长三角绿色生态一体化背景下江南水乡多空间尺度景观格局对季节性水质的影响机制与预测研究

针对江南水乡水质恶化与景观格局关系不明的问题，研究人员以浙江嘉善县为典型区域，通过多尺度缓冲区分析，揭示了800 m尺度景观格局对旱季水质解释力最强（提升1.38%-35.94%），发现总氮（TN）在所有情景下均超标，提出需优化耕地与林地景观破碎化管理的策略，为长三角生态一体化示范区建设提供科学依据。

　　

在全球河流水质持续恶化的背景下，江南水乡作为典型的水网密集区，面临着农业扩张、城市化与气候变化的复合压力。尽管已有研究指出河岸带景观格局对水质具有调控作用，但关于其季节性差异、空间尺度效应及未来情景响应的系统性研究仍显不足。浙江嘉善县作为长三角绿色生态一体化发展示范区（YRD-GIEDZ）的组成部分，其密集的河网与高强度人类活动使其成为探究这一问题的理想区域。

为揭示景观-水质关系的时空规律，研究人员选取pH、总氮（TN）、总磷（TP）、氨氮（NH₃-N）和高锰酸盐指数（COD_mn）五项指标，结合Sentinel-2遥感数据生成的15米分辨率土地利用/覆被（LULC）数据，在100-1000 m六个缓冲区尺度上量化景观格局，并利用斑块生成土地利用模拟（PLUS）模型预测未来情景下的水质响应。

关键技术包括：（1）基于圆形与条带状缓冲区的多尺度景观指数计算；（2）结合Spearman与BIOENV分析筛选关键景观指数组合；（3）冗余分析（RDA）量化景观-水质关系；（4）PLUS模型模拟自然发展（ND）、生态优先（EP）与耕地优先（CP）三种情景；（5）逐步多元线性回归（SMLR）预测水质指标。

研究结果：
3.1. 水质时空差异
旱季pH与TN显著高于雨季，而TP与COD_mn则相反。采样点7和10的pH最高而TN最低，可能与局部景观组成差异相关。

3.2. 景观格局尺度效应
800 m缓冲区的景观指数对水质解释力最强（旱季93.8%，雨季87.3%）。耕地与建设用地比例随缓冲区扩大而增加，而水体优势度在小尺度（100-200 m）更显著。

3.3. 关键景观指数
旱季以景观分割度（DIVISION）与聚集度（IJI）为主导，雨季则更多受斑块密度（PD）与边缘密度（ED）影响。建设用地分割度（DIVISION5）与水质呈负相关，而林地斑块密度（PD2）正相关于TN和TP。

3.4. 情景模拟
EP情景下湿地面积增加0.91 km2，但TN浓度仍超标（1.683 mg/L）。SMLR模型预测显示，PD2与TN正相关（R2=0.967），而IJI2与TN负相关，提示林地布局分散化可缓解氮污染。

讨论与意义
本研究首次在江南水乡验证了800 m为景观调控水质的最优尺度，突破传统聚焦单一尺度的局限。TN的持续超标突显农业面源污染治理的紧迫性，而EP情景下湿地扩张的有限效果表明需协同优化林地连通性与耕地管理。PLUS模型与SMLR的结合为流域景观规划提供了量化工具，但未来需引入机器学习以提升NH₃-N等指标的预测精度。论文发表于《Journal of Hydrology: Regional Studies》，为长三角生态一体化示范区的水-陆协同治理提供了理论支撑与实践路径。