貴陽(yáng)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(guó)家綜合國(guó)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(lèi)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(guò)程與功能。因此，城市化所帶來(lái)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(kāi)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(yáng)市最大的比較優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，貴陽(yáng)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(lèi)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(kù)、花溪水庫(kù)和松柏山水庫(kù)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(yáng)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(guó)快速城市化背景下貴陽(yáng)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(yáng)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(kù)，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(lèi)型水平上不同格局指數(shù)來(lái)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(yáng)市核心區(qū)土地利用變化特征和代表性景觀類(lèi)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(kù)性水體阿哈水庫(kù)、花溪水庫(kù)和松柏山水庫(kù)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(yáng)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(lèi)土地利用類(lèi)型為主，林地為研究區(qū)的優(yōu)勢(shì)景觀類(lèi)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(lèi)型以建設(shè)用地為主，而且所占比例持續(xù)增加。阿哈水庫(kù)研究區(qū)內(nèi)，林地和水田為主要土地利用類(lèi)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(kù)保護(hù)區(qū)以林地為最主要土地利用類(lèi)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(kù)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(lèi)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(lèi)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(kù)和花溪水庫(kù)一級(jí)水源保護(hù)區(qū)均是以林地為主要景觀類(lèi)型，林地面積不同程度的增加，阿哈水庫(kù)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(kù)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(lái)看，南明河緩沖區(qū)和阿哈水庫(kù)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(kù)和松柏山水庫(kù)一級(jí)水源保護(hù)區(qū)內(nèi)增加幅度較?。荒厦骱泳彌_區(qū)范圍內(nèi)景觀多樣性呈持續(xù)增加趨勢(shì)，阿哈水庫(kù)、花溪水庫(kù)和松柏山水庫(kù)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(kù)、花溪水庫(kù)和松柏山水庫(kù)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(yáng)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(lèi)型景觀整體變化差異不大?；ㄏ佣胃骷?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(lèi)不同而發(fā)生變化。無(wú)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(guò)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(yáng)市核心區(qū)典型湖庫(kù)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(kù)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(lái)看花溪水庫(kù)和松柏山水庫(kù)的氨氮和總磷均低于阿哈水庫(kù)。從三個(gè)水庫(kù)一級(jí)水源保護(hù)區(qū)土地利用變化對(duì)水庫(kù)水質(zhì)的影響來(lái)看，草地、林地等―匯景觀與各類(lèi)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(kù)水質(zhì)污染的滯緩作用明顯。從阿哈水庫(kù)、花溪水庫(kù)和松柏山水庫(kù)周邊景觀指數(shù)與污染物指標(biāo)的相關(guān)性來(lái)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(kù)、松柏山水庫(kù)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(kù)（阿哈水庫(kù)）和城郊典型河流（麥西河）、城郊典型水庫(kù)（花溪水庫(kù)）、（松柏山水庫(kù)）周邊景觀格局及土地利用變化特征等的基礎(chǔ)上，通過(guò)分析貴陽(yáng)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?kù)和松柏水庫(kù)一級(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(guò)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(shuō)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(guò)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(shuō)明景觀格局變化對(duì)貴陽(yáng)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。
　?。?）充分考慮典型水體的剛性阻力影響，貴陽(yáng)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(lèi)，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(kāi)發(fā)區(qū)、重點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)、生態(tài)調(diào)控區(qū)、限制開(kāi)發(fā)區(qū)、禁止開(kāi)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(kù)、花溪水庫(kù)、松柏山水庫(kù)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(kù)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(kù)、松柏山水庫(kù)和阿哈水庫(kù)庫(kù)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(kāi)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