论文部分内容阅读
流域是以水为纽带连接上、中、下游的地理单元,流域景观类型组成及其空间格局变化会对河流生态水文系统的结构、过程与功能产生显著影响。伊河流域地处黄河流域中下游的中心位置,流域内自然资源丰富、物种多样性较高,但加速的城镇化进程改变了流域内的景观格局,并显著影响着河流水体质量。本研究基于伊河流域遥感影像数据（2017年）、精度为30 m的河南中原经济区高程数字模型（DEM）,借助ENVI5.1、ArcGIS10.3和Fragstats4.2平台获取伊河流域2017年景观格局特征以及景观指数数据;选取伊河流域29个水质监测点,在2016-2017年枯、平、丰3个水期对7个水质指标进行采样、监测以获取基本的水质数据,包括pH、化学需氧量（COD）、电导率（EC）、溶解氧（DO）、浊度（Turbidity）、总磷（TP）、氨氮（NH4+-N）。通过主成分分析（PCA）、聚类分析（CA）、判别分析（DA）和单因素方差分析（ANOVA）等方法来探讨水质的时间变化特征和空间差异;应用Pearson’s相关分析、多元逐步回归分析和冗余分析（RDA）等方法对伊河流域景观格局与水质之间的关系进行分析研究;最后,基于“源、汇”景观理论和水质指标对伊河流域景观特征的响应关系以及水质监测点周围的景观现状,提出了以改善流域水体质量、削减非点源污染为目标的景观格局优化策略。主要结论如下:（1）林地和耕地是伊河流域的主要景观组成类型,二者占流域总面积的84%以上。林地的优势度和连通性最好,且从流域上游至下游逐渐降低,建设用地和耕地的优势度、连通性则逐渐增大;河渠的连通性仅次于林地,库塘、草地和未利用地面积比例较小,分布分散,自然连通性差。全流域尺度上的斑块密度较大,景观斑块多样性较高,景观斑块的分离度和面积加权平均分维数均表明景观格局有一定的破碎化趋势;流域上游的景观相对完整统一,受人类活动干扰较小,景观斑块的形状较为复杂,破碎化程度较低,中下游地区则相反。（2）伊河流域水质整体较好,DO和TP基本上能够满足地表水环境质量标准GB3838-2002中Ⅱ类水的标准,COD和NH4+-N在部分时间部分河段存在超标现象。主成分分析表明流域水污染在枯水期以有机污染为主,平水期以氮污染为主,丰水期以氮和有机污染为主。在水质的时空变化方面,平水期水质污染最严重,枯水期次之,丰水期流域水质最好;水质从上游至下游呈现不断下降的趋势,下游的水污染相对严重。（3）景观组成类型面积比例对水质的影响:Pearson’s相关分析和多元回归分析表明,在平水期和全流域尺度上景观类型与流域水质指标（COD、TP、Turbidity、NH4+-N、EC、DO）的相关性更明显。冗余分析表明,在全流域尺度上,景观组成类型对水质指标的影响更显著:林地、草地和水域（库塘和河流）对水质具有正效应,建设用地、耕地对水质具有负效应,并且建设用地是流域3个水期耗氧污染物（COD）、物理指标（Turbidity、EC）、营养物（TP）的主要贡献者,枯、平水期水体中氮磷污染物主要来源于耕地。（4）景观格局对水质的影响:在组成类型水平上,建设用地和耕地这两种景观类型的最大斑块指数（LPI）、聚集度指数（COHESION）与除DO之外的其他水质指标具有显著正相关性,林地和草地的LPI、COHESION与大部分水质指标分别具有显著的和弱的负相关性,河渠的LPI和库塘的COHESION与大部分水质指标在流域中游呈负相关,在全流域呈正相关。景观水平上,Pearson’s相关分析和多元回归分析表明,从枯水期到平水期、从流域上游至下游,对面积加权斑块分形指数（FRAC—AM）、斑块密度（PD）、景观分离度指数（DIVISION）、Shannon多样性指数（SHDI）产生响应的水质指标逐渐增多,且大部分为正相关关系;冗余分析表明,全流域尺度上的SHDI、PD和FRAC—AM与丰水期COD、Turbidity、NH4+-N、TP呈弱负相关,而DIVISION与各水质指标不存在相关性。（5）增减关键地段尤其是沿河两岸的林地等“汇”景观和建设用地等“源”景观的斑块数量,调整“源、汇”景观斑块在流域中与河流水体的相对位置、相对距离、相对坡度和高度以及空间构型,提高流域内公众参与水环境保护的意识和行动,以减少流域内非点源污染输出,改善水体质量,促进流域的可持续发展。