貴陽市核心區(qū)景觀格局演變的水環(huán)境效應(yīng)研究.pdf

1、城市化是衡量一個(gè)國家綜合國力的重要標(biāo)志，城市化對(duì)城市景觀格局演變產(chǎn)生了重大影響。在人類不斷增加的用地需求下，流域內(nèi)原有的具有強(qiáng)大蓄水保水及凈化功能的集雨區(qū)和流域內(nèi)自然河流兩岸功能空間不斷減小，大規(guī)模的城市化進(jìn)程，改變了城郊以及周邊區(qū)域的景觀格局，顯著影響著城市及城郊生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、過程與功能。因此，城市化所帶來的環(huán)境質(zhì)量惡化與人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量提高的迫切需求成為新型城市化和生態(tài)文明建設(shè)中所需解決的主要矛盾。水環(huán)境作為城市生態(tài)環(huán)境的重要資源，

2、其自身已受到城市化進(jìn)程更為嚴(yán)重的影響，如何測(cè)度區(qū)域景觀格局變化的水環(huán)境效應(yīng)，探索合理配置和開發(fā)城市土地的合理路徑，已成為當(dāng)今學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)。
　　作為生態(tài)文明城市建設(shè)先行示范區(qū)的貴州省省會(huì)，生態(tài)優(yōu)勢(shì)是貴陽市最大的比較優(yōu)勢(shì)。近年來，貴陽市是西部城市化進(jìn)程較快的城市之一，其城市化所引起核心區(qū)土地利用類型的變化及景觀格局演變對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響具有一定的代表性，核心區(qū)內(nèi)分布著南明河、麥西河和阿哈水庫、花溪水庫和松柏山水庫等城市水體，探討其

3、景觀格局演變特征及其對(duì)生態(tài)環(huán)境特別是水環(huán)境的影響有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義，將為貴陽市生態(tài)文明城市的科學(xué)規(guī)劃和合理建設(shè)提供借鑒。
　　本文以中國快速城市化背景下貴陽市城市擴(kuò)張進(jìn)程為研究線索，運(yùn)用遙感與GIS技術(shù)、景觀生態(tài)學(xué)理論，選取貴陽市核心區(qū)作為研究區(qū)，建立基于土地利用/土地覆蓋的時(shí)空數(shù)據(jù)庫，運(yùn)用土地利用動(dòng)態(tài)度模型對(duì)土地利用變化進(jìn)行分析，選取景觀鑲嵌體水平和景觀類型水平上不同格局指數(shù)來描述研究區(qū)景觀空間格局變化，探討2000—2

4、014年期間貴陽市核心區(qū)土地利用變化特征和代表性景觀類型演變的空間差異及其自然和人文驅(qū)動(dòng)機(jī)制。在對(duì)城市核心區(qū)整體景觀格局演變研究的基礎(chǔ)上，選擇核心區(qū)典型河流水體南明河和麥西河、典型湖庫性水體阿哈水庫、花溪水庫和松柏山水庫為研究對(duì)象，探討研究區(qū)典型水體周邊景觀格局演變；在此基礎(chǔ)上，以實(shí)地監(jiān)測(cè)的多年、多季節(jié)水環(huán)境指標(biāo)為基礎(chǔ)，運(yùn)用灰色關(guān)聯(lián)度方法和SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件，進(jìn)行土地利用變化和景觀格局演變與典型水體水質(zhì)的相關(guān)性分析，研究典型水體周邊景

5、觀格局演變的水環(huán)境效應(yīng)。以2010年城市建成區(qū)為源，選擇生態(tài)阻力因子，將水體與河流作為剛性約束，主要對(duì)其進(jìn)行緩沖區(qū)分析且分級(jí)賦值，建立了城市擴(kuò)展與修正后的生態(tài)因子相互動(dòng)態(tài)關(guān)系，利用最小積累阻力模型，探討基于水環(huán)境保護(hù)下的城市擴(kuò)展空間方向，并獲得以下結(jié)果：
　　（1）貴陽市核心區(qū)景觀格局演變速度快且不同典型水體周邊差異明顯。以水田、旱地、建設(shè)用地、林地、水體、園地等6類土地利用類型為主，林地為研究區(qū)的優(yōu)勢(shì)景觀類型，其面積占到總面積的

6、40％以上，建設(shè)用地面積不斷增大，建設(shè)用地面積2014年比2000年增加了4449.97hm2，麥西河流域以林地和水田為主，旱地和水田面積都在逐年減少，建設(shè)用地和園地所占比例逐年增加，其中建設(shè)用地變化明顯，從3.6%增加到13.34%，面積增加317.73hm2。南明河流域土地利用類型以建設(shè)用地為主，而且所占比例持續(xù)增加。阿哈水庫研究區(qū)內(nèi)，林地和水田為主要土地利用類型，水田面積有大幅度的降低，建設(shè)用地大幅度增加，建設(shè)用地面積從2000年

7、40.99%增加到2014年的52.34%。花溪水庫保護(hù)區(qū)以林地為最主要土地利用類型，作為優(yōu)勢(shì)景觀，面積從2000年44.78%增加到47.47%。松柏山水庫保護(hù)區(qū)旱地和林地所占比例最大，建設(shè)用地所占比例逐年增加，而其他土地利用類型均有不同程度的下降，旱地減少面積最大。
　　在研究區(qū)內(nèi)，變化最為明顯的是水田的大幅度減少和建設(shè)用地的大幅度增加，麥西河流域和整個(gè)研究區(qū)土地利用變化類型保持一致。南明河0~500m緩沖區(qū)范圍以建設(shè)用地為主

8、，且所占比例持續(xù)增加。阿哈水庫和花溪水庫一級(jí)水源保護(hù)區(qū)均是以林地為主要景觀類型，林地面積不同程度的增加，阿哈水庫一級(jí)水源保護(hù)區(qū)以建設(shè)用地的增加為主，花溪水庫保護(hù)區(qū)則以林地增加為主。研究區(qū)典型水體周邊景觀格局演變來看，南明河緩沖區(qū)和阿哈水庫一級(jí)水源保護(hù)區(qū)土地利用斑塊密度大小隨時(shí)間增加幅度最大，而麥西河流域、花溪水庫和松柏山水庫一級(jí)水源保護(hù)區(qū)內(nèi)增加幅度較小；南明河緩沖區(qū)范圍內(nèi)景觀多樣性呈持續(xù)增加趨勢(shì)，阿哈水庫、花溪水庫和松柏山水庫周邊景觀多

9、樣性呈下降的趨勢(shì)，而麥西河流域景觀多樣性變化不明顯。阿哈水庫、花溪水庫和松柏山水庫一級(jí)水源保護(hù)區(qū)景觀均勻度指數(shù)略有上升。典型水體的林地最大斑塊指數(shù)趨勢(shì)則表現(xiàn)出較大差異，南明河林地最大斑塊指數(shù)逐漸下降較為明顯。
　　（2）貴陽市核心區(qū)不同典型河流型水體周邊景觀格局演變與水質(zhì)相關(guān)性顯著。南明河周邊景觀格局演變對(duì)水環(huán)境的影響，南明河0—500m緩沖區(qū)建設(shè)用地總體增加，花溪段建設(shè)用地主要由旱地和水田轉(zhuǎn)化，建設(shè)用地在新莊段內(nèi)部填充面積增加，

10、其他類型景觀整體變化差異不大。花溪河段各級(jí)緩沖區(qū)內(nèi)的景觀多樣性均呈增加趨勢(shì)，蔓延度和斑塊連通性指數(shù)下降，占主導(dǎo)的農(nóng)業(yè)景觀逐漸破碎化；新莊河段，城市景觀占主導(dǎo)地位，景觀多樣性低于花溪河段，隨著城鎮(zhèn)建設(shè)用地比例的增加，景觀多樣性進(jìn)一步降低?；ㄏ托虑f河段的景觀格局存在明顯差異，同時(shí)兩個(gè)采樣點(diǎn)的水質(zhì)指標(biāo)也存在明顯的差異。顯然，水質(zhì)與2個(gè)河段沿線的土地利用和景觀格局有一定的相關(guān)關(guān)系，新莊河段主要景觀是城鎮(zhèn)建設(shè)用地，可能是導(dǎo)致該河段水環(huán)境質(zhì)量比花

11、溪河段差的主要原因。盡管新莊河段城鎮(zhèn)建設(shè)用地面積高于花溪河段，但是新莊河段的ρ(TN)、ρ(TP)呈下降趨勢(shì)，其原因是該河段進(jìn)行點(diǎn)源污染治理、河道清淤和人工濕地建設(shè)。這種相關(guān)關(guān)系在枯水期、平水期和豐水期存在水質(zhì)時(shí)間變異性和水質(zhì)空間差異性，并且因污染物種類不同而發(fā)生變化。無論全流域還是緩沖區(qū)，SHDI都是水質(zhì)的重要預(yù)測(cè)因子。麥西河周邊景觀格局演變對(duì)水環(huán)境的影響。麥西河流域建設(shè)用地、草地逐漸增加，水田、園地持續(xù)減少，從上游到下游，隨著林、灌

12、草等生態(tài)用地增加和土地利用多樣性增加，蔓延度和斑塊連通性指數(shù)下降，占主導(dǎo)的旱地和水田景觀逐漸破碎化。從上游到下游，氮、磷濃度總體呈下降趨勢(shì)，TP下降明顯；TN下降不明顯，與流域下游水田、玉米地旱地較多、土壤TN與TP含量較高有明顯關(guān)系。流域的非點(diǎn)源污染過程與景觀組成和景觀格局間均存在密切的關(guān)系，TN與農(nóng)業(yè)用地面積百分比呈顯著正相關(guān)關(guān)系。
　?。?）貴陽市核心區(qū)典型湖庫型水體周邊景觀格局演變與水質(zhì)差異顯著。不同時(shí)段三個(gè)水庫的水質(zhì)指標(biāo)

13、氨氮、總氮和總磷濃度變化較大，整體上來看花溪水庫和松柏山水庫的氨氮和總磷均低于阿哈水庫。從三個(gè)水庫一級(jí)水源保護(hù)區(qū)土地利用變化對(duì)水庫水質(zhì)的影響來看，草地、林地等―匯景觀與各類污染物指標(biāo)的相關(guān)性強(qiáng)于建設(shè)用地和旱地、水田等―源景觀，即―匯景觀對(duì)城市水庫水質(zhì)污染的滯緩作用明顯。從阿哈水庫、花溪水庫和松柏山水庫周邊景觀指數(shù)與污染物指標(biāo)的相關(guān)性來看，斑塊密度（PD）、景觀多樣性指數(shù)（SHDI）指數(shù)值越高，其與污染物指標(biāo)的相關(guān)性越顯著，水體污染越輕。

14、
　?。?）主城區(qū)南明河、城郊麥西河周邊主要呈―源景觀負(fù)荷，花溪水庫、松柏山水庫周邊主要呈―匯景觀負(fù)荷。在分析城市主城區(qū)河流（南明河）、主城區(qū)湖庫（阿哈水庫）和城郊典型河流（麥西河）、城郊典型水庫（花溪水庫）、（松柏山水庫）周邊景觀格局及土地利用變化特征等的基礎(chǔ)上，通過分析貴陽市典型水體不同緩沖區(qū)的―源-匯景觀負(fù)荷對(duì)比指數(shù)與水質(zhì)的相關(guān)性，并在通徑分析的基礎(chǔ)上，將各景觀指標(biāo)對(duì)水質(zhì)的直接作用和間接作用做定量分析，從而直觀的體現(xiàn)景觀格局

15、變化對(duì)水質(zhì)的影響程度。從結(jié)果看，城市主城區(qū)南明河周邊主要呈―源景觀負(fù)荷，而且景觀空間負(fù)荷對(duì)比指數(shù)大小從2002到2014年逐年增加。城郊麥西河周邊也主要呈―源景觀負(fù)荷，但是景觀空間負(fù)荷對(duì)比指數(shù)大小從2002到2014年逐次降低?；ㄏ畮旌退砂厮畮煲患?jí)水源保護(hù)區(qū)主要呈―匯景觀負(fù)荷，而且其值從2002到2014年逐次降低。證明了在城郊地區(qū)較高的林地面積具有較強(qiáng)的生態(tài)修復(fù)、污染物截留作用，可以有效改善水環(huán)境污染。通過研究發(fā)現(xiàn)總磷（TP）和化學(xué)

16、需氧量（COD）是衡量水體污染的兩個(gè)重要指標(biāo)，景觀空間負(fù)荷對(duì)比指數(shù)(LCI)與總磷（TP）和化學(xué)需氧量（COD）有顯著相關(guān)關(guān)系，且LCI對(duì)這兩個(gè)水質(zhì)指標(biāo)的直接作用都較大，這說明總磷（TP）和化學(xué)需氧量（COD）可以很好的反應(yīng)區(qū)域污染的輸出狀況，LCI的變化能夠有效地影響水質(zhì)狀況。LCI與總氮（TN）雖然呈負(fù)的顯著相關(guān)，但對(duì)TN的直接作用較小，主要通過其它景觀指標(biāo)間接影響TN濃度。表征景觀破碎度和異質(zhì)性的邊界密度(ED)與各水質(zhì)指標(biāo)相關(guān)性

17、較大，對(duì)水體的直接作用也較大。二者都對(duì)水質(zhì)污染指標(biāo)有直接負(fù)作用。景觀蔓延度越大，多樣性越高，各斑塊間的粘合度越好，景觀要素之間分配均衡，污染物輸出較少，同時(shí)也被―匯景觀截留轉(zhuǎn)化，故水質(zhì)相對(duì)較好。這說明景觀格局變化對(duì)貴陽市水體水質(zhì)有一定影響，合理配置景觀格局能夠有效地治理面源污染，改善水質(zhì)狀況。
　　（5）充分考慮典型水體的剛性阻力影響，貴陽市核心區(qū)向低阻力值方向拓展，形成單中心，多組團(tuán)的城市拓展格局。以2010年城市建成區(qū)為源，利

18、用arcgis9.3對(duì)地形地貌、土地覆蓋和生態(tài)敏感性等單因子進(jìn)行權(quán)重分類，模擬阻力分值面，結(jié)果表明：阻力面值越大對(duì)城市擴(kuò)展約束越大，研究區(qū)高阻力面基本分布在北部的百花山脈、中部的黔靈山脈和南岳山脈三帶，利用分位數(shù)法對(duì)城市擴(kuò)展進(jìn)行生態(tài)適宜性分區(qū)，即：優(yōu)化開發(fā)區(qū)、重點(diǎn)開發(fā)區(qū)、生態(tài)調(diào)控區(qū)、限制開發(fā)區(qū)、禁止開發(fā)區(qū)。采用了MCR模型對(duì)生態(tài)阻力因子進(jìn)行修正，將主要水體作為剛性約束，對(duì)緩沖區(qū)分級(jí)賦值，基于論文對(duì)麥西河流域、南明河0—500m緩沖區(qū)范圍

19、和阿哈水庫、花溪水庫、松柏山水庫一級(jí)水源保護(hù)區(qū)景觀格局及其演變的水環(huán)境效應(yīng)研究成果，對(duì)河流以及水庫分為5級(jí)緩沖區(qū)，以中心城區(qū)為界，南部阻力等級(jí)要普遍高于北部，即阻力等級(jí)高值在花溪水庫、松柏山水庫和阿哈水庫庫區(qū)主要是集中式、連片分布，在汪家大井、白云區(qū)、烏當(dāng)區(qū)以及花溪區(qū)南部主要呈現(xiàn)出離散式分布，在南明河沿岸呈線性分布，研究結(jié)果與城市擴(kuò)展生態(tài)適應(yīng)分區(qū)一致。城市空間擴(kuò)展的最小阻力，繞開了城市水體等生態(tài)景觀，在充分考慮城市典型水體的最高阻力值的