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河流生态状况受自然和人类活动两大因素影响,人类活动正逐步成为河流生态系统的主导因素。流域景观格局变化是人类干扰强度的重要表征,已有研究表明景观格局与水质、水生生物关系显著,景观格局变化的水生态响应研究受到学术界重视。当前研究中,样本容量不足及数据提取误差往往导致分析结果可靠性、准确性不强,且不同级别河流、不同空间尺度的综合研究未有深入开展。太子河流域受人为影响较大,景观格局变化明显,流域内河流水系存在不同程度的生态退化,以其为对象开展研究,有助于完善景观格局变化的水生态响应研究的方法体系,并可为流域景观调控及河流水生态保护提供定量决策依据。
研究以遥感学、景观生态学、统计学等多学科理论为指导,以野外监测、实验室分析、遥感解译为手段,利用2009年实测的59个点位的水质、水生物数据及遥感解译提取的2007年太子河流域土地利用数据,系统分析了干流和支流尺度下,水质、水生物对景观格局变化的响应差异。主要研究内容与结论为:
(1)综合运用粒度效应分析、信息损失评价及运算耗时分析三种方法,立足于提高分析精度与准确性,确定60m为太子河流域景观格局分析及信息提取的最佳粒度。
(2)景观格局变化的水质响应分析结果表明:①林草地景观可缓解水质下降,耕地景观(尤其是旱地景观)、建筑用地景观作用相反；具有良好连接性及斑块团聚程度较高的林草地景观有助于改善河流水质,而耕地和建设用地景观面积的增加通常会导致景观斑块数、多样性指数的增加,容易造成水质下降。②林草地、旱地和建设用地景观对水质的影响可能存在一定的阈值,并不总是呈单一线性关系,在干流流域,保持林草地景观百分比达到70以上、旱地景观百分比低于20,有助于改善水质；支流流域水质指标与景观指数回归效果不好,规律性不强。⑨干流和支流流域内,SS与景观指数相关性有所差异,相比与干流,支流流域内EC、CODMn、综合污染指数与各景观指数的相关强度有所增大,其它水质指标与景观指数的相关性强度均有所降低。④与亚流域尺度相比,河流廊道尺度上,与景观指数显著相关的水质指标数目显著减少,且相关程度有所降低。⑤干流RDA排序图能很好反映水质、景观格局变化在空间上的梯度性,水质对景观格局变化的响应在上游、中上游、中下游、下游具有明显差别,而支流不存在这种梯度性。
(3)景观格局变化的水生物响应研究表明:①底栖动物和鱼类对景观格局变化的响应最显著。②林草地景观有助于提高底栖动物和鱼类的种群数量及生态完整性,对浮游动植物的个体数量及种群数量则会带来不利影响；耕地景观(旱地和水田)、建设用地景观作用则相反；湿地景观面积的增加会提高鱼类种群及个体数量；保持流域景观类型形状的复杂多样有利于维护鱼类和底栖动物完整性,但会对浮游植物密度带来不利影响；耕地和建设用地景观面积的增加通常会导致景观斑块数、多样性指数的增加,对鱼类和底栖生物带来不利影响；具有良好连接性及斑块团聚程度较高的林草地景观,有助于提高鱼类和底栖动物的完整性,降低浮游动植物的密度。③回归分析表明,水生物对景观格局变化的响应呈指数或生长型关系,林草地、旱地和建设用地景观对水生物的影响可能存在一定的阈值；保持干流流域林草地景观百分比78以上、旱地景观百分比低于15、建设用地景观百分比低于4,保持支流流域林草地景观百分比80以上、建设用地景观百分比5以下,对维护水生物系统完整性有利。④与干流相比,支流水生物对景观格局变化响应的强度降低,但与景观指数存在显著相关关系的水生物指标个数有所增加；支流流域亚流域和河流廊道两个尺度差异性更大。⑤与亚流域尺度相比,河流廊道尺度水生物对景观格局的响应程度更强⑥干流RDA排序图能很好反映水生物、景观格局在空间上的梯度性,证明水生物对景观格局变化响应在上游、中游和下游存在差别；而支流上水生物对景观格局变化的响应规律性不强,且空间无梯度性。