博斯騰湖不同時(shí)空尺度下土地利用景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響

摘要：定量分析不同尺度半徑范圍內(nèi)博斯騰湖景觀格局對(duì)水環(huán)境的影響，為有效保護(hù)流域水質(zhì)與生態(tài)管理提供科學(xué)依據(jù)?；?020—2021年博斯騰湖平、豐、枯水期23個(gè)采樣點(diǎn)的實(shí)測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)和Google Earth遙感數(shù)據(jù)，結(jié)合冗余分析（RDA）和Spearman相關(guān)分析，揭示不同時(shí)空尺度下土地利用景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響。結(jié)果表明：（1）博斯騰湖水體中CODMn、TN濃度異常偏高，分別有21.7%、55.1%的采樣點(diǎn)超過(guò)地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，表明TN和CODMn是其主要污染物；（2）5種不同緩沖區(qū)半徑內(nèi)土地利用與水質(zhì)呈現(xiàn)顯著相關(guān)性，豐、平、枯水期的1 000、3 000、500 m半徑緩沖區(qū)對(duì)水質(zhì)解釋率最佳，分別為40.0%、35.6%和31.1%；（3）景觀異質(zhì)性特征與土地破碎化程度隨空間尺度增大而增強(qiáng)；（4）土地利用類型中，耕地是水質(zhì)惡化的主要污染輸出源，其次為草地，盡管草地對(duì)凈化水質(zhì)起到積極作用，但其不恰當(dāng)?shù)墓芾矸绞绞刮廴疚镞M(jìn)入水中，導(dǎo)致水質(zhì)惡化；（5）景觀格局指數(shù)中，LSI（景觀形狀）與NH3-N、TN呈現(xiàn)正相關(guān)性，SHDI（香農(nóng)多樣性指數(shù)）與NH3-N呈顯著正相關(guān)性，表示隨著景觀破碎化程度增大，水質(zhì)惡化程度加劇，LSI與水質(zhì)的關(guān)聯(lián)存在著很大的不確定性，仍需進(jìn)一步探討。

關(guān)鍵詞：時(shí)空尺度；土地利用；景觀格局；水質(zhì)；博斯騰湖

中圖分類號(hào)：X522" " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " 文章編號(hào)：1674-3075（2025）01-0034-11

人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響可通過(guò)土地利用類型及結(jié)構(gòu)變化直接反映（賈亞男和袁道先，2003），是導(dǎo)致河流、湖泊水質(zhì)惡化的重要原因之一（方娜等，2019；郝守寧等，2020；楊強(qiáng)強(qiáng)等，2020；趙玉，2020），同時(shí)，不同時(shí)空間尺度下的土地利用方式也會(huì)影響河流、湖泊水質(zhì)的研究結(jié)果。李好好等（2022）研究發(fā)現(xiàn)湟水河平水期耕地面積占比與總氮、高錳酸鹽指數(shù)濃度呈正相關(guān)，與總磷濃度呈負(fù)相關(guān)；城鎮(zhèn)面積占比與污染物濃度基本呈正相關(guān)；豐水期草地面積占比與高錳酸鹽指數(shù)濃度呈正相關(guān)；耕地面積占比在2個(gè)時(shí)期均與污染物濃度呈負(fù)相關(guān)。唐廉等（2018）探討得出林地、草地可緩解水質(zhì)惡化，相當(dāng)于“匯”，而耕地、建設(shè)用地和水體則會(huì)導(dǎo)致水質(zhì)惡化，等同于“源”，其中建設(shè)用地對(duì)水質(zhì)惡化影響最大，其次為耕地。楊強(qiáng)強(qiáng)等（2020）以青弋江流域?yàn)檠芯繉?duì)象，探討多時(shí)空尺度土地利用與水質(zhì)的關(guān)系，結(jié)果表明，半徑為500 m的圓形緩沖區(qū)在枯水期與豐水期對(duì)土地利用的水質(zhì)解釋率最高。

景觀要素作為表征景觀格局空間分布特征的指標(biāo)，其在不同空間尺度下會(huì)對(duì)生態(tài)過(guò)程產(chǎn)生不同的影響（Lambin et al，2003；劉麗娟等，2011），最終使研究結(jié)果具有差異性。水環(huán)境可對(duì)景觀格局的變化做出快速響應(yīng)，其空間分布特征隨流域尺度內(nèi)景觀格局的變化而改變，因此認(rèn)為景觀格局的變化是決定水環(huán)境質(zhì)量的關(guān)鍵因素（Turner amp; Gardner，2015）。國(guó)內(nèi)外研究均表明，景觀格局對(duì)水環(huán)境的影響存在空間尺度效應(yīng)且目前仍存在影響水環(huán)境最優(yōu)空間尺度的分歧。Meneses等（2015）認(rèn)為，相較于流域尺度，景觀格局對(duì)水環(huán)境質(zhì)量的依賴性在河岸帶緩沖區(qū)尺度更小。Xu等（2019）在研究貴州烏江流域后發(fā)現(xiàn)影響河流水質(zhì)的關(guān)鍵區(qū)域?yàn)楹影稁Ь彌_區(qū)尺度內(nèi)的景觀格局。李艷利等（2012）研究渾太河流域后發(fā)現(xiàn)，眾多景觀要素中CONTAG對(duì)水質(zhì)影響最大且在緩沖區(qū)尺度上影響較子流域尺度顯著。

干旱區(qū)水資源是制約人類社會(huì)生產(chǎn)生活發(fā)展的重要因素之一，博斯騰湖作為干旱區(qū)最大的內(nèi)陸淡水湖，對(duì)維護(hù)生態(tài)安全與促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)。自1960年來(lái)，由于人口激增，大規(guī)模的人類活動(dòng)和自然環(huán)境的變遷，博斯騰湖水生態(tài)環(huán)境急劇惡化（施雅風(fēng)等，2003；姜逢清和胡汝驥，2004）。已有研究（陳世峰，2021）對(duì)博斯騰湖水質(zhì)進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)分析博斯騰湖流域土地利用/覆被變化探討流域水質(zhì)變化的驅(qū)動(dòng)因子（阿依蘇力坦·麥麥提艾力，2014），評(píng)價(jià)博斯騰湖流域生態(tài)環(huán)境（杜菲，2021），但這些研究均未涉及不同時(shí)空尺度下土地利用景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響。本文通過(guò)博斯騰湖水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合景觀格局指數(shù)研究方法對(duì)不同尺度半徑范圍內(nèi)景觀格局對(duì)水環(huán)境的影響進(jìn)行定量分析，以期為有效保護(hù)流域水質(zhì)與生態(tài)管理提供科學(xué)的參考依據(jù)。

1" "材料與方法

1.1" "研究區(qū)概況

博斯騰湖流域位于天山南麓焉耆盆地東南部（41°56′～42°14′ N，86°26′～87°40′ E），涵蓋博斯騰湖及上游開都河、木呼爾查干河、烏拉斯臺(tái)河等流域（王媛等，2019）。博斯騰湖（以下簡(jiǎn)稱博湖）位于焉耆盆地東南部博湖縣境內(nèi)，湖盆呈深碟狀，中間低平，靠近湖岸區(qū)水深急劇變淺，水域遼闊，東西長(zhǎng)達(dá)55 km，南北寬約20～50 km，博湖最深水位可達(dá)17 m，水域面積為1 002.4 km2，平均水深為8.8 m（周洪華等，2014；劉文等，2019）。博湖深居內(nèi)陸，距海遙遠(yuǎn)，海洋水汽難以到達(dá)，故形成了典型的溫帶大陸性氣候，年平均氣溫為8.9～12.7 ℃，年降水量為43.5～76.2 mm，降水主要集中在7—9月，年蒸發(fā)量為2 000.5～2 449.7 mm（劉祥和迪麗努爾·阿吉，2021；張敏和迪麗努爾·阿吉，2021）。開都河與黃水溝是博湖的主要補(bǔ)給河流，清水河次之，湖區(qū)西南部的孔雀河是唯一的出湖河流（郭燕妮等，2020）。

1.2" "數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

博湖流域土地利用數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心（http：//www.resdc.cn）2020年全國(guó)土地利用遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。參照國(guó)家土地利用現(xiàn)狀分類標(biāo)準(zhǔn)（GB/T21010—2017）（中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2017）并結(jié)合博湖流域土地利用實(shí)況及解譯的可操作性，將土地利用類型劃分為耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水體、裸地等6種土地利用類型，其中林地和建設(shè)用地占比平均不足0.4%，因此后續(xù)分析中不予考慮。DEM數(shù)據(jù)來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云平臺(tái)（http：//www.gscloud.cn/）。

相關(guān)研究顯示，100 m～10 km不同緩沖區(qū)尺度內(nèi)土地利用對(duì)湖泊與河流水質(zhì)存在顯著影響（項(xiàng)頌等，2018；方娜等，2019；喬悅，2020）。為探討不同時(shí)空尺度下博湖流域土地利用景觀格局對(duì)水環(huán)境的影響，以23個(gè)采樣點(diǎn)（圖1）為圓心分別提取半徑為100、300、500、1 000、3 000 m的緩沖區(qū)，并與土地利用類型數(shù)據(jù)疊加獲取不同空間尺度范圍內(nèi)的土地利用類型面積占比。

依據(jù)《水質(zhì) 采樣技術(shù)指導(dǎo)》（HJ494—2009）（中國(guó)環(huán)保部，2009）和水域生態(tài)系統(tǒng)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)規(guī)范（中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)科學(xué)委員會(huì)，2007）并結(jié)合研究目的，2020年9月（平水期）、2021年6月（豐水期）和10月（枯水期）對(duì)23個(gè)采樣點(diǎn)的表層（0.5 m）水體進(jìn)行采樣，每個(gè)采樣點(diǎn)采集3個(gè)平行樣本，取已用純水處理的潔凈聚乙烯塑料瓶采集水樣，置于4 ℃冷藏，48 h內(nèi)送往實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)，利用高錳酸鉀滴定法測(cè)定高錳酸鹽指數(shù)（CODMn），納氏試劑比色法測(cè)定氨氮（NH3-N），鉬酸氨分光光度法測(cè)定總磷（TP），堿性過(guò)硫酸鉀消解紫外分光光度法測(cè)定總氮（TN）。

景觀格局通常指空間格局，在自然因素與人類活動(dòng)共同作用下形成（徐延達(dá)等，2010）。景觀格局指數(shù)不僅涵蓋了大量的景觀格局信息（劉怡娜等，2019），還在一定程度上體現(xiàn)了景觀要素的空間異質(zhì)性。選取可反映景觀破碎度、聚集度、優(yōu)勢(shì)性及多樣性等特性的景觀格局指數(shù)，包括斑塊個(gè)數(shù)（NP）、斑塊密度（PD）、最大斑塊指數(shù)（LPI）、景觀形狀（LSI）、蔓延度指數(shù)（CONTAG）、香農(nóng)多樣性指數(shù)（SHDI），用以表征博湖流域景觀格局特性及其對(duì)水環(huán)境的影響，景觀指數(shù)含義（黃金良等，2011；郭玉靜，2018；Bian et al，2019）見表1。

1.3" "統(tǒng)計(jì)分析

在Acrgis 10.8平臺(tái)上提取不同尺度緩沖區(qū)柵格地圖，景觀格局指數(shù)在Fragstats 4.2軟件中計(jì)算獲得。借助Canoco 5軟件對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行降趨勢(shì)對(duì)應(yīng)分析（detrended correspondence analysis，DCA），而后對(duì)不同時(shí)空尺度下土地利用與豐水期、平水期和枯水期的水質(zhì)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，豐水期、平水期與枯水期的gradlient length的第一軸分別為0.01、0.80和0.01，均小于3，故應(yīng)選擇線性模型來(lái)擬合土地利用面積（解釋變量）與水質(zhì)數(shù)據(jù)（響應(yīng)變量）之間的關(guān)系（項(xiàng)頌等，2018）。冗余分析（RDA）可較好地反映景觀指數(shù)與水質(zhì)之間的關(guān)系（Xiao et al，2016），因此選擇RDA?；贠rigin 2018軟件，因流域水質(zhì)與土地利用綜合指數(shù)、景觀指數(shù)均不滿足線性關(guān)系，故采用雙變量Spearman雙尾相關(guān)性分析（李艷利等，2015），探討水質(zhì)與其他指標(biāo)之間的關(guān)系。

2" "結(jié)果與分析

2.1" "水質(zhì)時(shí)空分布特征

博湖水質(zhì)特征在豐水期、平水期和枯水期分異明顯（圖2）。CODMn濃度為0.5～8.4 mg/L，21.7%的采樣點(diǎn)超過(guò)地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，豐水期與平水期各采樣點(diǎn)濃度差異大，枯水期各采樣點(diǎn)濃度波動(dòng)較小。TN濃度0.17～4.47 mg/L，55.1%的采樣點(diǎn)超過(guò)地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，總體上呈現(xiàn)出豐水期與平水期高于枯水期，另一個(gè)較為突出的特點(diǎn)是在采樣點(diǎn)S17～S23，濃度在豐水期驟然下降，峰值出現(xiàn)在平水期與枯水期，通過(guò)對(duì)100、300、500、1 000、3 000 m等5種不同尺度緩沖區(qū)內(nèi)土地利用類型進(jìn)行定量分析發(fā)現(xiàn)，其耕地占比分別為87%、82%、73%、52%、53%，人類因素可能是導(dǎo)致采樣點(diǎn)S17～S23 TN濃度較高的主要原因。NH3-N濃度為0.01～1.52 mg/L，除平水期部分采樣點(diǎn)（S7、S21）超過(guò)地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)，其余水期各采樣點(diǎn)濃度均滿足地表水Ⅲ類水標(biāo)準(zhǔn)。TP濃度為0.01～0.18 mg/L，波動(dòng)范圍較大，但各水期濃度未超出地表水Ⅲ類水范圍。參考地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB3838—2002（國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局和國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2002），發(fā)現(xiàn)博湖水體主要受到氮、磷營(yíng)養(yǎng)鹽和有機(jī)污染物的影響，其中，TN和CODMn是水體的主要污染物。

2.2" "土地利用類型對(duì)水質(zhì)影響的緩沖區(qū)半徑

不同時(shí)空尺度下土地利用類型面積占比見圖3?？傮w而言，隨著緩沖區(qū)半徑的擴(kuò)大，裸地與草地面積的比例增加；水體面積比重較大且隨緩沖區(qū)半徑增加變化較?。桓鞒叨戎饕坝^類型均由水體與耕地組成。在自然因素與人類活動(dòng)的影響下，土地利用比例在不同采樣點(diǎn)具有空間分異性。利用RDA分析，探討影響博湖流域水質(zhì)的最佳空間尺度（項(xiàng)頌等，2018），發(fā)現(xiàn)豐、平、枯水期半徑緩沖區(qū)分別為1 000、3 000、500 m內(nèi)的土地利用方式對(duì)水質(zhì)的解釋率最高（表2），分別為40.0%、35.6%和31.1%，說(shuō)明在該空間尺度內(nèi)的土地利用類型對(duì)博湖水質(zhì)的影響最為顯著。

2.3" "不同空間尺度景觀異質(zhì)性

隨著空間尺度的增加（圖4），NP、LSI、CONTAG、SHDI逐漸增大，PD、LPI逐漸減小。NP增大，景觀斑塊數(shù)量變多，土地利用破碎度增大，空間異質(zhì)性增強(qiáng)；LSI表示景觀斑塊形狀的規(guī)則化程度，LSI隨空間尺度的增加呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明景觀形狀復(fù)雜性隨空間尺度增加而增強(qiáng)，形狀多樣性增大；CONTAG代表景觀團(tuán)聚度，CONTAG越大，表明景觀是由多種要素組成且結(jié)構(gòu)密集的格局，CONTAG隨空間尺度的增加呈上升趨勢(shì)，說(shuō)明景觀團(tuán)聚度不斷增強(qiáng)；SHDI屬于敏感性指標(biāo)，其值越高表示土地利用類型越豐富，景觀類型趨向均衡化，隨著空間尺度的增加，SHDI呈逐漸上升的趨勢(shì)，表明尺度空間越大，其景觀多樣性越高，空間異質(zhì)性越強(qiáng)?？傮w而言，研究區(qū)景觀異質(zhì)性隨著緩沖區(qū)半徑的增大而增強(qiáng)，土地破碎化程度亦隨緩沖區(qū)半徑增大而增大。

2.4" "土地利用景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響

2.4.1" "土地利用類型對(duì)水質(zhì)的影響" "通過(guò)RDA分析，豐水期1 000 m半徑緩沖區(qū)、平水期3 000 m半徑緩沖區(qū)、枯水期500 m半徑緩沖區(qū)土地利用方式對(duì)博湖水質(zhì)的解釋率最高，因此需深入探討。

豐、平、枯水期第一軸特征值分別為0.265 0、0.235 2、0.234 1，各水期土地利用類型與水質(zhì)數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)分別為0.753 3、0.885 5和0.688 9，表明排序圖能夠較好地反映土地利用與水質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系。圖5顯示了不同土地利用類型對(duì)水質(zhì)各參數(shù)的影響，其中各土地利用方式箭頭長(zhǎng)度代表對(duì)水質(zhì)指標(biāo)的影響程度，其與水質(zhì)指標(biāo)之間形成的夾角表示相關(guān)性，角度越小，相關(guān)性越強(qiáng)，當(dāng)夾角小于90°時(shí)，兩者為正相關(guān)，接近或等于90°時(shí)，兩者相關(guān)性較小或者不相關(guān)（周俊菊等，2019；馮娜娜等，2020）。豐水期1 000 m半徑緩沖區(qū)內(nèi)，耕地面積比例與NH3-N、CODMn呈正相關(guān)，與TN、TP呈負(fù)相關(guān)；草地面積比例與CODMn、TP、NH3-N呈正相關(guān)，與TN呈負(fù)相關(guān)；水體面積比例與TN、TP呈正相關(guān)，與NH3-N、CODMn呈負(fù)相關(guān)；裸地面積比例與CODMn、TN、NH3-N呈正相關(guān)，與TP呈負(fù)相關(guān)。平水期3 000 m半徑緩沖區(qū)內(nèi)，草地和裸地面積比例與CODMn、NH3-N、TP、TN均為正相關(guān)；耕地面積比例與NH3-N、TN、TP呈正相關(guān)，與CODMn呈負(fù)相關(guān)；水體面積比例與草地和裸地結(jié)果相反?？菟?00 m半徑緩沖區(qū)，草地面積比例與NH3-N、TN呈正相關(guān)，與CODMn、TP呈負(fù)相關(guān)；耕地面積比例與NH3-N、TP、TN呈正相關(guān)，與CODMn呈負(fù)相關(guān)；水體和裸地面積比例與耕地結(jié)果相反。由上述分析可知，在4種土地利用類型中，無(wú)論是豐水期、平水期還是枯水期，耕地均與各水質(zhì)指標(biāo)之間存在一定程度的正相關(guān)性，表明耕地對(duì)水質(zhì)的影響最大，是主要的污染輸出源；水體在不同水期與大部分水質(zhì)指標(biāo)之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性；草地對(duì)水質(zhì)的影響隨時(shí)間與空間變化，在各水期與多數(shù)水質(zhì)指標(biāo)具有相關(guān)性；裸地在各水期均與CODMn呈現(xiàn)正相關(guān)。

2.4.2" "景觀格局指數(shù)與水質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性" "Spearman相關(guān)性分析（圖6）顯示，不同尺度的緩沖區(qū)景觀格局指數(shù)與水質(zhì)指標(biāo)之間具有一定的相關(guān)性。豐水期1 000 m半徑緩沖區(qū)內(nèi)CONTAG與NH3-N具有正相關(guān)性，而NP、PD、LPI、LSI、SHDI與其余水質(zhì)之間未呈現(xiàn)出相關(guān)性。平水期3 000 m半徑緩沖區(qū)內(nèi)各景觀格局指數(shù)與水質(zhì)指標(biāo)之間未呈現(xiàn)相關(guān)性。枯水期500 m半徑緩沖區(qū)內(nèi)LSI與NH3-N、TN具有正相關(guān)性；SHDI與NH3-N、TN具有正相關(guān)性；LPI與NH3-N表現(xiàn)為負(fù)相關(guān)，其與水質(zhì)指標(biāo)之間的關(guān)系較難被合理的解釋，LPI代表人為活動(dòng)干擾程度，LPI值越大，人類對(duì)水質(zhì)的干擾程度越大，NH3-N濃度就越大，故其不能用作預(yù)測(cè)水質(zhì)的有效指標(biāo)。部分景觀格局指數(shù)與水質(zhì)的關(guān)聯(lián)存在著很大的不確定性，如NP與PD分別表示景觀破碎度和景觀異質(zhì)性，其與水質(zhì)之間未呈現(xiàn)相關(guān)性，故需進(jìn)一步探討。

3" "討論

3.1" "土地利用類型對(duì)水質(zhì)的影響

土地利用類型與水質(zhì)顯著相關(guān)，二者之間的關(guān)系越來(lái)越受到重視（Shen et al，2015；Mello et al，2018；Zhang et al，2020），但二者關(guān)系的最佳空間尺度尚未形成統(tǒng)一結(jié)論（項(xiàng)頌等，2018）。流域的獨(dú)特性、研究者使用數(shù)據(jù)集的分辨率及土地利用對(duì)空間的依賴性皆會(huì)導(dǎo)致研究結(jié)果各異（宋靜雯等，2022）。通過(guò)RDA分析發(fā)現(xiàn)，土地利用對(duì)水質(zhì)解釋率最高的緩沖區(qū)半徑分別為1 000、3 000、500 m，而李好好等（2022）對(duì)河湟谷地研究發(fā)現(xiàn)該流域平水期對(duì)水質(zhì)的解釋率高于豐水期，平水期最優(yōu)尺度為200 m緩沖區(qū)，豐水期最優(yōu)尺度為5 km緩沖區(qū)，宋靜雯等（2022）探討若爾蓋濕地水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)影響最大的半徑緩沖區(qū)為1 000 m。徐啟渝等（2020a）對(duì)袁河研究表明土地利用對(duì)水質(zhì)變化解釋率最高是子流域尺度和遠(yuǎn)距離緩沖區(qū)（3 000 m）；王一舒等（2021）發(fā)現(xiàn)土地利用在河岸緩沖區(qū)隨尺度增大，對(duì)水質(zhì)的解釋度先增大后減小呈倒U型。由土地利用對(duì)水質(zhì)影響具有尺度效應(yīng)可知，規(guī)劃合理的尺度對(duì)改善水質(zhì)具有正效應(yīng)，但尺度效應(yīng)的復(fù)雜性使得單一尺度難以控制多數(shù)水質(zhì)參數(shù)（徐啟渝等，2020b）。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)研究區(qū)內(nèi)對(duì)水質(zhì)解釋率最佳的緩沖區(qū)尺度隨水期不同而發(fā)生改變，與上述研究結(jié)果存在差異，導(dǎo)致差異的原因除研究區(qū)的獨(dú)特性外還與其土地利用方式有關(guān)。由圖3可知博湖不同緩沖區(qū)土地利用類型均以水體、耕地為主，草地、裸地比重較小，不同的土地利用方式使得各采樣點(diǎn)水質(zhì)狀況不同，除此之外，緩沖區(qū)半徑的選擇也尤為重要，由于部分采樣點(diǎn)位于水中，在100～1 000 m尺度內(nèi)土地利用類型均為水體，使得土地利用類型與水質(zhì)狀況的關(guān)系比較模糊，故在后續(xù)研究中應(yīng)設(shè)置合適的采樣點(diǎn)，同時(shí)引入不同類型、范圍更大的空間尺度，并增加水質(zhì)監(jiān)測(cè)的時(shí)間序列，將土地利用方式對(duì)博湖水質(zhì)的影響做更深入的探討。

3.2" "景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響

景觀格局通過(guò)在不同空間尺度上的景觀比例、空間配置改變從而對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生影響（Amiri amp; Nakane，2009），因此研究景觀格局與水質(zhì)之間的聯(lián)系是改善水質(zhì)的前提，但如何在大量景觀指標(biāo)中選出具有代表性的指標(biāo)來(lái)建立景觀格局與水質(zhì)間的聯(lián)系并分析其影響機(jī)理，是該類研究的重難點(diǎn)（趙鵬等，2012）。彭勃等（2019）發(fā)現(xiàn)景觀PD（斑塊密度）、SHDI（香農(nóng)多樣性指數(shù)）同河流水質(zhì)表現(xiàn)出顯著正相關(guān)，PD的多少與多樣性的大小、斑塊的復(fù)雜度成正比，耕地的PD越大，人類干擾度越強(qiáng)；SHDI的大小與景觀異質(zhì)性的強(qiáng)弱成正比，水體污染物濃度增加導(dǎo)致水質(zhì)惡化與污染“源”在景觀格局中的優(yōu)勢(shì)度及主導(dǎo)性增強(qiáng)有關(guān)。SHDI與NH3-N呈顯著正相關(guān)性，表明枯水期500 m半徑緩沖區(qū)范圍內(nèi)受“源”景觀作用更強(qiáng)。王杰等（2018）研究丹江上游景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響發(fā)現(xiàn)，LSI與DO（溶解氧）呈極顯著負(fù)相關(guān)，而LSI表示人類因素對(duì)景觀格局的影響，LSI與人類活動(dòng)強(qiáng)度成正比，其值越大，丹江上游水質(zhì)越差。

隨著緩沖區(qū)半徑的增大，研究區(qū)景觀異質(zhì)性及土地破碎化程度也相應(yīng)增強(qiáng)。豐水期與平水期景觀格局指數(shù)與各水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性遠(yuǎn)不及枯水期，枯水期500 m半徑緩沖區(qū)范圍內(nèi)LSI與NH3-N、TN具有正相關(guān)性，LSI與水質(zhì)指標(biāo)有良好的相關(guān)性，因此可以利用LSI來(lái)預(yù)測(cè)區(qū)域水質(zhì)變化，但景觀格局指數(shù)眾多，想要準(zhǔn)確揭示景觀格局與水質(zhì)之間的關(guān)系，還需引入大量的景觀格局指數(shù)進(jìn)行分析。

參考文獻(xiàn)

阿依蘇力坦·麥麥提艾力， 2014. 博斯騰湖流域土地利用/覆被變化及其驅(qū)動(dòng)因子分析[D]. 烏魯木齊：新疆師范大學(xué).

陳世峰， 2021. 博斯騰湖水質(zhì)變化及其影響因素研究[D]. 烏魯木齊：新疆師范大學(xué).

杜菲， 2021. 博斯騰湖流域生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)及土地利用變化模擬[D]. 烏魯木齊：新疆大學(xué).

方娜， 劉玲玲， 游清徽， 等， 2019. 不同尺度土地利用方式對(duì)鄱陽(yáng)湖濕地水質(zhì)的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)， 40（12）：5348-5357.

FANG N， LIU L L， YOU Q H， et al， 2019. Effects of land use types at different spatial scales on water quality in Poyang lake wetland[J]. Environmental Science， 40（12）：5348-5357.

馮娜娜， 董春來(lái)， 徐笠， 等， 2020. 遼河保護(hù)區(qū)土地利用方式對(duì)河流水質(zhì)的影響[J]. 環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)， 10（4）：579-584.

FENG N N， DONG C L， XU L， et al， 2020. Effect of land use pattern on water quality in Liaohe conservation area[J]. Journal of Environmental Engineering Technology， 10（4）：579-584.

郭燕妮， 李元鵬， 邵克強(qiáng)， 等， 2020. 博斯騰湖有色可溶性有機(jī)物來(lái)源及季節(jié)變化特征[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 40（11）：3971-3981.

GUO Y N， LI Y P， SHAO K Q， et al， 2020. Sources and seasonal variation of chromophoric dissolved organic matter in lake Bosten[J]. Acta Scientiae Circumstantiae， 40（11）：3971-3981.

郭玉靜， 王妍， 劉云根， 等， 2018. 普者黑巖溶湖泊濕地湖濱帶景觀格局演變對(duì)水質(zhì)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 38（5）：1711-1721.

GUO Y J， WANG Y， LIU Y G， et al， 2018. The effects of landscape pattern evolution in Puzhehei Karst lake wetland littoral zone on water quality[J]. Acta Ecologica Sinica， 38（5）：1711-1721.

國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局， 國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局， 2002. 地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)：GB3838－2002[S]. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社.

郝守寧， 董飛， 劉曉波， 等， 2020. 尼洋河流域土地利用結(jié)構(gòu)對(duì)水質(zhì)的關(guān)聯(lián)分析[J]. 環(huán)境科學(xué)與技術(shù)， 43（1）：194-200.

HAO S N， DONG F， LIU X B， et al， 2020. Effects of land use structure on water quality in Niyang river[J]. Environmental Science amp; Technology， 43（1）：194-200.

黃金良， 李青生， 洪華生， 等， 2011. 九龍江流域土地利用/景觀格局—水質(zhì)的初步關(guān)聯(lián)分析[J]. 環(huán)境科學(xué)， 32（1）：64-72.

HUANG J L， LI Q S， HONG H S， et al， 2011. Preliminary study on linking land use amp; landscape pattern and water quality in the Jiulong river watershed[J]. Environmental Science， 32（1）：64-72.

賈亞男， 袁道先， 2003. 土地利用變化對(duì)水城盆地巖溶水水質(zhì)的影響[J]. 地理學(xué)報(bào)， （6）：831-838.

JIA Y N， YUAN D X， 2003. The impact of land use change on Karst water in Shuicheng basin of Guizhou Province[J]. Acta Geographica Sinica， （6）：831-838.

姜逢清， 胡汝驥， 2004. 近50年來(lái)新疆氣候變化與洪、旱災(zāi)害擴(kuò)大化[J]. 中國(guó)沙漠， （1）：37-42.

JIANG F Q， HU R J， 2004. Climate change and flood amp; drought disasters in Xinjiang during recent 50 years[J]. Journal of Desert Research， （1）：37-42.

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.

LI H H， HUANG Y M， GUO W， et al， 2022. Influence of land use and land cover patterns on water quality at different spatio-temporal scales in Hehuang valley[J]. Environmental Science， 43（8）：4042-4053.

李艷利， 李艷粉， 徐宗學(xué)， 2015. 影響渾太河流域大型底棲動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)的環(huán)境因子分析[J]. 環(huán)境科學(xué)， 36（1）：94-106.

LI Y L， LI Y F， XU Z X， 2015. Effect of environmental factors on macroinvertebrate community structure in the Huntai river basin[J]. Environmental Science， 36（1）：94-106.

李艷利， 徐宗學(xué)， 李艷粉， 2012. 渾太河流域多尺度土地利用/景觀格局與水質(zhì)響應(yīng)關(guān)系初步分析[J]. 地球與環(huán)境， 40（4）：573-583.

LI Y L， XU Z X， LI Y F， et al， 2012. A preliminary study on the relationship between multi-scale land use amp; landscape and river water quality response in the Huntai watershed[J]. Earth and Environment， 40（4）：573-583.

劉麗娟， 李小玉， 何興元， 2011.流域尺度上的景觀格局與河流水質(zhì)關(guān)系研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 31（19）：5460-5465.

LIU L J， LI X Y， HE X Y， 2011. Advances in the studying of the relationship between landscape pattern and river water quality at the watershed scale[J]. Acta Ecologica Sinica， 31（19）：5460-5465.

劉文， 吉力力·阿不都外力， 馬龍， 2019. 博斯騰湖表層沉積物元素地球化學(xué)特征及重金屬污染評(píng)價(jià)[J]. 地球環(huán)境學(xué)報(bào)， 10（2）：128-140.

LIU W， JILILI A， MA L， 2019. Geochemical characteristics of major and trace elements and heavy metal pollution status in surface sediment of Bosten lake[J]. Journal of Earth Environment， 10（2）：128-140.

劉祥， 迪麗努爾·阿吉， 2021. 博斯騰湖西岸表面流人工濕地對(duì)水體中重金屬離子的去除效果[J]. 濕地科學(xué)， 19（1）：126-131.

LIU X， DILINUER·Aji， 2021. Removal effect of heavy metal ions in the water by surface flow constructed wetland in west coast of Bosten lake[J]. Wetland Science， 19（1）：126-131.

劉怡娜， 孔令橋， 肖燚， 等， 2019. 長(zhǎng)江流域景觀格局與生態(tài)系統(tǒng)水質(zhì)凈化服務(wù)的關(guān)系[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 39（3）：844-852.

LIU Y N， KONG L Q， XIAO Y， et al， 2019. Relationships between landscape pattern and ecosystem water purification service in the Yangtze River Basin[J]. Acta Ecologica Sinica， 39（3）：844-852.

彭勃， 付永勝， 趙君鳳， 等， 2019. 小流域土地利用景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響[J]. 生態(tài)科學(xué)， 38（3）：90-99.

PENG B， FU Y S， ZHAO J F， et al， 2019. Effect of land use landscape pattern on water quality in small watershed[J]. Ecological Science， 38（3）：90-99.

喬悅， 國(guó)巧真， 吳歡歡， 等， 2020. 地表水水質(zhì)時(shí)空變化及其與土地利用響應(yīng)研究[J]. 環(huán)境監(jiān)測(cè)管理與技術(shù)， 32（6）：23-27，71.

QIAO Y， GUO Q Z， WU H H， et al， 2020. Study on temporal and spatial variation of surface water quality and its response to land use[J]. The Administration and Technique of Environmental Monitoring， 32（6）：23-27，71.

施雅風(fēng)， 沈永平， 李棟梁， 等， 2003. 中國(guó)西北氣候由暖干向暖濕轉(zhuǎn)型的特征和趨勢(shì)探討[J]. 第四紀(jì)研究， （2）：152-164.

SHI Y F， SHEN Y P， LI D L， et al， 2003. Discussion on the present climate change from warm-dry to warm wet in northwest China[J]. Quaternary Sciences， （2）：152-164.

宋靜雯， 張學(xué)霞， 姜東旸， 等， 2022. 不同尺度土地利用方式對(duì)地表水環(huán)境質(zhì)量的影響及驅(qū)動(dòng)機(jī)制[J]. 環(huán)境科學(xué)， 43（6）：3016-3026.

SONG J W， ZHANG X X， JIANG D Y， et al， 2022. Impact of land use types at different scales on surface water environment quality and its driving mechanism[J]. Environmental Science， 43（6）：3016-3026.

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.

TANG L， HU X H， QUAN G Z， et al， 2018. Spatiotemporal distribution of water quality in the Tanjiang river and its correlation with the land use[J]. Earth and Environment， 46（4）：364-372.

王杰， 李鵬， 高海東， 等， 2018. 丹江上游土地利用/景觀指數(shù)與水質(zhì)關(guān)系初探[J]. 水土保持研究， 25（6）：383-389.

WANG J， LI P， GAO H D， et al， 2018. Preliminary study on the relationship between land use/landscape index and water quality in the upper reaches of Danjiang river[J]. Research of Soil and Water Conservation， 25（6）：383-389.

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.

WANG Y S， WU R R， RONG N， et al， 2021. Response relationship between water quality in the lower reaches of Xijiang river basin and land use at different spatial scales[J]. Water Resources Protection， 37（4）：97-104.

王媛， 焦黎， 董煜， 2019. 博斯騰湖流域干旱變化趨勢(shì)及氣候影響因素[J]. 干旱區(qū)研究， 36（5）：1102-1108.

WANG Y， JIAO L， DONG Y， et al， 2019. Drought change trend and its affecting climatic factors in the Bosten lake basin[J]. Arid Zone Research， 36（5）：1102-1108.

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.

XIANG S， PANG Y， DOU J S， et al， 2018. Impact of land use on the water quality of inflow river to Erhai lake at different temporal and spatial scales[J]. Acta Ecologica Sinica， 38（3）：876-885.

徐啟渝， 王鵬， 舒旺， 等， 2020a. 土地利用結(jié)構(gòu)與空間格局對(duì)袁河水質(zhì)的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)， 40（7）：2611-2620.

XU Q Y， WANG P， SHU W， et al， 2020a. Investigation of the impacts of land use structure and spatial pattern on water quality in the Yuan river[J]. Acta Scientiae Circumstantiae， 40（7）：2611-2620.

徐啟渝， 王鵬， 王濤， 等， 2020b. 土地利用結(jié)構(gòu)與景觀格局對(duì)鄱陽(yáng)湖流域贛江水質(zhì)的影響[J]. 湖泊科學(xué)， 32（4）：1008-1019.

XU Q Y， WANG P， WANG T， et al， 2020b. Investigation of the impacts of land use structure and landscape pattern on water quality in the Ganjiang river， lake Poyang basin[J]. Journal of Lake Sciences， 32（4）：1008-1019.

徐延達(dá)， 傅伯杰， 呂一河， 2010. 基于模型的景觀格局與生態(tài)過(guò)程研究[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 30（1）：212-220.

XU Y D， FU B J， LYU Y H， et al， 2010. Research on landscape pattern and ecological processes based on landscape models[J]. Acta Ecologica Sinica， 30（1）：212-220.

楊強(qiáng)強(qiáng)， 徐光來(lái)， 楊先成， 等， 2020. 青弋江流域土地利用/景觀格局對(duì)水質(zhì)的影響[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 40（24）：9048-9058.

YANG Q Q， XU G L， YANG X C， et al， 2020. Responses of water quality to land use amp; landscape pattern in the Qingyijiang river watershed[J]. Acta Ecologica Sinica， 40（24）：9048-9058.

張敏， 迪麗努爾·阿吉， 2021. 博斯騰湖西岸人工濕地生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)價(jià)值評(píng)估研究[J]. 海洋湖沼通報(bào)， 43（5）：169-174.

ZHANG M， DILINUER·Aji， 2021. Evaluation of ecosystem service value of constructed wetland on the west bank of the Bosten lake[J]. Transactions of Oceanology and Limnology， 43（5）：169-174.

趙鵬， 夏北成， 秦建橋， 等， 2012. 流域景觀格局與河流水質(zhì)的多變量相關(guān)分析[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào)， 32（8）：2331-2341.

ZHAO P， XIA B C， QIN J Q， et al， 2012. Multivariate correlation analysis between landscape pattern and water quality[J]. Acta Ecologica Sinica， 32（8）：2331-2341.

趙玉， 2020. 渭河干流淺層地下水與地表水中重金屬Cd污染特征及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 地球科學(xué)與環(huán)境學(xué)報(bào)， 42（2）：267-277.

ZHAO Y， 2020. Characteristics and risk assessment of heavy meatal Cd pollution of shallow groundwater and surface water in main stream of Weihe river， China[J]. Journal of Earth Sciences and Environment， 42（2）：267-277.

中國(guó)環(huán)保部， 2009. 水質(zhì) 采樣技術(shù)指導(dǎo)：HJ494—2009[S]. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社.

中國(guó)生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)科學(xué)委員會(huì)， 2007. 水域生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)規(guī)范[M]. 北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社.

中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局， 中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)， 2017. 土地利用現(xiàn)狀分類：GB/T21010—2017[S]. 北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化出版社.

周洪華， 李衛(wèi)紅， 陳亞寧， 等， 2014. 博斯騰湖水鹽動(dòng)態(tài)變化（1951—2011年）及對(duì)氣候變化的響應(yīng)[J]. 湖泊科學(xué)， 26（1）：55-65.

ZHOU H H， LI W H， CHEN Y N， et al， 2014. Water-salt succession patterns （1951-2011） and its response to climate change in lake Bosten[J]. Journal of Lake Sciences， 26（1）：55-65.

周俊菊， 向鵑， 王蘭英， 等， 2019. 祁連山東部冰溝河流域景觀格局與河流水化學(xué)特征關(guān)系[J]. 生態(tài)學(xué)雜志， 38（12）：3779-3788.

ZHOU J J， XIANG J， WANG L Y， et al， 2019. Relationship between landscape pattern and hydrochemical characteristics of Binggou river basin in eastern Qilian mountains[J]. Chinese Journal of Ecology， 38（12）：3779-3788.

AMIRI B J， NAKANE K， 2009. Modeling the linkage between river water quality and landscape metrics in the Chugoku district of Japan[J]. Water Resources Management， 23（5）：931-956.

BIAN Z， LIU L， DING S， 2019. Correlation between spatial-temporal variation in landscape patterns and surface water quality： a case study in the Yi River Watershed， China[J]. Applied Sciences， 9（6）：1053.

LAMBIN E F， TURNER B L， GEIST H J， et al， 2003. The causes of land-use and land-cover change： moving beyond the myths[J]. Global Environmental Change， 11（4）：261-269.

MELLO K， VALENTE R A， RANDHIR T O， et al， 2018. Effects of land use and land cover on water quality of low-order streams in Southeastern Brazil： watershed versus riparian zone[J]. Catena， 167：130-138.

MENESES B M， REIS R， VALE M， et al， 2015. Land use and land cover changes in Zêzere watershed （Portugal） - Water quality implications[J]. Science of the Total Environment， 527/528：439-447.

SHEN Z， HOU X， LI W， et al， 2015. Impact of landscape pattern at multiple spatial scales on water quality： a case study in a typical urbanised watershed in China[J]. Ecological Indicators， 48：417-427.

TURNER M G， GARDNER R H， 2015. Landscape ecology in theory and practice： pattern and process[M].2nd. New York： Springer.

XIAO C， YE J， ESTEVES R M， et al， 2016. Using Spearman's correlation coefficients for exploratory data analysis on big dataset[J]. Concurrency and Computation： Practice and Experience， 28（14）：3866-3878.

XU G， REN X， YANG Z， et al， 2019. Influence of landscape structures on water quality at multiple temporal and spatial scales： a case study of Wujiang River Watershed in Guizhou[J]. Water， 11（1）：159.

ZHANG J， LI S， JIANG C， 2020. Effects of land use on water quality in a River Basin （Daning） of the Three Gorges Reservoir Area， China： watershed versus riparian zone[J]. Ecological Indicators， 113：106226.

Effect of Land Use Pattern on Water Quality in Bosten Lake

at Different Temporal and Spatial Scales

Abstract：Limited water resources in arid regions is an important factor constraining development of social production and human life activities. Bosten Lake， the largest inland freshwater lake in the arid region， has contributed greatly to maintaining ecological security and promoting economic development. In this study， the impact of land use patterns on the water quality of Bosten Lake was revealed at different space-time scales by combining redundancy analysis （RDA） with Spearman correlation. Our aim was to provide a reference and data to support effective protection of water quality and ecological management of the Bosten Lake basin. The study was based on Google Earth remote sensing data （2020） and water quality data measured in the normal season （September， 2020）， wet season （June， 2021） and dry season （October， 2021） at 23 sampling points of Bosten Lake. Areas within radii of 100， 300， 500， 1 000， 3 000 m to the sampling points were set as the buffer zones， which were then overlaid with land use data to obtain the area proportions of different land use types within the different spatial scales. Six land use types were delineated， including cultivated， woodland， grass land， water area， construction land， and bare land. However， woodland and construction land were not included in the analysis because their areas were less than 0.4% of the total area. Results show that： （1） The concentrations of CODMn and TN in Bosten Lake were abnormally high， exceeding Class III standards for surface water at 21.7% and 55.1% of the sampling points， respectively， indicating that TN and CODMn were the primary pollutants. （2） There was a significant correlation between land use and water quality within five of the buffer zones. The buffer zones with radii of 1 000， 3 000 and 500 m in the wet， normal and dry seasons best explained water quality with explanatory rates of 40.0%， 35.6% and 31.1%， respectively. （3） Landscape heterogeneity and fragmentation increased with spatial scale. （4） Among the four land use types， cultivated land was the primary source of water quality deterioration， followed by grassland. Although grasslands can play a positive role in purifying water， inappropriate management has allowed pollutants to enter the water. （5） In terms of the landscape pattern indices， landscape shape index （LSI） correlated positively with NH3-N and TN， and there was a significant positive correlation between the Shannon-Wiener diversity index （SHDI） and NH3-N. This indicates that increased landscape fragmentation leads to deterioration of water quality， but there is a large uncertainty in the correlation between LSI and water quality that will require further investigation. Analyzing how land use affects water quality in Bosten Lake supports the formulation of rational water quality protection measures and enhances sustainable resource utilization.

Key words：temporal and spatial scales; land use; landscape pattern; water quality; Bosten Lake