多尺度地形与景观格局对农业流域河流氮磷营养盐的影响机制及调控策略

为解决农业非点源污染(NPS)中氮(N)、磷(P)迁移的复杂尺度效应问题，浙江大学与浙江农林大学联合团队通过多尺度景观特征量化，揭示了土地利用配置(Land-use configuration)是驱动河流N、P空间分异的主控因子(贡献率23.4-32.2%)，提出优化农田连片管理、降低园地斑块形状复杂度等景观调控策略，为流域生态治理提供科学依据。

　　

在农业集约化发展的中国东部流域，长期耕作活动导致景观格局高度异质化，非点源污染(Non-point source pollution, NPS)已成为水体富营养化的主要推手。尽管点源污染治理取得显著进展，但受地形特征与人类活动的双重影响，NPS污染仍存在传输路径复杂、污染物类型多样等治理难点。尤其在地形起伏显著的亚热带农业流域，景观格局与水质关系的空间尺度效应尚未明晰，制约了精准化景观规划的制定。

针对这一科学问题，浙江农林大学吴建宏、何胜佳与浙江大学卢军组成的研究团队，在长乐江流域（中国东部典型农业流域）开展多尺度研究。通过量化地形特征、土地利用组成(Land-use composition)与配置的三类景观指标，结合13个子流域的水质监测数据，首次系统解析了不同空间尺度下景观特征对河流氮(N)、磷(P)的差异化影响机制。相关成果发表于景观生态学权威期刊《Landscape Ecology》。

研究团队采用四项关键技术：1) 基于25米分辨率数字高程模型(DEM)的SWAT水文单元划分；2) 100/300/500米缓冲区及集水区多尺度景观指标提取；3) 冗余分析(RDA)与方差分解(VPA)的贡献率量化；4) FRAGSTATS 4.2软件计算的景观配置指标（如最大斑块指数LPI、景观形状指数LSI等）。

研究结果揭示：

河流氮磷浓度特征
监测数据显示总氮(TN)平均浓度达2.79 mg·L^-1，超地表水V类标准，硝酸盐氮(NO₃^--N)是主要赋存形态。空间上呈现下游主河道污染加剧的特征，但总磷(TP)与溶解磷(DP)浓度未表现显著空间差异。

多尺度景观差异
地形指标中坡度(SLOPE)与区域形状系数(Kc)在100米缓冲区尺度对水质解释力最强；土地利用方面，农田(FAR)在近岸100米缓冲区的占比(43.1%)及园地斑块形状复杂度(LSI_gar)在500米尺度(32.9%)是关键驱动因子。

景观类别贡献分解
方差分解表明：土地利用配置的独立贡献率(23.4-32.2%)稳定超越其他类别，且对尺度变化不敏感；地形因子则通过12.0-19.6%的交互作用影响水质，其单独贡献率(7.1-19.2%)呈现显著尺度依赖性。

关键调控策略
研究提出多尺度优化方案：100-300米缓冲区促进农田连片管理（降低IJI_far指数），500米尺度简化园地斑块形状(LSI_gar)，集水区尺度增强居民点聚集度(IJI_res)。

该研究创新性揭示了景观配置指标对NPS污染的主导作用，突破传统以土地利用组成为核心的管控思路。通过识别100米缓冲区为最佳调控尺度，为亚热带农业流域的精准治理提供靶向依据。研究强调在景观规划中需统筹地形异质性，例如通过降低高Kc值区域的径流速度来阻断氮磷迁移路径。这些发现不仅完善了景观生态学理论，也为实现联合国可持续发展目标(SDGs)中的清洁水源目标提供了实践范式。