李 念，姜 濤，陳其兵

（1.四川農(nóng)業(yè)大學風景園林學院，成都 611130；2.貴州大學林學院，貴陽 550000）

濕地公園作為人工濕地或自然濕地的集合，為野生動植物提供棲息地的同時，在美化環(huán)境、旅游觀光和科普教育等方面發(fā)揮著重要作用，實現(xiàn)了資源保護與可持續(xù)發(fā)展的平衡[1-2]。水作為濕地公園最重要的特征，是濕地物質(zhì)循環(huán)和能量流動的核心載體，水環(huán)境質(zhì)量是發(fā)揮濕地公園生態(tài)功能的基本保障。近年來受疫情的持續(xù)反復影響，人們的休閑距離不斷縮短，濕地公園獨特的自然生態(tài)環(huán)境成為戶外休閑的主要場地，高承載壓力下的濕地公園水環(huán)境保護面臨更大挑戰(zhàn)，加之當前城市用地緊張，如何在有限的城市濕地公園空間內(nèi)保證水環(huán)境質(zhì)量顯得尤為重要。

濕地水環(huán)境質(zhì)量影響因素眾多，土地利用方式是其中主要因素之一[3-6]，探討城市濕地公園土地利用方式對水環(huán)境的影響，優(yōu)化濕地公園布局，對于濕地公園的多功能發(fā)揮有重要意義。目前土地利用與濕地水環(huán)境的研究多集中在大尺度的土地利用變化，如流域景觀結(jié)構(gòu)對河流水質(zhì)的影響[7-9]、地表不透水景觀與水環(huán)境之間的關(guān)系[10]、城市濕地與集水區(qū)內(nèi)景觀結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系[11-12]等方面，但以濕地公園為研究對象，探討濕地公園內(nèi)土地利用類型、濕地公園土地開發(fā)活動對濕地水環(huán)境質(zhì)量間關(guān)系的研究還不多。本文以成都3個城市濕地公園為研究對象，通過分析水環(huán)境指標與土地利用類型、土地開發(fā)強度的關(guān)系，探討了土地利用方式對濕地水環(huán)境質(zhì)量的影響，以期為城市濕地公園和具有較大水體公園的規(guī)劃建設(shè)和優(yōu)化提供參考和依據(jù)。

人類對土地的改造活動形成了不同的大地景觀，這些改造活動通過土地利用方式使自然要素特征發(fā)生改變，引起水文及其伴生過程的異常變化。土地利用方式包含土地利用類型和土地利用強度兩方面，其對水環(huán)境的影響如圖1所示。這兩方面中土地利用類型是對土地類型組成與土地空間結(jié)構(gòu)的描述，土地利用強度是對土地改造程度的衡量。因此，本文擬從濕地公園土地利用類型和土地利用強度兩方面研究其對于水環(huán)境的影響。

圖1 土地利用方式對水環(huán)境的影響機理Figure 1 The influence mechanism of land ue on water environment

目前，濕地公園的用地類型尚沒有統(tǒng)一分類，大部分學者根據(jù)自己研究內(nèi)容進行界定，如楊朝輝、蘇群等[13]在土地利用類型與水質(zhì)關(guān)系的研究中將濕地公園的土地利用類型分為了人工水塘、園地、建設(shè)用地、林地、自然水體、草地以及道路7大類。在大多數(shù)濕地景觀格局變化的研究中，學者多將土地利用類型概括為林地、耕地、水域、人工表面、草地、居民建筑、景觀服務(wù)場地、原生態(tài)島嶼灘涂、河岸植被、河流道路和未利用地等類型[14-15]。在本研究中，以濕地公園內(nèi)的建設(shè)情況和地表覆蓋類型為依據(jù)，將濕地公園的用地類型分為了道路、水域、草地、林地以及建設(shè)用地。

1 材料和方法

1.1 樣本區(qū)域

本研究選取了成都市興隆湖濕地公園、鳳凰湖濕地公園與白鷺灣濕地公園3個濕地公園作為研究對象。這3個濕地公園所處的地理位置及濕地周圍環(huán)境分別具有城市性、鄉(xiāng)村性與城鄉(xiāng)結(jié)合性的特征，具有一定的代表性，且3個濕地公園周邊均無直接向濕地排放污水的情況。

興隆湖濕地公園位于雙流區(qū)興隆鎮(zhèn)內(nèi)，是成都天府新區(qū)的重大基礎(chǔ)設(shè)施項目之一，利用鹿溪河筑壩營造，水域面積300 hm2，蓄水量超過1 000萬m3，是集觀光、休閑、防洪、灌溉以及生態(tài)于一身的綜合性水生態(tài)場所，其與周圍建筑群聯(lián)系緊密，城市特征突出。

鳳凰湖濕地公園鳳凰湖位于成都市青白江區(qū)，水域面積約300 hm2，其規(guī)劃定位為旅游度假區(qū)，園內(nèi)以生態(tài)、休閑、水景環(huán)境及具有多國風情的建筑為特色。濕地公園西南面城市特征占主導，東北面以村鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村景觀為主。園內(nèi)設(shè)有少量游船、餐飲和茶室等活動。

白鷺灣濕地公園地處錦江區(qū)繞城高速以外區(qū)域，錦江區(qū)三圣花鄉(xiāng)旁，規(guī)劃占地333.33 hm2，濕地公園所有水域形成的濕地水面面積約66.67 hm2，是一個集科普、旅游、展示和生態(tài)保護為一體的生態(tài)濕地公園。該濕地公園雖然在3個濕地公園中離成都市區(qū)距離最近，但周邊環(huán)境鄉(xiāng)村化特征突出。

1.2 樣本采集

根據(jù)3個濕地公園周邊土地利用類型結(jié)構(gòu)及生態(tài)系統(tǒng)特征的空間差異，分別在興隆湖、鳳凰湖、白鷺灣水域周邊布設(shè)了水質(zhì)采樣點（如圖2）。其中興隆湖11個、鳳凰湖10個以及白鷺灣7個，共計28個水樣采集點。采樣活動均于2017年11月上旬進行，采樣后樣品帶回實驗室進行處理。水質(zhì)的指標選擇參考了已有相關(guān)文獻[16-18]，選擇總懸浮固體(TSS)、溶解氧(DO)、化學需氧量(COD)、氨氮(NH4+-N)和硝態(tài)氮(NO3--N)等5個指標。依據(jù)《地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(HJ/T91-200 2)》進行測定，為保證測定結(jié)果準確性，對每個采樣點的樣品做3份平行檢測，取3份平行檢測結(jié)果的平均值作為最終的水質(zhì)指標。

圖2 水質(zhì)采樣點采集地衛(wèi)星圖Figure 2 Satellite image of water quality sampling point

利用已有的土地利用現(xiàn)狀圖和衛(wèi)星圖，結(jié)合野外實地調(diào)查結(jié)果，得到包括道路、林地、草地、建設(shè)用地和水體的5類濕地公園土地利用類型。并以采樣點為中心，根據(jù)各公園的面積大小和實際情況設(shè)置不同半徑的緩沖半徑（以50 m為間隔，結(jié)合濕地公園面積、邊界等分別在白鷺灣、鳳凰湖以及興隆湖設(shè)置了以100～200 m、100～300 m和100～400 m為半徑的緩沖區(qū)，見圖3），利用Arc GIS10.1軟件疊置分析功能的交集操作工具和歸納統(tǒng)計工具，分別統(tǒng)計出各個采樣點對應緩沖區(qū)范圍內(nèi)土地利用類型面積及面積百分比，以分析土地利用方式對濕地水環(huán)境的影響。

圖3 鳳凰湖100 m緩沖半徑圖Figure 3 Fenghuang lake 100 m buffer radius

1.3 樣本描述

將3個公園的5個指標進行描述性處理，由表1可以看出，3個濕地公園中，白鷺灣濕地公園的COD含量最高，均值為25.57 mg/L，興隆湖與鳳凰湖差別不大。鳳凰湖濕地公園的TSS指標值最高，為243.15 mg/L，其余兩個公園相差不大。DO含量鳳凰湖濕地公園最高，興隆湖最低。鳳凰湖氨氮和硝態(tài)氮的指標含量都是3個公園中最高的，推測與鳳凰湖內(nèi)開展的少量水上活動有關(guān)。

表1 不同研究對象水環(huán)境指標值Table 1 Water environment parameters of different research objects

3個濕地公園周圍基本用地情況，由表2可以看出，3個公園中興隆湖的水域面積比例最大，濕地率也最高。白鷺灣濕地公園人工用地比例最小，自然特征突出；而興隆湖人工用地比例最高，說明該濕地公園的人工特征較重；鳳凰湖各項用地情況在三者中居中，3個濕地公園的特征符合前文描述的城市性、鄉(xiāng)村性以及城鄉(xiāng)結(jié)合性。

表2 用地基本情況Tab 2 Basic condition of land use

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用類型對濕地公園水環(huán)境質(zhì)量的影響

當緩沖半徑為200 m時，各濕地公園的用地類型最全，因此本研究以200 m緩沖半徑內(nèi)的各用地類型面積（表3）與水環(huán)境指標（COD、TSS、DO、氨氮、硝態(tài)氮）進行了Pearson相關(guān)性分析，處理結(jié)果見表4。

表3 200 m緩沖半徑內(nèi)各用地類型面積Table 3 Land use area value within 200 m buffer radius m2

(續(xù) 表3)

表4 用地類型與水環(huán)境指標的Pearson相關(guān)性分析結(jié)果Table 4 Pearson correlation coefficients between land use pattern and water environment variables

水環(huán)境COD指標與道路相關(guān)系數(shù)為0.403，對相關(guān)系數(shù)檢驗的雙側(cè)P值下小于0.05，可以認為兩變量間的相關(guān)關(guān)系具有統(tǒng)計學意義，并與道路面積呈現(xiàn)負相關(guān)關(guān)系，即道路面積越大，COD越低。TSS與建筑面積在0.05水平上呈正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.421，隨著建筑面積的增大，TSS值呈現(xiàn)增加的趨勢。即建筑面積越大，水環(huán)境的懸浮物越多，這與普遍的認知相符合。DO與水域面積和林地面積在0.01水平上具有相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)分別為0.555與0.595，說明林地與DO的相關(guān)性較水域面積大，且與林地面積呈正相關(guān)。氨氮與草地在0.05水平上具有相關(guān)性，且隨草地面積增加，氨氮含量減少。硝態(tài)氮和用地類型的無顯著相關(guān)性。

參照地表水環(huán)境質(zhì)量評價標準，COD含量越高，水質(zhì)越差。在上文的結(jié)果中，COD的含量隨道路面積的增加而呈現(xiàn)減少趨勢，這與普遍的認知有一定偏差。前人研究結(jié)果表明：在一定范圍內(nèi)，草地面積與COD呈正相關(guān)[19-20]，說明一定區(qū)域的草地占比與水質(zhì)的惡化有一定關(guān)系。因此推測出現(xiàn)這一現(xiàn)象的原因可能是當濕地公園面積一定時，道路面積的增加壓縮了濕地公園中草地的面積，從而對水環(huán)境有一定的正向影響。

2.2 土地利用強度對濕地水環(huán)境的影響

LDI（landscape development intensity）是由 M.T.Brown等[21]提出的用于定量分析景觀開發(fā)強度的一種方法。該方法結(jié)合土地利用數(shù)據(jù)與單位面積能值，測算出土地利用的開發(fā)強度LDI指數(shù)，并根據(jù)之前的研究測算了不同土地利用類別單位時間單位面積的能源使用量，并以其歸一化自然對數(shù)作為LDI系數(shù)。LDI系數(shù)表示土地利用類型所消耗的能值，能值消耗越多則對應的LDI系數(shù)越大。根據(jù)不同土地利用分類與其對應的LDI系數(shù)，即可計算LDI指數(shù)（LDIindex）：

式中：LDIindex為濕地區(qū)域土地利用類型的開發(fā)強度的綜合指數(shù)；LUi(%)為第i種土地利用分類的面積占該區(qū)域土地總面積的百分比；LDIi為第i種土地利用分類對應的LDI系數(shù)。

LDI系數(shù)處于1～10之間，1代表完全自然環(huán)境，10代表高度開發(fā)利用環(huán)境，LDI系數(shù)越大，說明人類干擾越大。濕地公園內(nèi)5種主要的用地類型（道路、水域、草地、林地以及建筑用地），各LDI系數(shù)如表5[22]。

表5 5種典型濕地公園用地類型的LDI系數(shù)參考值Table 5 LDI coefficient of five typical wetland park land types

土地利用與水質(zhì)的關(guān)系往往隨著空間位置改變表現(xiàn)出局部變化的特征即使在同一研究區(qū)域的不同位置，同一土地利用類型對水質(zhì)的影響在大小、方向及距離上均可能表現(xiàn)出不同[23]。因此，本研究以采樣點為中心，以50 m為間隔，結(jié)合濕地公園面積、邊界考慮分別在白鷺灣、鳳凰湖以及興隆湖設(shè)置以100～200 m，100～300 m，100～400 m為半徑的緩沖區(qū)，計算相應的土地利用強度來探索土地利用與水質(zhì)的關(guān)系。根據(jù)衛(wèi)星圖和實際場地調(diào)研的情況，在ArcGIS中，將場地矢量化，計算每個緩沖區(qū)中的各用地類型面積及所占比例，從而計算相應的LDI指數(shù)（如表6）。

表6 不同采樣點在不同緩沖半徑下的LDIindexTable 6 LDIindexfor each sample with different buffer radius

2.2.1 緩沖半徑與土地開發(fā)強度的關(guān)系分析

緩沖半徑與土地開發(fā)強度的關(guān)系是對濕地公園用地布局的粗略說明，也可為后續(xù)的分析提供部分判斷。將緩沖半徑與LDIindex進行Pearson相關(guān)性檢驗，雙側(cè)檢驗，得到結(jié)果如表7。

表7 緩沖半徑與LDI指數(shù)的相關(guān)性Table 7 The correlation between buffer radius and LDIindex

從表中可看出，緩沖半徑與LDI指數(shù)在0.01水平上呈顯著相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)為0.68，說明相關(guān)性較高。因此，隨緩沖半徑越大，LDI指數(shù)越高。即隨緩沖半徑的增大，土地的開發(fā)強度也逐漸增強。將緩沖半徑與LDI指數(shù)建立回歸模型，回歸模型相關(guān)指標和系數(shù)如表8和9中所示。在方差分析結(jié)果中（表8），其中F值為125.890，P值小于0.05，因此證明該模型具有統(tǒng)計學意義?；谠撃Ｐ突貧w方程如下（擬合參數(shù)見表9）：

表8 方差分析aTable 8 Anovaa

表9 LDI指數(shù)與緩沖半徑模型系數(shù)Table 9 The coefficient between LDIindexand buffer radius

式中：LDIindex為LDI指數(shù)，R代表緩沖半徑。

2.2.2 土地開發(fā)強度與水環(huán)境質(zhì)量的關(guān)系分析

以水環(huán)境指標與LDIindex的數(shù)據(jù)進行散點圖的制作，并采用Loess法的擬合線繪制，得到以下水環(huán)境指標隨LDIindex變化趨勢線圖（圖4）。

圖4 不同水環(huán)境指標與土地開發(fā)強度的變化趨勢圖Figure 4 Water environment quality indexes change trend with land development intensity

從圖4中可以看出，COD的數(shù)值整體隨LDIindex增加而呈上升趨勢；當LDIindex在2.5～4.2間時COD隨LDIindex的增加有減小趨勢。TSS的數(shù)值在LDIindex為2～3時呈現(xiàn)上升趨勢，在2.5～5時隨LDIindex增加而減少，在6～8時隨LDIindex的增加呈緩慢上升趨勢。硝態(tài)氮的含量在LDIindex為2.8～5之間，隨LDIindex的增加而呈現(xiàn)急速減小的趨勢。氨氮與硝態(tài)氮隨LDIindex變化的走勢相似，都是在接近3處從隨LDI指數(shù)增加而上升變?yōu)橄陆?。氨氮值?～5間隨LDIindex升高而降低。DO與LDI指數(shù)的關(guān)系呈負相關(guān)關(guān)系，LDIindex越高，DO含量越小。

在水環(huán)境質(zhì)量中，只有DO與水質(zhì)呈正相關(guān)，COD、TSS、氨氮和硝態(tài)氮都呈負相關(guān)，而在上述的分析結(jié)果中發(fā)現(xiàn)，這4個指標在某些LDI指數(shù)值區(qū)間內(nèi)，都出現(xiàn)了隨LDI指數(shù)值增加而下降的趨勢，說明一定的開發(fā)強度對水環(huán)境質(zhì)量有正向作用。

COD的下降趨勢出現(xiàn)在LDI指標值2.5～4.2間，TSS下降趨勢出現(xiàn)在2.5～5之間，硝態(tài)氮出現(xiàn)在2.8～5，氨氮出現(xiàn)在3～5之間?？梢酝茰y，在LDIindex處于3～4.2間時，土地利用的開發(fā)對水環(huán)境質(zhì)量有一定的正向作用，由（2）式可推算出在相應的緩沖半徑，當LDIindex為3時，緩沖半徑為164.8 m；當LDIindex為4.2時，緩沖半徑為244.8 m。

3 討論與結(jié)論

（1）在3個濕地公園的水環(huán)境質(zhì)量比較中，鳳凰湖濕地公園的水環(huán)境質(zhì)量較差，水環(huán)境指標中TSS、氨氮以及硝態(tài)氮指標含量在3個公園中最高，推測與鳳凰湖濕地公園的園內(nèi)活動有關(guān)。

（2）在用地類型與濕地公園水環(huán)境的相關(guān)性分析中，當緩沖距離為200 m時，道路面積對水環(huán)境的COD指標有影響，且隨道路面積的增加，COD指標值減?。唤ㄔO(shè)用地對TSS指標的影響較大，隨建設(shè)面積的增加，TSS指標含量增加；林地對DO值有較大影響，且隨林地面積增加，DO值增加，說明林地對水質(zhì)有一定的緩沖與凈化作用；草地對氨氮的含量有一定影響，隨草地的增加，氨氮的含量減少。

（3）緩沖半徑與土地開發(fā)強度有線性正相關(guān)關(guān)系，開發(fā)強度在一定范圍內(nèi)對水環(huán)境質(zhì)量有正向作用，以水體濕地邊緣的任意點建立緩沖半徑，當緩沖半徑在164.8～244.8 m間時，將土地利用開發(fā)強度控制在3～4.2之間，對濕地公園水環(huán)境質(zhì)量是最有利的。