映了景觀內(nèi)斑塊的均勻程度，SHEI值越大，各土地類型在面積和數(shù)量上的分布越均勻，主要污染物產(chǎn)生輸出用地的優(yōu)勢程度和集中程度越不突出，則污染物的產(chǎn)生和輸出也相對(duì)分散，因此對(duì)水質(zhì)的影響相對(duì)緩和［16］.SHDI與TN的負(fù)相關(guān)關(guān)系說明區(qū)域景觀多樣性對(duì)河流氮營養(yǎng)鹽的產(chǎn)生具有一定緩解作用.

CONTAG及LPI可表征景觀斑塊聚集程度及優(yōu)勢景觀類型，SHDI及SHEI可反映景觀中各斑塊類型的豐富度，是景觀破碎程度的表征［20］.綜合兩期相關(guān)分析結(jié)果，景觀聚集程度與水質(zhì)污染指標(biāo)呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，破碎度則與之呈現(xiàn)負(fù)相關(guān).對(duì)比之前研究結(jié)果［4-5，16，20，30］，這與研究區(qū)域的優(yōu)勢土地利用類型及其特性具有密切的關(guān)系.

綜合已有研究結(jié)論及本文結(jié)果，景觀空間特征與水質(zhì)間關(guān)系具有不確定性，但景觀空間屬性對(duì)水質(zhì)存在較為明顯的影響這一觀點(diǎn)已得到普遍認(rèn)同［20］.因此，合理配置景觀格局能夠有效地治理面源污染，改善水質(zhì)狀況.

5 結(jié)論

本研究分析了2004-2014年蘇州市水質(zhì)變化情況，并以7條骨干河道為研究對(duì)象，結(jié)合空間緩沖區(qū)分析與相關(guān)分析，研究緩沖區(qū)景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響及其變化特征.結(jié)果表明：

2004-2014年蘇州市水質(zhì)狀況總體較差，但呈現(xiàn)一定的好轉(zhuǎn)趨勢，其中TN、NH3-N是主要污染物.

綜合兩期相關(guān)分析結(jié)果，研究區(qū)水質(zhì)與城鎮(zhèn)用地、水田、旱地密切相關(guān)，反映了土地利用格局對(duì)水質(zhì)的復(fù)雜影響機(jī)制.城鎮(zhèn)用地、水田、旱地在不同緩沖區(qū)尺度分別與各水質(zhì)指標(biāo)呈現(xiàn)顯著的相關(guān)關(guān)系，并存在明顯的尺度相關(guān)性.隨著緩沖區(qū)尺度的增加，土地利用類型與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性總體呈現(xiàn)增強(qiáng)的趨勢，在700～1000 m緩沖區(qū)范圍內(nèi)更為顯著.景觀指數(shù)與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)程度在大范圍緩沖區(qū)相較于小范圍緩沖區(qū)也更為顯著.

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Riverwater quality change and its relationship w ith landscape pattern under the urbanization：A case study of Suzhou City in Taihu Basin

YANG Jie1，XU Youpeng1??，GAO Bin1，WANG Yuefeng1，XU Yu1＆MA Qian2
（1：School ofGeographic and Oceanographic Sciences Institute，Nanjing University，Nanjing 210023，P.R.China）（2：Jiangsu Province Hydrology and Water Resources Investigation Bureau，Nanjing 210008，P.R.China）

Based on land use data and water quality data of seven typical rivers of 2001 and 2010，the relationship between landscape pattern and water quality indicators and its change characteristics in Suzhou City under the urbanization were analyzed.The monitoring datawas consisted of fivewater quality indicators including dissolved oxygen，ammonia，potassium permanganate index，total phosphorus and total nitrogen.The resultswere listed as follows.The water quality of Suzhou City was general poor，although showed a trend of improvement.Riverwater quality suffered the comprehensive influenceofurban land，dry land and paddy field in research area.The influence variesamong scales.Meanwhile，urban land and the dry land had obviouseffecton the deterioration of river water quality.The correlation between urban land area and paddy field area and water quality indexes abated in small scales in 2001-2010.However，the impact of dry land on water quality was greatly increased.What'smore，water quality was negatively correlated to contagion index and the largest patch index and positively correlated to number of patches，patch density，Shannon's evenness index and Shannon's diversity index.The effects of landscape pattern in awide range of buffer on water quality wasmore significant.The research results provided certain reference basis to Suzhou water environmentmanagement and urban space development of the Taihu Basin.

Water quality change；land use；landscape spatial characteristics；urbanization；Suzhou City；Taihu Basin

DOI 10.18307／2017.0406

?2017 by Journal of Lake Sciences

?國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專項(xiàng)（2016YFC0401502）、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（41371046，41401035）、江蘇水利科技基金項(xiàng)目（2015003）和水利部水利公益專項(xiàng)（201201072，201501041）聯(lián)合資助.2016-07-25收稿；2016-10-11收修改稿.楊潔（1992～），女，碩士研究生；E-mail：yueyingliuyun＠126.com.

??通信作者；E-mail：xuyp305＠163.com.