朱 穎, 王 怡, 賀風(fēng)春, 吳燕飛

(1.蘇州科技大學(xué) 建筑與城市規(guī)劃學(xué)院, 江蘇 蘇州 215011;2.蘇州園林設(shè)計(jì)院有限公司, 江蘇 蘇州 215000; 3.蘇州濕地保護(hù)管理站， 江蘇 蘇州 215006)

景觀格局是景觀要素在空間分布特征的表達(dá)，不同尺度的景觀格局對生態(tài)過程的影響不同[1-2]，最終結(jié)果也不同。水環(huán)境對景觀格局變化具有非常敏感的響應(yīng)，在流域尺度上，景觀格局的變化引起水文條件的空間差異，進(jìn)而影響水環(huán)境質(zhì)量的空間分異，因此景觀格局的變化被認(rèn)為是影響水環(huán)境質(zhì)量變化的主導(dǎo)因素[3]。國內(nèi)外許多研究表明，景觀格局對水環(huán)境的影響與空間尺度密切關(guān)聯(lián)，但是當(dāng)前對識(shí)別兩者間最相關(guān)的空間尺度具有較大爭議：Meneses等[4]和郝敬鋒等[5]分別針對葡萄牙和南京某流域的研究認(rèn)為，在河岸帶緩沖區(qū)尺度上景觀格局對水環(huán)境質(zhì)量的依賴性小于流域尺度，而Xu等[6]和張福平等[7]在貴州烏江和灃河流域的研究中則強(qiáng)調(diào)，在較小的河岸帶緩沖作用區(qū)內(nèi)景觀格局是影響河流水質(zhì)的關(guān)鍵區(qū)域。李艷利等[8]則在研究渾太河流域水質(zhì)中發(fā)現(xiàn)，不同尺度下景觀類型對水質(zhì)的影響程度不同?？滴娜A[9]針對赤水河流域的研究表明，景觀組成對河流水質(zhì)影響的最大空間尺度為河岸帶尺度，景觀格局對河流水質(zhì)影響的最大空間尺度因地貌不同而不同。前人的研究表明景觀格局的空間尺度對水質(zhì)存在明顯的影響，但是尺度大小對景觀與水質(zhì)之間的關(guān)系尚無明確定論。濕地是極為復(fù)雜且脆弱的生態(tài)系統(tǒng)，水質(zhì)作為反映濕地健康程度最重要的指標(biāo)，其與景觀格局空間尺度關(guān)系一直成為探索的主要內(nèi)容。對于濕地而言，目前多通過建立景觀指數(shù)與水質(zhì)量化關(guān)系進(jìn)行尺度關(guān)聯(lián)性的研究。由于一定時(shí)期內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)獲取難度等問題，相關(guān)研究多以定性方法分析某一短期水質(zhì)響應(yīng)，且側(cè)重于單一的空間尺度，缺乏不同尺度圓形緩沖區(qū)景觀格局與水質(zhì)變化的定量分析，因而水質(zhì)與景觀格局的響應(yīng)關(guān)系還不能被充分解釋，且量化分析景觀組成和結(jié)構(gòu)的研究相對較少。因此，亟需識(shí)別在不同尺度上影響水質(zhì)的主導(dǎo)景觀因素。在水質(zhì)監(jiān)測的基礎(chǔ)上，通過劃分不同尺度的圓形緩沖區(qū)探究景觀格局與水質(zhì)變化相關(guān)程度最強(qiáng)的空間尺度是一種較好的途徑，即利用濕地水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)不同半徑范圍的景觀要素狀況，結(jié)合景觀格局指數(shù)方法，能夠定量分析不同尺度緩沖區(qū)對水質(zhì)的影響程度，為區(qū)域景觀類型、景觀組成和結(jié)構(gòu)的空間分布及配置優(yōu)化提供理論依據(jù)。蘇州市地處長三角核心地帶，占國土面積36.6%的濕地不僅是蘇州最重要的生態(tài)資源，也是長三角地區(qū)生態(tài)安全的重要支撐。本研究選取蘇州市陽澄湖濕地小流域?yàn)檠芯繀^(qū)，利用遙感影像，獲取不同緩沖區(qū)范圍的土地利用信息，探討流域水質(zhì)對景觀格局的響應(yīng)關(guān)系，旨在揭示其內(nèi)在的變化機(jī)制，以期為陽澄湖濕地水環(huán)境質(zhì)量的提升和景觀格局的優(yōu)化提供參考價(jià)值，也為其他濕地水質(zhì)改善提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

陽澄湖總面積844.01 km2，平均水深2.05 m，蓄水量1.90×108m3，是太湖平原上第3大淡水湖，覆蓋蘇州三區(qū)兩市，包括姑蘇區(qū)、工業(yè)園區(qū)、相城區(qū)、昆山市及常熟市，是蘇州飲用水源。陽澄湖周邊共有63條出入湖河道，入湖口大多處于陽澄湖西側(cè)，入湖水量占比39.6%，入湖河道流速一般在0.1 m/s以下，東線和南線則聚集著大量出湖口。湖中有2條東北至西南走向的狹長半島，把陽澄湖分為東湖(約占44.08%)、中湖(約占29.03%)和西湖(約占26.89%)，三湖互相連接。陽澄湖屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年降水量為1 100～1 150 mm，氣候適宜也促使該區(qū)成為著名的水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，同時(shí)其周邊高強(qiáng)度的土地利用，也導(dǎo)致陽澄湖水質(zhì)惡化，2013年起，蘇州市政府持續(xù)實(shí)施了《蘇州市陽澄湖生態(tài)優(yōu)化行動(dòng)實(shí)施方案》，拆除了大量的養(yǎng)殖圍網(wǎng)，部分水質(zhì)指標(biāo)在一定程度有所改善，但富營養(yǎng)化仍然比較顯著[10]，需要進(jìn)一步綜合治理。

1.2 數(shù)據(jù)獲取

1.2.1 流域劃分及土地利用獲取 遙感影像和數(shù)字高程(DEM)來源于地理空間數(shù)據(jù)云(http:∥www.gscloud.cn/)。本研究以影像1∶50 000地形圖為基準(zhǔn)，在ArcGIS 10.2水文分析模塊的支持下，通過對2019年蘇州市DEM數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列水文特征分析后劃分為12個(gè)入湖小流域，并以實(shí)地調(diào)查為基礎(chǔ)對流域邊界進(jìn)行修正，根據(jù)每個(gè)小流域出入口的位置，共設(shè)置12個(gè)采樣點(diǎn)(圖1)。

圖1 陽澄湖小流域水質(zhì)調(diào)查采樣點(diǎn)分布

利用3次多項(xiàng)式的校正模型，對上述圖像進(jìn)行預(yù)處理，采用ENVI 5.2軟件的監(jiān)督分類解譯方法，參照國家標(biāo)準(zhǔn)《土地利用現(xiàn)狀分類(GB/T21010-2017)》，并結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，將陽澄湖濕地景觀類型劃分為喬木林地(FOR)、湖泊(LAK)、養(yǎng)殖塘(AQU)、城鎮(zhèn)住宅用地(URB)和水田(PAD)，并運(yùn)用ArcMap 10.2進(jìn)行人機(jī)交互式解譯，得到景觀類型數(shù)據(jù)，以提高景觀類型解譯精度。

1.2.2 水質(zhì)數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析 根據(jù)蘇州陽澄湖周邊景觀類型及景觀結(jié)構(gòu)特征的空間差異，在陽澄湖濕地設(shè)置了12個(gè)水質(zhì)采樣點(diǎn)，分別在2019年1—12月進(jìn)行了12期的水質(zhì)采樣工作。為了反映水質(zhì)季節(jié)影響的差異性，按氣候條件劃分為干季和濕季2個(gè)時(shí)期，干季為2019年1—3月以及2019年9—12月、濕季為2010年4—8月，作為兩個(gè)季節(jié)的水質(zhì)數(shù)據(jù)相關(guān)分析[11]。樣品采集后帶回實(shí)驗(yàn)室，參考已有相關(guān)文獻(xiàn)[12]，選擇溶解氧(DO)、葉綠素a(Chla)、化學(xué)需氧量(CODCr)、總氮(TN)、總磷(TP)這5項(xiàng)代表性水質(zhì)指標(biāo)。依據(jù)《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(HJ/T91-2002)》進(jìn)行測定，測定時(shí)為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，對單個(gè)采樣點(diǎn)的樣品做3份平行檢測，其檢測結(jié)果的平均值作為最終水質(zhì)指標(biāo)。

1.2.3 緩沖區(qū)空間尺度選取 緩沖區(qū)的建立有利于從空間上分析不同距離的景觀類型對中心點(diǎn)水質(zhì)的影響，量化不同指標(biāo)對水質(zhì)的影響范圍和程度[13]。根據(jù)國內(nèi)外水環(huán)境質(zhì)量與景觀格局尺度效應(yīng)的相關(guān)研究確定空間尺度，大多以100 m作為最小單元，最大空間尺度則一般為1 000～2 000 m[14-15]。結(jié)合陽澄湖濕地的實(shí)際情況范圍，以12個(gè)水質(zhì)監(jiān)測點(diǎn)為圓心，選擇100，200，500，800，1 000和1 200 m這6個(gè)尺度的緩沖半徑，在ArcGIS 10.2下生成緩沖區(qū)域(見封3，附圖2)。在此基礎(chǔ)上，將獲得的不同緩沖區(qū)邊界結(jié)合濕地景觀類型數(shù)據(jù)，計(jì)算其景觀格局指數(shù)。

1.2.4 景觀指數(shù)選取 景觀格局指數(shù)能反映景觀格局的組成及結(jié)構(gòu)等空間分布特征，并精準(zhǔn)概括景觀格局信息。其中，景觀組成表示不同景觀組成類型的數(shù)量或均勻度的變化，景觀結(jié)構(gòu)則表征著空間格局復(fù)雜程度變化。相關(guān)研究表明，由于區(qū)域景觀類型和模式的復(fù)雜性和多樣性，目前有較多景觀特征指數(shù)。根據(jù)研究目的并通過文獻(xiàn)研究，篩選出7個(gè)對濕地水質(zhì)影響較大的景觀組成及結(jié)構(gòu)變量。其中，景觀組成變量包括斑塊面積比(PLAND)和均勻度指數(shù)(SHEI)，景觀結(jié)構(gòu)變量包括斑塊密度(PD)、香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)、斑塊結(jié)合度(COHESION)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、景觀形狀指數(shù)(LSI)。同時(shí)在類型水平上分析斑塊面積比(PLAND)、斑塊密度(PD)、最大斑塊指數(shù)(LPI)、斑塊結(jié)合度(COHESION)4個(gè)景觀格局指數(shù)，在景觀水平上的香農(nóng)多樣性指數(shù)(SHDI)、均勻度指數(shù)(SHEI)、景觀形狀指數(shù)(LSI)3個(gè)景觀指數(shù)，揭示其與濕地水環(huán)境質(zhì)量之間的關(guān)系。本文所有景觀格局指數(shù)均采用Fragstats 5.0軟件計(jì)算。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)

使用SPSS 22.0計(jì)算水質(zhì)采樣點(diǎn)的每月水質(zhì)數(shù)據(jù)，并平均分析每個(gè)點(diǎn)的所有月度數(shù)據(jù)以獲取水質(zhì)平均濃度指標(biāo)。對水質(zhì)平均濃度值進(jìn)行去趨勢對應(yīng)分析(detrended correspondence analysis， DCA)，發(fā)現(xiàn)其梯度值均小于3，適宜選擇冗余分析(RDA)[26]探索多尺度的景觀格局和類型與水質(zhì)間的響應(yīng)關(guān)系，并能揭示單一變量影響水質(zhì)的貢獻(xiàn)率?；赟PSS 22.0軟件，為滿足p<0.05顯著性水平下，根據(jù)象限選擇結(jié)果將貢獻(xiàn)值小的指標(biāo)剔除，剩余景觀格局指數(shù)與干季和濕季水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析。進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析之前使用Kolmogorov-Smirnov檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的正態(tài)性，結(jié)果表明大部分?jǐn)?shù)據(jù)符合正態(tài)分布。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同緩沖區(qū)景觀類型面積特征分析

陽澄湖子流域不同圓形緩沖區(qū)景觀類型面積占比的平均值統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖2所示。在半徑為100～1 200 m的緩沖區(qū)內(nèi)，各景觀類型均表現(xiàn)出明顯的空間變化特征。在100～1 200 m的空間尺度內(nèi)，湖泊和水田這兩種景觀類型的面積占比均在25%以上。其中，湖泊面積比例在空間尺度上隨緩沖區(qū)半徑的增加而下降，從100 m緩沖區(qū)的65.19%下降到1 200 m緩沖區(qū)的40.21%，是陽澄湖小流域內(nèi)占比最高的優(yōu)勢景觀類型?？傮w來看，城鎮(zhèn)住宅用地主要分布在陽澄湖西湖的中部及北部區(qū)域，其面積占比隨著緩沖區(qū)半徑的增加呈逐步上升的空間變化特征，并在1 200 m緩沖區(qū)上達(dá)到最大值9.56%。隨著緩沖區(qū)半徑的增加，水田所占比例從100 m緩沖區(qū)的25.46%逐漸增加到1 200 m緩沖區(qū)的29.19%。養(yǎng)殖塘主要分布于陽澄湖中湖的中部和蓮花島區(qū)域的北部和南部，面積比例總體上呈現(xiàn)隨緩沖區(qū)半徑增加而逐步上升的特征，從100 m緩沖區(qū)的1.96%上升到1 200 m緩沖區(qū)的6.38%；喬木林地面積比例呈現(xiàn)相反的逐步減少趨勢，從100 m緩沖區(qū)的19.79%下降到1 200 m緩沖區(qū)的3.81%。上述景觀類型的變化趨勢表明，喬木林地和湖泊面積占比在空間尺度上逐漸減少。另一方面，城鎮(zhèn)住宅用地、水田和養(yǎng)殖塘面積占比逐漸增加，綜合反映了陽澄湖濕地水環(huán)境面臨著極大壓力。

圖2 陽澄湖小流域2019年不同緩沖區(qū)景觀類型面積比例

2.2 水質(zhì)參數(shù)變化特征

2.2.1 水質(zhì)參數(shù)季節(jié)變化特征 陽澄湖小流域各采樣點(diǎn)干季和濕季的水質(zhì)變化情況詳見表1。各采樣點(diǎn)Chla，CODCr，TP和TN在濕季的平均濃度均高于干季，DO的平均濃度值在干季略高，表明陽澄湖流域各點(diǎn)位水質(zhì)在干季較好，相反在濕季較差，這可能是由于干季降水量較少，水流速度緩慢，不利于污染物的擴(kuò)散，水體的自凈能力相應(yīng)降低。Chla濃度最高值出現(xiàn)在濕季的D11為26.89 μg/L，最低值出現(xiàn)在干季的D9為12.48 μg/L。CODCr濃度最高值出現(xiàn)在干季的D4為10.31 mg/L，在濕季的D2和D11達(dá)到最高為30.65 mg/L。DO在干季的D9處于最高值，在濕季的D1，D2，D10和D11處于最低值2.00 mg/L。TP均值在干季和濕季差異相對較小(0.03～0.19 mg/L)。TN在干季的D9處于最低值0.58 mg/L，在濕季的D8達(dá)到最高值1.98 mg/L。

表1 陽澄湖小流域2019年各點(diǎn)位水質(zhì)指標(biāo)季節(jié)變化

2.2.2 水質(zhì)參數(shù)空間變化特征 陽澄湖小流域12個(gè)采樣點(diǎn)一年內(nèi)平均水質(zhì)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果詳見表2。根據(jù)研究區(qū)不同點(diǎn)位水質(zhì)參數(shù)的濃度和分類，可以發(fā)現(xiàn)不同采樣點(diǎn)的水質(zhì)指標(biāo)有明顯差異。TN的平均濃度為1.28 mg/L，不同采樣點(diǎn)差異相對較小(0.97～1.43 mg/L)，基本處于地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅲ—Ⅳ類水體標(biāo)準(zhǔn)，最高值出現(xiàn)在陽澄湖的蓮花島南部區(qū)域(D10)，最低值出現(xiàn)在西湖區(qū)域(D4)。Chla的平均濃度為19.30 μg/L，不同采樣點(diǎn)存在較大差異(16.71～21.28 μg/L)，最高值出現(xiàn)在東湖區(qū)域(D11)。CODCr的平均濃度為20.63 mg/L，不同采樣點(diǎn)存在著顯著差異(15.88～23.53 mg/L)，均處于Ⅲ—Ⅳ類，最高值出現(xiàn)在東湖區(qū)域(D12)。DO的平均濃度為5.33 mg/L，不同采樣點(diǎn)差異相對較強(qiáng)(4.75～6.08 mg/L)，其最高出現(xiàn)在蓮花島中部區(qū)域(D9)，處于地表水環(huán)境質(zhì)量Ⅱ類；最低出現(xiàn)在東湖區(qū)域(D11)，達(dá)到了Ⅳ類地表水。TP的平均濃度為0.14 mg/L，不同采樣點(diǎn)差異不明顯(0.05～0.16 mg/L)，其濃度最高值出現(xiàn)在東湖區(qū)域(D11)，最低值出現(xiàn)在西湖區(qū)域(D4)和蓮花島中部區(qū)域(D9)，均處于地表水Ⅲ類。綜上，陽澄湖小流域不同采樣點(diǎn)水質(zhì)差異極大，但低濃度值主要分布在西湖北部D4和陽澄湖蓮花島中部D9點(diǎn)位，污染最重的區(qū)域集中在西湖中部D2以及陽澄湖蓮花島南部D10，東湖中部D11和東湖北部D12區(qū)域。這些圓形緩沖區(qū)內(nèi)喬木林地的占比均低于15%，特別是在半徑為100 m圓形緩沖區(qū)內(nèi)，喬木林地占比基本為零，而水田和湖泊的占比均高于22%，農(nóng)業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致了大量自然植被的消失，增加了水土流失的程度，因此在部分地區(qū)會(huì)造成水體污染物的濃度過高。

表2 陽澄湖小流域2019年各點(diǎn)位水質(zhì)指標(biāo)年均值與標(biāo)準(zhǔn)差分析結(jié)果

2.3 景觀與水質(zhì)關(guān)系分析

2.3.1 景觀格局對水質(zhì)影響的空間尺度性特征 通過RDA分析檢驗(yàn)陽澄湖小流域內(nèi)水質(zhì)對景觀指數(shù)的尺度依賴性，分析結(jié)果詳見表3。由表3結(jié)果顯示，不同尺度圓形緩沖區(qū)內(nèi)流域水質(zhì)指標(biāo)對景觀指數(shù)響應(yīng)關(guān)系不同，這表明景觀格局對水質(zhì)影響具有空間尺度性?？傮w而言，水質(zhì)受景觀格局指數(shù)影響的解釋率隨半徑寬度的增加呈先增大后減小趨勢。緩沖區(qū)為100 m半徑時(shí)，景觀格局指數(shù)對水質(zhì)影響的總解釋變異為33.8%；半徑為800 m，總解釋變異值提高至68.2%，達(dá)到所有緩沖區(qū)的最大值；半徑從800 m增至1 200 m時(shí)，總解釋變異下降至65.8%，景觀格局對水質(zhì)的影響能力相對減小。因此，在本研究陽澄湖小流域內(nèi)，半徑寬度800 m的緩沖區(qū)被確定為景觀格局在不同緩沖區(qū)尺度上對流域水質(zhì)變化解釋率最大的區(qū)域，也是陽澄湖濕地小流域水質(zhì)管理的最有效緩沖區(qū)。該尺度緩沖區(qū)對陽澄湖濕地的影響最為直接，針對性管理措施在此區(qū)域內(nèi)實(shí)施最佳。在RDA分析中，景觀類型相對于景觀指數(shù)貢獻(xiàn)率較低，為滿足分析結(jié)果成立，p小于0.05，根據(jù)象限選擇法去除貢獻(xiàn)率較低的景觀類型數(shù)據(jù)，剩余的主要景觀變量為貢獻(xiàn)率較高的景觀組成和景觀結(jié)構(gòu)變量，景觀類型在研究區(qū)陽澄湖流域中，其對水質(zhì)的貢獻(xiàn)率遠(yuǎn)低于景觀指數(shù)，對水質(zhì)參數(shù)的影響在本研究中忽略不計(jì)。由此可以看出在不同空間尺度的圓形緩沖區(qū)內(nèi)景觀組成和景觀結(jié)構(gòu)變量對水質(zhì)的影響程度均大于景觀類型面積比例。

2.3.2 景觀組成和結(jié)構(gòu)對水質(zhì)變化的影響程度 為分析不同尺度下水質(zhì)指標(biāo)產(chǎn)生空間分異的原因與受景觀變量影響的強(qiáng)度大小，并對比分析景觀組成和結(jié)構(gòu)變量，篩選出主導(dǎo)影響因素進(jìn)行RDA分析(表3)。景觀結(jié)構(gòu)變量PDPAD在200，500和800 m圓形緩沖區(qū)是對陽澄湖小流域水質(zhì)影響最大的景觀變量，累計(jì)解釋率分別為25.5%，41.4%和44.1%；PDURB僅在半徑為1 000 m圓形緩沖區(qū)內(nèi)對水質(zhì)影響較大，解釋率為25.0%；在半徑為100 m的圓形緩沖區(qū)范圍內(nèi)SHDI對水質(zhì)有顯著影響，說明此尺度下景觀類型斑塊分布越復(fù)雜，水質(zhì)受到影響越強(qiáng)。COHEAQU，COHEFOR和COHEPAD分別在200，800和1 000 m緩沖區(qū)內(nèi)是對流域內(nèi)水質(zhì)變化影響最明顯的變量，對水質(zhì)的解釋率分別達(dá)到了34.3，24.3%%和25.3%。景觀組成變量僅PLANDFOR在1 000 m緩沖區(qū)尺度上對水質(zhì)產(chǎn)生影響，表明陽澄湖小流域水質(zhì)對景觀結(jié)構(gòu)變量的響應(yīng)程度大于對景觀組成變量的響應(yīng)強(qiáng)度。分析以上結(jié)果亦可得出，水質(zhì)受到水田(PAD)影響最為突出，其次為喬木林地(FOR)，而城鎮(zhèn)住宅用地作為陽澄湖主要景觀類型，其對陽澄湖的影響較小，究其原因是對城建區(qū)實(shí)施了雨污分流、截流溝等措施；在半徑為200，800和1 000 m圓形緩沖區(qū)內(nèi)均有針對喬木林地(FOR)的景觀指數(shù)；而養(yǎng)殖塘(AQU)的影響作用僅在200 m的緩沖區(qū)內(nèi)存在，其解釋率較高(CHOEAQU=34.3)，這反映了養(yǎng)殖塘在較小尺度(半徑小于200 m)的緩沖區(qū)內(nèi)對水質(zhì)影響最顯著，這與陽澄湖的養(yǎng)殖業(yè)對周邊水質(zhì)造成了一定的影響?？赡苁怯捎陴B(yǎng)殖塘周邊水流速度較慢，其影響僅體現(xiàn)在較小的范圍內(nèi)( 200 m)。近年來，陽澄湖“退塘還湖”的生態(tài)保護(hù)工作持續(xù)進(jìn)行，未來水質(zhì)將隨之改善。與此同時(shí)喬木林地在尺度相對較大的緩沖區(qū)內(nèi)(半徑大于800 m)是影響水質(zhì)的主要因子，表明喬木林地對水質(zhì)有一定凈化作用。此外景觀格局在類型水平上對陽澄湖流域水質(zhì)的影響程度更明顯，在景觀水平上僅SHDI在半徑為100 m的圓形緩沖區(qū)上對水質(zhì)存在一定影響，解釋率為31.2%。

表3 不同尺度緩沖區(qū)上主要景觀格局指數(shù)及其對水質(zhì)解釋貢獻(xiàn)率

2.3.3 不同緩沖區(qū)景觀格局對水質(zhì)季節(jié)變化的影響 不同緩沖區(qū)內(nèi)景觀格局指數(shù)與水質(zhì)季節(jié)性變化的相關(guān)性分析結(jié)果可知。100 m緩沖區(qū)內(nèi)，有且僅有景觀水平上的SHDI與水質(zhì)指標(biāo)CODCr在濕季和干季呈顯著正相關(guān)，與TN在濕季呈顯著負(fù)相關(guān)。200 m緩沖區(qū)內(nèi)，PDURB與水質(zhì)指標(biāo)Chla和TP在濕季呈顯著正相關(guān)，LPILAK也與濕季的Chla呈顯著正相關(guān)。500 m緩沖區(qū)內(nèi)，PDPAD與水質(zhì)指標(biāo)Chla，CODCr，TP，TN在濕季和干季均呈顯著正相關(guān)，與DO均呈顯著負(fù)相關(guān)，PDURB與CODCr在干季表現(xiàn)為顯著正相關(guān)。800 m緩沖區(qū)內(nèi)，PDPAD與水質(zhì)指標(biāo)Chla，CODCr和TP在濕季和干季均表現(xiàn)為顯著正相關(guān)，相反與DO在兩個(gè)季節(jié)均呈顯著負(fù)相關(guān)，LPIFOR與水質(zhì)參數(shù)Chla和TN在濕季呈顯著負(fù)相關(guān)，PLANDFOR在兩個(gè)季節(jié)與Chla和CODCr均呈顯著負(fù)相關(guān)，而與DO在濕季呈顯著正相關(guān)。1 000 m緩沖區(qū)內(nèi)，PDPAD與DO在干季呈顯著負(fù)相關(guān)，LPIFOR在濕季與Chla，TN呈顯著負(fù)相關(guān)，PLANDFOR與Chla在濕季和干季均變現(xiàn)為顯著負(fù)相關(guān)。1 200 m緩沖區(qū)內(nèi)，PLANDFOR與Chla在濕季呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系?？傮w上濕季水質(zhì)參數(shù)與景觀格局指數(shù)的相關(guān)性大于干季，濕季與干季水質(zhì)參數(shù)與景觀指數(shù)相關(guān)性程度在800 m最高，尤PDPAD，LPIFOR，PLANDFOR較為以明顯。

圖3 景觀格局指數(shù)與水質(zhì)參數(shù)的RDA分析結(jié)果

3 討論與結(jié)論

3.1 景觀格局對水質(zhì)效應(yīng)的最有效空間尺度識(shí)別

景觀格局對水質(zhì)影響最大的緩沖區(qū)尺度存在一定爭議，Tran等[16]在紐約哈德遜河流域的研究中發(fā)現(xiàn)，在200 m緩沖區(qū)范圍內(nèi)景觀格局對水質(zhì)解釋能力最強(qiáng)。李艷利等[8]通過針對渾太河的研究，發(fā)現(xiàn)景觀格局在300 m緩沖區(qū)與水質(zhì)相關(guān)程度最高。Sun等[17]研究表明每條河流均有其水質(zhì)變化與景觀格局最相關(guān)的尺度。在本研究區(qū)陽澄湖小流域內(nèi)，不同景觀指數(shù)對陽澄湖水質(zhì)的總解釋變異值在33.8%～68.2%，其中800 m尺度的緩沖區(qū)景觀格局指數(shù)對水質(zhì)變化總解釋值最大，即影響最大。由此可知景觀格局與水質(zhì)最相關(guān)的空間尺度為800 m半徑的緩沖區(qū)，該尺度的緩沖區(qū)內(nèi)水田和喬木林地對水質(zhì)影響占據(jù)了絕大部分。對最相關(guān)空間尺度和景觀類型的分析，為陽澄湖濕地水質(zhì)提升，以及對景觀格局和類型的合理規(guī)劃提供了科學(xué)依據(jù)。一些沒有被納入分析的景觀變量也可能對水質(zhì)空間分異產(chǎn)生影響，另外一些因素如區(qū)域氣侯氣象、入湖的水量流速以及湖泊的形狀大小等因素也可能影響水質(zhì)空間分異規(guī)律。Jacob等[18]研究發(fā)現(xiàn)湖泊水質(zhì)與其流量流速相關(guān)性更大，與湖泊形狀特征也具有一定的相關(guān)性。Huang等[19]對九龍江流域的研究發(fā)現(xiàn)景觀特征與水質(zhì)的關(guān)系在豐水年比枯水年更顯著。相關(guān)影響過程和機(jī)制比較復(fù)雜，有待進(jìn)一步的研究。

3.2 景觀組成和結(jié)構(gòu)對水質(zhì)影響程度的重要性分析

景觀類型組成和景觀結(jié)構(gòu)作為影響水質(zhì)的重要因素，其變化的多樣性造成了吸收和降解水體污染物過程的差異[20]。Clément等[9]發(fā)現(xiàn)在較大的流域尺度中，景觀組成變量與水質(zhì)的相關(guān)關(guān)系比景觀結(jié)構(gòu)變量更明顯。Xiao等[21]發(fā)現(xiàn)在太湖流域中，水質(zhì)對景觀結(jié)構(gòu)變量的響應(yīng)程度大于其對景觀組成變量，而Bian等[22]發(fā)現(xiàn)在河南伊河流域中景觀組成變量對水質(zhì)的影響程度大于景觀結(jié)構(gòu)變量。景觀組成變量僅有斑塊面積比PLANDFOR在半徑為1 000 m的圓形緩沖區(qū)內(nèi)對流域水質(zhì)的解釋率較高，景觀結(jié)構(gòu)變量斑塊密度(PD)、最大斑塊面積(LPI)、斑塊結(jié)合度(COHESION)等對水質(zhì)的影響程度大于景觀組成變量；同時(shí)在陽澄湖小流域不同空間尺度的圓形緩沖區(qū)內(nèi)景觀組成和景觀結(jié)構(gòu)變量對水質(zhì)的影響程度均大于景觀類型面積比例。

3.3 不同空間尺度景觀變量與水質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系

研究結(jié)果表明，湖泊、水田和喬木林地景觀結(jié)構(gòu)的變化是影響陽澄湖濕地水環(huán)境質(zhì)量的重要因素。以往的研究發(fā)現(xiàn)，區(qū)域內(nèi)農(nóng)用地與水質(zhì)之間存在顯著的相關(guān)性，因此得出結(jié)論，農(nóng)用地是區(qū)域內(nèi)水質(zhì)非點(diǎn)源污染的重要來源，過度使用化肥和農(nóng)藥都會(huì)引起水環(huán)境污染[23]。本研究區(qū)域陽澄湖農(nóng)業(yè)用地(水田)占比較高，其景觀格局指數(shù)與水環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)有明顯相關(guān)關(guān)系。城市用地一般對周邊的水質(zhì)退化起著重要作用[24]，本研究區(qū)水質(zhì)采樣點(diǎn)在1 000 m緩沖區(qū)內(nèi)，城鎮(zhèn)住宅用地的景觀斑塊密度(PD)對水質(zhì)產(chǎn)生了較大影響，表明陽澄湖濕地內(nèi)城鎮(zhèn)住宅用地會(huì)造成水質(zhì)惡化，水環(huán)境質(zhì)量可能受生活污染源、工業(yè)污染源的共同影響。

一般而言，喬木林地和湖泊被視為具有截污功能的“匯”景觀，對于水質(zhì)受面源污染負(fù)面影響的減少具有重要作用[25]。在世界各地不同流域的案例研究中發(fā)現(xiàn)，林地在較大的空間尺度上與水質(zhì)的相關(guān)性更為顯著[26]。本研究區(qū)內(nèi)LPIFOR，COHEFOR和PLANDFOR對水質(zhì)凈化產(chǎn)生積極作用，在半徑為200，500和1 000 m緩沖區(qū)內(nèi)喬木林地的最大斑塊指數(shù)(LPI)、斑塊結(jié)合度(COHESION)、斑塊面積比(PLAND)是導(dǎo)致流域水質(zhì)惡化的主要景觀格局指數(shù)：喬木林地自然連通度越高，且斑塊面積和斑塊密度越大，其對水污染物的修復(fù)能力和截留能力越強(qiáng)。究其原因主要是喬木林地冠層下的土壤層具有節(jié)水作用，對土壤水分的保留和對水體中污染物的滯留，以及對地表徑流具有良好的凈化功能[27]。因此，陽澄湖小流域內(nèi)連通性高且面積分布廣的喬木林地對流域水體污染物具有較強(qiáng)的抑制作用。綜上所述，為防止陽澄湖水污染加劇，半徑為800 m緩沖區(qū)范圍內(nèi)的流域水質(zhì)應(yīng)被著重保護(hù)和改善；同時(shí)，增加水體附近喬木林地的面積覆蓋率，以達(dá)到最好的攔截污染物進(jìn)入湖體的效果。

4 結(jié) 論

(1) 陽澄湖小流域內(nèi)800 m尺度的緩沖區(qū)景觀格局指數(shù)對水質(zhì)變化總解釋值最大，該尺度的緩沖區(qū)內(nèi)水田和喬木林地對水質(zhì)影響占據(jù)了絕大部分。養(yǎng)殖塘在半徑為200 m的圓形緩沖區(qū)內(nèi)對水質(zhì)影響較大；水田、喬木林地和湖泊在空間尺度較大的緩沖區(qū)(半徑大于500 m)是影響流域水質(zhì)的主要景觀類型。

(2) 各尺度緩沖區(qū)內(nèi)景觀結(jié)構(gòu)變量對水質(zhì)的解釋能力均比景觀組成變量顯著，景觀組成變量僅有在1 000 m緩沖區(qū)內(nèi)PLANDFOR對水質(zhì)的解釋率較高，為25.3%。同時(shí)在不同空間尺度的圓形緩沖區(qū)內(nèi)景觀組成和景觀結(jié)構(gòu)變量對水質(zhì)的影響程度均大于景觀類型面積比例。

(3) 濕季水質(zhì)參數(shù)與景觀格局指數(shù)的相關(guān)性大于干季，濕季與干季水質(zhì)參數(shù)與景觀指數(shù)相關(guān)性程度在800 m最高，尤以PDPAD，LPIFOR，PLANDFOR較為明顯。景觀格局指數(shù)在類型水平上對水質(zhì)的影響比景觀水平上顯著，景觀水平上僅有SHDI在100 m緩沖區(qū)對水質(zhì)變化的解釋率為31.2%。

(4) 受施肥、農(nóng)藥等因素影響，水田分布越集中對水質(zhì)退化影響越嚴(yán)重；養(yǎng)殖塘分布和面積的增加對水體污染物濃度上升有一定的貢獻(xiàn)，表明陽澄湖靠近水源的漁業(yè)活動(dòng)對水質(zhì)的惡化起關(guān)鍵作用；喬木林地斑塊越多越密集，連通性越高，其攔截污染物、凈化水質(zhì)的能力越強(qiáng)。