東南山丘區(qū)水庫(kù)流域多空間尺度景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響

張鵬　劉慧　王為木　夏繼紅　劉昊霖

摘要：為探討東南山丘區(qū)水庫(kù)流域不同空間尺度下景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響，基于珊溪-趙山渡水庫(kù)上游支流15個(gè)監(jiān)測(cè)斷面水質(zhì)及流域土地利用數(shù)據(jù)，提取子流域和6種河岸帶緩沖區(qū)空間尺度上的景觀格局信息，運(yùn)用冗余分析方法定量探討不同尺度景觀格局與水質(zhì)的關(guān)系，識(shí)別水質(zhì)資源管理的最佳空間尺度及關(guān)鍵景觀指標(biāo)。結(jié)果表明：（1）水質(zhì)指標(biāo)時(shí)空尺度上存在顯著差異，其中pH、總氮、氨氮空間差異顯著（P<0.05），里光溪、南浦溪、莒江溪及玉溪為主要污染風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，總氮濃度表現(xiàn)為雨季低于旱季；（2）流域內(nèi)林地和草地占比最大，為主要的“匯”景觀，建設(shè)用地、耕地為主要“源”景觀，最大斑塊指數(shù)（LPI）與水質(zhì)成正相關(guān)，散布與并列指數(shù)（IJI）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）在多數(shù)時(shí)空尺度與水質(zhì)成負(fù)相關(guān)；（3）景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響存在空間尺度效應(yīng)，100 m及800 m河岸帶尺度總解釋率優(yōu)于其他尺度，雨季水質(zhì)主要受草地、林地、建設(shè)用地、水域、LPI和SHDI的影響，旱季水質(zhì)主要受建設(shè)用地、耕地和IJI影響。流域內(nèi)景觀格局對(duì)水質(zhì)影響的最佳管理尺度為800 m河岸帶，優(yōu)化該尺度內(nèi)的景觀格局，綜合考慮近水體“源”景觀的集聚，防控100 m河岸帶污染物排放與遷移，對(duì)于保障珊溪-趙山渡水庫(kù)飲用水安全具有重要意義。

關(guān)鍵詞：景觀格局；地表水質(zhì)；尺度效應(yīng)；冗余分析；山丘區(qū)水庫(kù)

中圖分類號(hào)：X522? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-3075（2023）03-0017-09

水資源對(duì)人類健康、社會(huì)經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)系統(tǒng)的完整性至關(guān)重要，而水質(zhì)惡化成了目前全球所共同面臨的環(huán)境問題（Cai et al，2020；Wu & Lu，2021）。景觀格局能夠引起流域水文條件的空間差異，影響水文循環(huán)的各個(gè)環(huán)節(jié)，已被認(rèn)為是造成水質(zhì)變化的主要驅(qū)動(dòng)因素（De Mello et al，2020；張磊等，2021）。因此，分析量化景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響，對(duì)于調(diào)節(jié)進(jìn)入水體的污染物，改善水環(huán)境質(zhì)量具有重要意義。

景觀格局是自然因素和人為因素相互作用的直接結(jié)果，主要包含景觀組成與空間配置，其決定了河流水體中流入河流的污染物的來源及類型（Nafi'Shehab et al，2021）。河流作為景觀類型的一部分，與其他景觀類型中的物質(zhì)、養(yǎng)分以及能量交換受到滲透性、連通性、聚集性和景觀配置的影響（Mitchell et al，2013），因此探究景觀格局組成與配置對(duì)水質(zhì)的影響已成為近年來國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。景觀組成及配置對(duì)水質(zhì)的影響是復(fù)雜的，并且存在尺度依賴性（Shi et al，2017），由于研究區(qū)域的社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平、水文條件以及所選取的水質(zhì)變量等因素的不同呈現(xiàn)出差異（Li et al，2021；Xu et al，2020）。Lei等（2021）對(duì)德國(guó)斯托雷河（St[o]r River）的研究認(rèn)為，景觀格局在子流域尺度比河岸或河段尺度能更好地解釋總體水質(zhì)變化，夏季相關(guān)性強(qiáng)于冬季。河岸帶作為重要的水陸交錯(cuò)帶，可通過調(diào)節(jié)近岸水體與土地之間的物質(zhì)與能量的雙向流動(dòng)，在維持受納水體水質(zhì)中發(fā)揮重要作用（Hansen et al，2010），也有研究認(rèn)為景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響在河岸帶尺度強(qiáng)于子流域尺度。張微微等（2020）通過對(duì)密云水庫(kù)的研究認(rèn)為300 m河岸帶尺度景觀格局對(duì)水質(zhì)空間分異的解釋能力強(qiáng)于較大尺度。郭羽羽等（2021）對(duì)黃河流域的研究表明，在夏季和1 000 m 河段緩沖區(qū)尺度下景觀格局對(duì)水質(zhì)影響最顯著，耕地、林地、未利用地占比以及景觀多樣性對(duì)水質(zhì)影響最顯著。因此需要在更廣泛的典型地區(qū)開展研究，以便深入理解不同尺度下兩者之間的影響機(jī)制，服務(wù)于流域水、土資源保護(hù)與管理。

珊溪-趙山渡水庫(kù)是浙江省溫州市重要的飲用水水源地，也是我國(guó)典型的東南山丘區(qū)河道型水庫(kù)。目前水庫(kù)水環(huán)境總體平穩(wěn)，但流域內(nèi)入庫(kù)支流受人類活動(dòng)的影響，造成部分庫(kù)區(qū)水質(zhì)不穩(wěn)定，供水安全存在一定風(fēng)險(xiǎn)（李平等，2016）。有學(xué)者在子流域尺度上對(duì)庫(kù)區(qū)土地利用與水質(zhì)之間的關(guān)系進(jìn)行了探討（陳豐禹等，2019），但對(duì)于河岸帶不同空間尺度土地利用/景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響程度以及關(guān)鍵影響因子的研究未見報(bào)道。本研究以珊溪-趙山渡流域入庫(kù)支流為研究對(duì)象，在不同空間尺度上量化土地利用組成和配置與水質(zhì)的關(guān)系，識(shí)別最佳的流域管理尺度和主要景觀指標(biāo)，以期為流域土地利用規(guī)劃和水體污染風(fēng)險(xiǎn)防控提供科學(xué)參考。

1? ?材料與方法

1.1? ?研究區(qū)概況

珊溪-趙山渡水庫(kù)位于浙江省八大水系之一的飛云江流域中上游（27°36′～27°50′N，119°47′～120°15′E），是溫州市以及周邊地區(qū)重要的城市供水和農(nóng)業(yè)灌溉水源地，兼有發(fā)電防洪等功能?？偧娣e為2 076.6 km2，水域面積為118.5 km2，主要水體為珊溪水庫(kù)、趙山渡水庫(kù)、兩庫(kù)區(qū)之間的飛云江干流以及三插溪、洪口溪、峃作口溪等支流。流域地勢(shì)西高東低，屬于江南丘陵山地紅壤區(qū)；氣候受地形影響顯著，多年平均氣溫為19.6 ℃，多年平均降水量1 876.9 mm，主要集中在4-9月，占全年雨量的74.7%，2020年降水量處于近30年最低水平，為枯水年，降水量?jī)H為1 116.5 mm。

1.2? ?數(shù)據(jù)來源

根據(jù)珊溪-趙山渡水庫(kù)流域的土地利用類型分布，結(jié)合流域的產(chǎn)匯流條件，選取里光溪（S1）、三插溪（S2）、洪口溪（S3）、玉溪（S4）、莒江溪（S5）、南浦溪（S6）、峃作口溪（S7）、黃坦坑（S8）、珊溪坑（S9）、桂溪（S10）、泗溪（S11）、九溪（S12）、平和溪（S13）、玉泉溪（S14、S15）等代表性支流上的15個(gè)位點(diǎn)水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析（圖1），選取酸堿度（pH）、氨氮（NH3-N）、總氮（TN）、總磷（TP）、高錳酸鹽指數(shù)（CODMn）作為關(guān)鍵的水質(zhì)指標(biāo)，數(shù)據(jù)來源于2020年1-7月、9月共8個(gè)月度的溫州市生態(tài)環(huán)境簡(jiǎn)報(bào)。山丘區(qū)水庫(kù)流域水文情勢(shì)一般呈現(xiàn)較強(qiáng)的周期性變化，為了反映水質(zhì)在時(shí)間尺度上的差異，將2020年1-3月作為旱季，2020年4-7月以及9月作為雨季。

遙感影像數(shù)據(jù)和DEM數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云（http：//www.gscloud.cn/），數(shù)據(jù)精度均為30 m。以2020年Landsat 8 OLI遙感影像為數(shù)據(jù)源，利用ENVI 5.3軟件在進(jìn)行輻射定標(biāo)、大氣校正等預(yù)處理后，采用監(jiān)督分類中的最大似然法得到流域土地利用類型圖，分類總體精度為91%，Kappa系數(shù)為0.89。參考《土地利用現(xiàn)狀分類（GB/T21010-2017）》，結(jié)合流域特征，將土地利用類型劃分為林地、草地、建設(shè)用地、耕地和水域5類。DEM數(shù)據(jù)通過ArcGIS 10.4軟件水文分析模塊提取水系，以各監(jiān)測(cè)位點(diǎn)作為流域出口劃分子流域，其中S14、S15為嵌套子流域。

1.3? ?景觀指數(shù)的選取及空間尺度劃分

景觀指數(shù)是景觀格局空間異質(zhì)性的高度概括及其量化（陳文波等，2002）。鑒于影響水質(zhì)景觀的指標(biāo)數(shù)量較多且相互之間存在一定的相關(guān)性，綜合考慮景觀類型的面積、形狀、密度、優(yōu)勢(shì)度、聚集度以及多樣性，在類型水平選取斑塊面積占比（PLAND）表征研究區(qū)域內(nèi)土地利用類型組成，在景觀水平選取斑塊密度（PD）、景觀形狀指數(shù)（LSI）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、散布與并列指數(shù)（IJI）以及香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI）以表征土地利用配置，景觀指數(shù)通過Fragstats 4.0軟件計(jì)算得到。選取河岸帶緩沖區(qū)和子流域兩種空間尺度，以監(jiān)測(cè)位點(diǎn)作為流域出口提取對(duì)應(yīng)的子流域，在小流域內(nèi)建立垂直于河道水平距離100、300、500、800、1000 m的河岸帶緩沖區(qū)。

1.4? ?數(shù)據(jù)處理

使用SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，水質(zhì)時(shí)空差異采用單因素方差分析，Origin 2021軟件用于繪圖；采用冗余分析探究景觀格局與水質(zhì)的關(guān)系，其中水質(zhì)指標(biāo)作為物種變量，景觀指標(biāo)作為環(huán)境變量。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?流域水質(zhì)時(shí)空變化特征

流域內(nèi)不同季節(jié)各水質(zhì)指標(biāo)描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1。TN在不同季節(jié)上呈現(xiàn)極顯著差異（P<0.01），雨季平均濃度為0.78 mg/L，處于Ⅲ類標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)于旱季1.21 mg/L（Ⅳ類），可能是因?yàn)楹导窘邓^少，河道流量小，不利于污染物的擴(kuò)散與遷移，水體自凈能力減弱。其他指標(biāo)無顯著差異，旱季各指標(biāo)變異系數(shù)均高于雨季，污染風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高，兩季節(jié)CODMn平均濃度均為Ⅰ類標(biāo)準(zhǔn)，NH3-N、TP為Ⅱ類，pH在雨季和旱季平均值分別為7.44、7.29，總體呈弱堿性。

主要污染指標(biāo)的空間分布特征如圖2。pH、TN、NH3-N均呈現(xiàn)顯著性差異（P<0.05），pH為6.78～8.06，最低值與最高值分別出現(xiàn)在S1、S8處；TN為流域內(nèi)潛在的主要污染指標(biāo)，兩季節(jié)超出Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)位點(diǎn)占比均達(dá)到87%， 旱季S5、S6處分別達(dá)到2.67、2.55 mg/L；NH3-N除了S1和S6位點(diǎn)外，其余位點(diǎn)濃度值波動(dòng)較小，基本維持在Ⅱ類標(biāo)準(zhǔn)。旱季CODMn、TP具有顯著差異，在S1、S6及S11處均高于其余位點(diǎn)，為主要的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。

2.2? ?不同空間尺度景觀指數(shù)變化特征

各空間尺度景觀類型占比如圖3。子流域尺度內(nèi)土地利用類型以林地為主，占比均超過72%，其次是草地、耕地以及建設(shè)用地，而水域在各位點(diǎn)尺度上比例較低。其中草地在S8子流域內(nèi)分布較高，達(dá)到12.6%；耕地主要分布在S8和S11位點(diǎn)控制子流域內(nèi)，分別達(dá)到9.8%、7.5%，建設(shè)用地在S6子流域達(dá)到最高11%。在緩沖區(qū)尺度內(nèi)，優(yōu)勢(shì)類型仍為林地，隨著緩沖尺度的增加林地以及草地占比不斷增加，其他類型占比下降，耕地和建設(shè)用地主要在較小尺度的土地利用類型中占比較高。

隨著空間尺度的增大PD、IJI以及SHDI均呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)（圖4），表明研究區(qū)域內(nèi)的景觀分割、破碎程度越弱，景觀類型的豐富度下降，說明空間尺度越大，區(qū)域景觀結(jié)構(gòu)變化受人類活動(dòng)的影響越不明顯。LPI隨著空間尺度的增大呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，表明研究區(qū)域內(nèi)景觀優(yōu)勢(shì)種的豐度隨尺度增加而增加。LSI反映了區(qū)域景觀的形狀復(fù)雜程度，呈現(xiàn)先減后增趨勢(shì)，在500 m尺度內(nèi)景觀復(fù)雜度達(dá)到最低值。

2.3? ?流域多空間尺度景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響

景觀格局對(duì)水質(zhì)變量的解釋率均在54%以上，第一軸解釋率均超過35%，表明緩沖區(qū)尺度下景觀格局可更有效解釋水質(zhì)的變化。在季節(jié)尺度上，兩季節(jié)解釋率總體變化趨勢(shì)一致，100 m河岸帶至500 m河岸帶緩沖區(qū)尺度上的解釋率均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，在800 m緩沖區(qū)處解釋率突增，之后隨著尺度增加不斷下降。雨季和旱季解釋率最高空間尺度分別為800 m和100 m河岸帶緩沖區(qū)，分別達(dá)到84.00%和90.30%，除300 m和500 m河岸帶尺度外，其他尺度旱季總體解釋率均高于雨季。旱季800 m河岸帶緩沖區(qū)解釋率為86.1%，略低于100 m河岸帶尺度（90.30%），此外100 m河岸帶緩沖區(qū)景觀格局對(duì)水質(zhì)的解釋率受季節(jié)水位影響較大，為保障庫(kù)區(qū)飲用水安全，綜合雨、旱季分析結(jié)果，800 m河岸帶緩沖區(qū)為最佳管理空間尺度，可作為流域土地利用管理與水質(zhì)污染風(fēng)險(xiǎn)防控的重點(diǎn)區(qū)域。

各指標(biāo)相關(guān)性如表2。在不同的空間尺度上，主要的解釋變量也存在一定差異，100 m緩沖區(qū)上，雨季主要的解釋變量為草地和林地占比，300 m緩沖區(qū)至子流域尺度對(duì)水質(zhì)變化貢獻(xiàn)較高的主要景觀組成變量為建設(shè)用地占比，主要景觀結(jié)構(gòu)變量LPI在300、800 m河岸帶以及子流域尺度貢獻(xiàn)率較高，SHDI在1 000 m河岸帶尺度為主要解釋變量。旱季建設(shè)用地占比在各尺度均為主導(dǎo)變量，對(duì)水質(zhì)變化貢獻(xiàn)率為25.80%～36.50%。耕地占比在300 m至子流域尺度為主要解釋變量，100 m緩沖區(qū)內(nèi)IJI為主要解釋變量。圖5中景觀指標(biāo)與水質(zhì)指標(biāo)的夾角余弦值表示變量之間的相關(guān)性。在多數(shù)時(shí)空尺度下，建設(shè)用地、SHDI、PD、IJI與水質(zhì)指標(biāo)TN、TP、NH3-N呈正相關(guān)性，PD在大尺度內(nèi)與水質(zhì)的相關(guān)性更強(qiáng)，而林地、草地、LPI與多數(shù)水質(zhì)指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)。耕地在雨季與TN、TP、NH3-N呈正相關(guān)，旱季與CODMn呈正相關(guān)，LSI在雨季與水質(zhì)指標(biāo)TN、TP、CODMn、NH3-N呈負(fù)相關(guān)，與pH呈正相關(guān)，在旱季與CODMn、pH呈正相關(guān)。

3? ?討論

3.1? ?不同尺度下景觀格局與水質(zhì)的關(guān)系

冗余分析結(jié)果表明，景觀組成和配置是解釋水質(zhì)變化的重要因子。就景觀組成而言，流域內(nèi)林、草地作為主要的優(yōu)勢(shì)類型在不同尺度上對(duì)水質(zhì)改善起到積極作用，而耕地、建設(shè)用地則呈現(xiàn)一定的消極效應(yīng)，為主要的“源”景觀，這與其他研究結(jié)果一致（段少瓊等，2017）。林地可以改善土壤性質(zhì)，在產(chǎn)流過程中調(diào)控產(chǎn)流時(shí)間以及徑流流量，在地表徑流驅(qū)動(dòng)的沉積物和污染物運(yùn)移過程中，起到控制污染物類型和減少污染量的作用（Marmontel et al，2018；De Souza et al，2013）。草地對(duì)于河流水質(zhì)變化的影響研究結(jié)果存在一定差異，李好好等（2022）對(duì)河湟谷地的研究認(rèn)為草地經(jīng)過降雨或徑流沖刷可能出現(xiàn)水土流失等問題，是水體污染物的“源”，本研究與淮河流域（楊琴等，2019）、譚江流域（唐廉等，2018）等區(qū)域分析結(jié)果均表明草地對(duì)水體污染物具有一定凈化作用，這可能源于不同區(qū)域草地生長(zhǎng)覆蓋狀態(tài)以及其管理方式的差異。耕地內(nèi)化肥和農(nóng)藥的流失、土壤侵蝕以及水量調(diào)控過程對(duì)受納水體中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)濃度具有重要影響，此外受到降雨影響，在雨季表現(xiàn)得尤為明顯。建設(shè)用地承載了人類高強(qiáng)度的活動(dòng)，不僅作為流域內(nèi)污染物的主要輸出源，同時(shí)區(qū)域內(nèi)不透水面的增加也為污染物提供了有效的遷移途徑。本研究中，建設(shè)用地主要在S1、S6及S11聚集，CODMn、TP及NH3-N在此區(qū)域內(nèi)均呈現(xiàn)較高的污染風(fēng)險(xiǎn)。此外，水域面積占比在不同尺度下與TN、TP、NH3-N及CODMn呈負(fù)相關(guān)，可能源于水體本身存在自凈能力且水體對(duì)一定范圍內(nèi)污染物具有一定稀釋作用。

在不同的尺度中，多數(shù)景觀指數(shù)與水質(zhì)變量的影響關(guān)系基本一致，但各尺度中主導(dǎo)的景觀指標(biāo)有所差別，這與田皓予等（2020）的研究結(jié)果類似。雨季PD主要與TN、TP、NH3-N呈現(xiàn)較強(qiáng)的正相關(guān)性，旱季主要與CODMn呈正相關(guān)，PD反映了區(qū)域內(nèi)景觀斑塊的破碎程度，破碎化程度越強(qiáng)，土壤侵蝕風(fēng)險(xiǎn)越高。LPI指數(shù)在各時(shí)空尺度上與林地對(duì)水質(zhì)的影響表現(xiàn)為較高的一致性，隨著尺度增大林草地的景觀優(yōu)勢(shì)增強(qiáng)，對(duì)水體凈化作用增強(qiáng)。IJI反映與其他景觀斑塊相鄰的多少，雨季多數(shù)尺度下與CODMn呈較強(qiáng)的正相關(guān)，旱季主要與TN、NH3-N、TP呈正相關(guān)，SHDI表征區(qū)域內(nèi)景觀類型的豐富度以及復(fù)雜性，與CODMn、TN、TP、NH3-N均呈正相關(guān)，IJI、SHDI越高說明自然景觀向人為景觀轉(zhuǎn)變的程度越高，人類活動(dòng)越強(qiáng)，使得降雨徑流遷移過程更復(fù)雜，攜帶污染物進(jìn)入水體的風(fēng)險(xiǎn)增加。

3.2? ?水質(zhì)對(duì)景觀格局尺度的響應(yīng)

景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響存在尺度效應(yīng)，但由于眾學(xué)者研究的方法、流域本身特征等差異，兩者關(guān)系的最佳尺度仍沒有統(tǒng)一（王一舒等，2021）。項(xiàng)頌等（2018）對(duì)洱海入湖河流的研究表明，子流域尺度內(nèi)景觀格局對(duì)入湖河流水質(zhì)影響最大。陳優(yōu)良等（2022）對(duì)東江源流域的研究表明，2 000 m河岸帶緩沖區(qū)為探究景觀格局與水質(zhì)影響關(guān)系的最佳尺度。本研究結(jié)果表明景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響具有尺度依賴性，并表明珊溪-趙山渡水庫(kù)上游支流河岸帶緩沖區(qū)尺度比子流域尺度能夠更有效地解釋水質(zhì)變化，在雨季兩者關(guān)系的最佳尺度為河岸帶800 m緩沖區(qū)，該緩沖區(qū)尺度內(nèi)水質(zhì)主要受到草地面積占比、最大斑塊指數(shù)的影響，旱季最佳尺度為100 m河岸帶尺度，主要受散布與并列指數(shù)、建設(shè)用地面積占比的影響。

本研究還表明，在100 m小尺度緩沖區(qū)內(nèi)，景觀格局對(duì)兩季度水質(zhì)的影響仍具有較高的解釋率，在旱季為解釋能力最強(qiáng)的空間尺度。這可能源于部分河道兩岸存在高強(qiáng)度和高密度的農(nóng)業(yè)用地與建設(shè)用地，成為了受納水體中污染物的主要來源。此外，降雨作為非點(diǎn)源污染的重要驅(qū)動(dòng)力，旱季相對(duì)于雨季地表徑流減少，非點(diǎn)源污染對(duì)于河流水質(zhì)的影響減弱（De Oliveira et al，2016），因此在旱季越接近水體的“源”景觀類型由于存在距離優(yōu)勢(shì)對(duì)于水質(zhì)的影響更為嚴(yán)重（連心橋等，2021）。在季節(jié)尺度上，雨季與旱季多數(shù)水質(zhì)指標(biāo)差異較小，這可能與本研究區(qū)域內(nèi)林、草地為主要的景觀類型有關(guān)，兩類景觀在子流域內(nèi)占比達(dá)到82%以上，而主要“源”景觀占比少且在較小尺度河岸帶聚集，降雨在促進(jìn)非點(diǎn)源污染輸入水體的同時(shí)對(duì)污染物濃度具有一定的稀釋作用（De Mello et al，2022），使得季節(jié)差異不顯著。景觀格局對(duì)水質(zhì)的解釋率均較高且在不同空間尺度下整體變化趨勢(shì)一致，在800 m河岸帶緩沖區(qū)均具有相對(duì)較高的解釋率，這與部分研究有所區(qū)別（Xu et al，2021），可能受到流域差異化的自然屬性影響。

參考文獻(xiàn)

陳豐禹，王為木，劉慧，等，2019. 南方山丘區(qū)水源地土地利用結(jié)構(gòu)對(duì)河庫(kù)水質(zhì)的影響——以珊溪水庫(kù)流域?yàn)槔齕J]. 水土保持通報(bào)，39（2）： 260-266.

陳文波，肖篤寧，李秀珍，2002a. 景觀空間分析的特征和主要內(nèi)容[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，11（7）： 1135-1142.

陳優(yōu)良，鄒文敏，劉星根，等，2022. 東江源流域不同空間尺度景觀格局對(duì)水質(zhì)影響分析[J]. 環(huán)境科學(xué)，43（11）： 5053-5063.

段少瓊，安艷玲，蘇孝良，等，2017. 三岔河流域不同尺度土地利用對(duì)水質(zhì)的影響[J]. 環(huán)境污染與防治，39（5）： 525-529，533.

郭羽羽，李思悅，劉睿，等，2021. 黃河流域多時(shí)空尺度土地利用與水質(zhì)的關(guān)系[J]. 湖泊科學(xué)， 33（3）： 737-748.

李好好，黃懿梅，郭威，等，2022. 河湟谷地不同時(shí)空尺度下土地利用及空間格局對(duì)水質(zhì)的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)，43（8）： 4042-4053.

李平，陳強(qiáng)，王婷，等，2016. 溫州飲用水源地珊溪水庫(kù)水質(zhì)的時(shí)空分析[J]. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)， 57（5）： 778-784.

連心橋，朱廣偉，楊文斌，等，2021. 土地利用對(duì)太湖入流河道營(yíng)養(yǎng)鹽的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)， 42（10）： 4698-4707.

唐廉，胡曉輝，權(quán)冠中，等，2018. 潭江流域水質(zhì)時(shí)空分布特征及其與土地利用的相關(guān)性分析[J]. 地球與環(huán)境，46（4）： 364-372.

田皓予，佟玲，余國(guó)安，等，2020. 不同空間尺度河流水質(zhì)與土地利用關(guān)系分析——以泰國(guó)蒙河流域?yàn)槔齕J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，39（9）： 2036-2047.

王一舒，吳仁人，榮楠，等，2021. 西江下游流域水質(zhì)與不同空間尺度土地利用的響應(yīng)關(guān)系[J]. 水資源保護(hù)，37（4）： 97-104.

項(xiàng)頌，龐燕，竇嘉順，等，2018. 不同時(shí)空尺度下土地利用對(duì)洱海入湖河流水質(zhì)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)，38（3）： 876-885.

楊琴，湯秋鴻，張永勇，2019. 淮河流域（河南段）水質(zhì)時(shí)空變化特征及其與土地利用類型的關(guān)系[J]. 環(huán)境科學(xué)研究，32（9）： 1519-1530.

張磊，俞瑩，秦伍根，等，2021. 珠溪河流域土地利用變化對(duì)面源磷污染的影響研究[J]. 水生態(tài)學(xué)雜志，42（2）： 8-15.

張微微，李曉娜，王超，等，2020. 密云水庫(kù)上游白河地表水質(zhì)對(duì)不同空間尺度景觀格局特征的響應(yīng)[J]. 環(huán)境科學(xué)，41（11）： 4895-4904.

Cai H，Mei Y，Chen J，et al，2020. An analysis of the relation between water pollution and economic growth in China by considering the contemporaneous correlation of water pollutants[J]. Journal of Cleaner Production，276： 122783.

De Mello K，Taniwaki R H，De Paula F R，et al，2020. Multiscale land use impacts on water quality： Assessment， planning， and future perspectives in Brazil[J]. Journal of Environmental Management，270： 110879.

De Mello K，Valente R A，Ribeiro M P，et al，2022. Effects of forest cover pattern on water quality of low-order streams in an agricultural landscape in the Pirapora river basin， Brazil[J]. Environmental Monitoring and Assessment，194（3）： 1-13.

De Oliveira L M，Maillard P，De Aandrade Pinto ? J，2016. Modeling the effect of land use/land cover on nitrogen， phosphorous and dissolved oxygen loads in the Velhas River using the concept of exclusive contribution area [J]. Environmental monitoring and assessment，188（6）： 1-19.

De Souza A L，F(xiàn)onseca D G，Liborio R A，et al，2013. Influence of riparian vegetation and forest structure on the water quality of rural low-order streams in SE Brazil[J]. Forest Ecology and Management，298： 12-18.

Hansen B，Reich P，Lake P S，et al，2010. Minimum width requirements for riparian zones to protect flowing waters and to conserve biodiversity： a review and recommendations with application to the State of Victoria[R]. Melbourne：Monash University.

Lei C，Wagner P D，F(xiàn)ohrer N，2021.Effects of land cover， topography， and soil on stream water quality at multiple spatial and seasonal scales in a German lowland catchment[J]. Ecological Indicators，120： 106940.

Li G，Li L，Kong M，2021.Multiple-Scale Analysis of Water Quality Variations and Their Correlation with Land use in Highly Urbanized Taihu Basin，China[J]. Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology，106（1）： 218-224.

Marmontel C V F，Lucas-Borja M E，Rodrigues V A，et al，2018. Effects of land use and sampling distance on water quality in tropical headwater springs （Pimenta creek， S?o Paulo State， Brazil）[J]. Science of the Total Environment，622： 690-701.

Mitchell M G，Bennett E M，Gonzalez A，2013. Linking landscape connectivity and ecosystem service provision： current knowledge and research gaps[J]. Ecosystems 16（5），894-908.

Nafi'Shehab Z，Jamil N R，Aris A Z，et al，2021.Spatial variation impact of landscape patterns and land use on water quality across an urbanized watershed in Bentong，Malaysia[J]. Ecological indicators，122： 107254.

Shi P，Zhang Y，Li Z，et al，2017. Influence of land use and land cover patterns on seasonal water quality at multi-spatial scales[J]. Catena，151： 182-190.

Wu J，Lu J，2021.Spatial scale effects of landscape metrics on stream water quality and their seasonal changes[J]. Water Research，191： 116811.

Xu J，Liu R，Ni M，et al，2021. Seasonal variations of water quality response to land use metrics at multi-spatial scales in the Yangtze River basin[J]. Environmental Science and Pollution Research，28（28）： 37172-37181.

Xu S，Li S L，Zhong J，et al，2020. Spatial scale effects of the variable relationships between landscape pattern and water quality： Example from an agricultural karst river basin， Southwestern China[J]. Agriculture，Ecosystems & Environment，300： 106999.

（責(zé)任編輯? ?鄭金秀）

Effects of Multi-spatial Scale Landscape Patterns on Water Quality

in the Reservoir Basin of the Southeastern Hilly Region

ZHANG Peng， LIU Hui， WANG Wei‐mu， XIA Ji‐hong， LIU Hao‐lin

（College of Agricultural Science and Engineering， Hohai University，Nanjing? ?211100，P.R. China）

Abstract：Shanxi-Zhaoshandu reservoir is an important water source for Wenzhou City in Zhejiang Province and is typical of riverine reservoir in the southeastern hilly region of China.Based on the water quality data from 15 monitoring sections in the upstream tributaries of Shanxi-Zhaoshandu reservoir and watershed land use data， we explored the influence of landscape patterns on water quality in the reservoir basin at different spatial scales， and identified key landscape indicators and the best spatial scale for water quality resource management. Information on landscape patterns was extracted at different spatial scales in the sub-basins and six types of riparian zone buffers. Redundancy analysis was then used to quantitatively explore the relationship between landscape patterns and water quality at different scales. Results show that： （1） There were significant differences in water quality indicators at the spatial and temporal scales and pH， total nitrogen and ammonia nitrogen varied significantly （P<0.05）. Liguang stream， Nanpu stream， Jujiang stream and Yuxi stream were regions of high pollution， and the total nitrogen concentration in the rainy season was lower? than in the dry season. （2） Forest land and grassland were the dominant land use types in the watershed and the primary pollutant sinks， while urban construction and cropland were the primary pollutant sources. Water quality had a positive relationship with the largest patch index （LPI）， and a negative relationship with the interspersion and juxtaposition index （IJI）， and the Shannon diversity index （SHDI） at most spatial and temporal scales. （3） The landscape pattern had? a spatial scale effect on water quality， with the total explanation rate of 100 m and 800 m riparian zone scale? better than other scales. Water quality in the rainy season was primarily influenced by grassland， forest land， urban construction land， water area， LPI and SHDI， and water quality in the dry season was primarily influenced by urban construction land， cropland and IJI. In conclusion， the management scale of landscape pattern with the best influence on water quality in the watershed is the 800 m riparian zone. Furthermore，to ensure the drinking water safety of Shanxi-Zhaoshandu reservoir， it is important to optimize the landscape pattern at the scale of 800m riparian zone， comprehensively consider the aggregation of source landscape on nearby water bodies， and to prevent and control discharge and migration of pollutants in the 100m riparian zone.

Key words：landscape pattern； surface water quality； scale effect； redundancy analysis； reservoir in? hilly region

收稿日期：2022-09-09? ? ? 修回日期：2023-04-28

基金項(xiàng)目：國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“生態(tài)災(zāi)害對(duì)漁業(yè)生境和生物多樣性的影響及其預(yù)測(cè)評(píng)估”（2018YFD0900805）。

作者簡(jiǎn)介：張鵬，1997年生，男，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)水土環(huán)境研究。E-mail：zhangp024@163.com

通信作者：劉慧，1972年生，女，博士，副教授，主要從事環(huán)境污染生態(tài)效應(yīng)研究。E-mail：liuhui@hhu.edu.cn