城市化背景下流域尺度上景观格局与水环境效应的模拟研究

以位于东北老工业基地的城市化区域- - 浑河流域作为研究对象，利用遥感、实地调查、实验室分析与现场监测及历史监测资料等多种数据源，分析区域景观格局及河网水文的变化过程，在典型城市和流域两个不同尺度上评价水环境格局及其演变，深入分析景观格局与流域水质的量化关系，综合集成景观格局与流域水质模型，模拟不同景观格局下的水环境变化过程，量化分析景观格局的水环境效应，构建基于水环境保护的流域生态安全格局。通过探讨景观生态学理论在流域水环境研究中的应用，实现景观生态学与环境科学、污染生态学等多学科交叉融合，具有重要的理论和科学意义；选择生态环境问题突出的东北老工业基地典型流域作为研究区，研究成果对于指导区域水环境防治和生态恢复，实现城市化背景下的流域水环境可持续发展具有重要实践意义。

以位于东北老工业基地的城市化区域——浑河流域作为研究对象，利用遥感、实地调查、实验室分析与现场监测及历史监测资料等多种数据源分析了浑河流域景观格局变化及其与水环境的关系。在景观水平上，浑河上游的斑块数量有所增加，从总体上反映了景观具有破碎化的趋势。林地作为浑河上游最主要的景观类型，面积减少，破碎化严重，聚集性和连通性也在减弱，而耕地作为第二大景观类型，面积和破碎化程度均呈增加趋势。通过220个表层土壤样品氮、磷和有机质空间分布格局的分析，量化研究了面源污染特征及其与人类活动的关系；同时，分析了该区域土壤重金属污染情况，总体潜在生态危害程度比较轻，危害程度已经出现恶化趋势。为了量化分析浑河上游土地利用方式对流域水质的影响，基于子流域和缓冲区分析法揭示了不同季节土地利用方式对河流水质TN、TP和COD的贡献，影响TN含量的土地利用类型夏季主要是200米缓冲区内的建筑用地和流域尺度内的旱田，而秋季则以100米缓冲区内的旱田为主，影响TP含量的土地利用类型夏、秋季均为流域尺度内的建筑用地和水体，COD的含量夏季以100米缓冲区内水田和水体影响较大，秋季与100米缓冲区内的工矿用地有关；总体来说，林地、水田对河流水质的具有改善作用，而建筑用地、旱地、未利用地对河流水质具有一定的恶化作用；草地对河流水质的作用则比较复杂，对氮磷均具有不同的效应；基于子流域的景观格局指数与河流水质关系分析表明，斑块数量和斑块密度在河流300m缓冲区范围内与水质污染指标呈正相关，景观格局破碎化程度越高水体所受到影响越大；最大斑块指数和最大形状指数在河流近域范围内旱地类型对水质的影响较为严重；蔓延指数和斑块结合度指数在缓冲区距离较小的范围内由于旱地、建筑用地的自然连通性较高对水质的影响较大；聚集度指数在缓冲区距离≤300m的范围内逐渐减小并与水质污染指标呈负相关。浑河上游生态环境综合质量评价表明，2000年是该区域生态环境压力和响应的分水岭，2000年以前生态环境压力和响应指数呈下降趋势，而2000年以后生态环境压力和响应指数呈增加趋势并最后趋于稳定。.本项目发表论文8篇（其中SCI论文4篇，CSCD论文4篇），投稿在审论文2篇（其中SCI论文1篇，CSCD论文1篇），培养博士研究生2名（其中1名在读），硕士研究生2名（其中1名在读），高质量的完成了课题任务和指标。