全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
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摇 摇 第 猿源卷 第 员圆期摇 摇 圆园员源年 远月摇 渊半月刊冤
目摇 摇 次
中国景观生态学发展历程与未来研究重点 陈利顶袁李秀珍袁傅伯杰袁等 渊猿员圆怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城市景观格局演变的水环境效应研究综述 黄摇 硕袁郭青海 渊猿员源圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
多功能景观研究进展 汤摇 茜袁丁圣彦 渊猿员缘员冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
空间形态受限型城市紧凑发展研究要要要以厦门岛为例 黄摇 硕袁郭青海袁等 渊猿员缘愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
紫金山森林公园降温效应影响因素 闫伟姣袁孔繁花袁尹海伟袁等 渊猿员远怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
城市公园景观空间结构对其热环境效应的影响 冯悦怡袁胡潭高袁张力小 渊猿员苑怨冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 韵宰粤的低丘缓坡建设开发适宜性评价要要要以云南大理白族自治州为例
刘焱序袁彭摇 建袁韩忆楠袁等 渊猿员愿愿冤
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生态安全条件下土地利用格局优化要要要以皇甫川流域为例 喻摇 锋袁李晓兵袁王摇 宏 渊猿员怨愿冤噎噎噎噎噎噎噎
新疆玛纳斯河流域 圆园园园要圆园员园年土地利用 辕覆盖变化及影响因素 刘金巍袁靳甜甜袁刘国华袁等 渊猿圆员员冤噎噎噎
基于 郧陨杂和 砸杂的赣江上游流域土地利用动态趋势分析 鲁燕飞袁彭摇 芳袁万摇 韵袁等 渊猿圆圆源冤噎噎噎噎噎噎噎
员怨缘源要圆园员园年三江平原土地利用景观格局动态变化及驱动力 刘吉平袁赵丹丹袁田学智袁等 渊猿圆猿源冤噎噎噎噎
基于斑块评价的三峡库区腹地坡耕地优化调控方法与案例研究 王永艳袁李阳兵袁邵景安袁等 渊猿圆源缘冤噎噎噎噎
贵州省山地鄄坝地系统土地利用与景观格局时空演变 李阳兵袁姚原温袁谢摇 静袁等 渊猿圆缘苑冤噎噎噎噎噎噎噎噎
中国西南地区土地覆盖情景的时空模拟 李摇 婧袁范泽孟袁岳天祥 渊猿圆远远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于移动窗口法的岷江干旱河谷景观格局梯度分析 张玲玲袁赵永华袁殷摇 莎袁等 渊猿圆苑远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于植被覆盖度的藏羚羊栖息地时空变化研究 赵海迪袁刘世梁袁董世魁袁等 渊猿圆愿缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
西南峡谷型喀斯特坡地土壤微生物量 悦尧晕尧孕 空间变异特征 范夫静袁黄国勤袁宋同清袁等 渊猿圆怨猿冤噎噎噎噎噎
峡谷型喀斯特不同生态系统的土壤微生物数量及生物量特征 谭秋锦袁宋同清袁彭晚霞袁等 渊猿猿园圆冤噎噎噎噎噎
长三角地区土地利用时空变化对生态系统服务价值的影响 刘桂林袁张落成袁张摇 倩 渊猿猿员员冤噎噎噎噎噎噎噎
基于视觉廊道的青藏铁路沿线旅游动态景观评价 张瑞英袁席建超袁姚予龙袁等 渊猿猿圆园冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 砸杂与 郧陨杂的农村居民点空间变化特征与景观格局影响研究 任摇 平袁洪步庭袁刘摇 寅袁等 渊猿猿猿员冤噎噎噎
生态系统保护现状及保护等级评估要要要以江西省为例 樊乃卿袁张育新袁吕一河袁等 渊猿猿源员冤噎噎噎噎噎噎噎噎
崇明东滩盐沼植被变化对滩涂湿地促淤消浪功能的影响 任璘婧袁李秀珍袁杨世伦袁等 渊猿猿缘园冤噎噎噎噎噎噎噎
基于气候尧地貌尧生态系统的景观分类体系要要要以新疆地区为例 师庆东袁王摇 智袁贺龙梅袁等 渊猿猿缘怨冤噎噎噎噎
黄土丘陵沟壑区景观格局演变特征要要要以陕西省延安市为例 钟莉娜袁赵文武袁吕一河袁等 渊猿猿远愿冤噎噎噎噎噎
不同干扰背景下农业景观异质性要要要以巩义市为例 张晓阳袁梁国付袁丁圣彦 渊猿猿苑愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
山西高原草地景观的数量分类与排序 张先平袁李志琴袁王孟本袁等 渊猿猿愿远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
山区夏季地表温度的影响因素要要要以泰山为例 孙常峰袁孔繁花袁尹海伟袁等 渊猿猿怨远冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
典型岩溶洼地土壤水分的空间分布及影响因素 张继光袁苏以荣袁陈洪松袁等 渊猿源园缘冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于移动窗口法的豫西山地丘陵地区景观异质性分析 李栋科袁丁圣彦袁梁国付袁等 渊猿源员源冤噎噎噎噎噎噎噎噎
桂西北喀斯特区域植被变化趋势及其对气候和地形的响应 童晓伟袁王克林袁岳跃民袁等 渊猿源圆缘冤噎噎噎噎噎噎
喀斯特与非喀斯特区域植被覆盖变化景观分析要要要以广西壮族自治区河池市为例
汪明冲袁王兮之袁梁钊雄袁等 渊猿源猿缘冤
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不同干扰背景下景观指数与物种多样性的多尺度效应要要要以巩义市为例
董翠芳袁梁国付袁丁圣彦袁等 渊猿源源源冤
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石栎鄄青冈常绿阔叶林土壤有机碳和全氮空间变异特征 杨摇 丹袁项文化袁方摇 晰袁等 渊猿源缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎
湘中丘陵区南酸枣阔叶林群落特征及群落更新 易摇 好袁邓湘雯袁项文化袁等 渊猿源远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
基于 砸月云晕的桂西北喀斯特区植被碳密度空间分布影响因素分析 张明阳袁王克林袁邓振华袁等 渊猿源苑圆冤噎噎噎
期刊基本参数院悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝鄢员怨愿员鄢皂鄢员远鄢猿缘圆鄢扎澡鄢孕鄢 预 怨园郾 园园鄢员缘员园鄢猿远鄢圆园员源鄄园远
室室室室室室室室室室室室室室
封面图说院 空间发展受限城市的厦门要要要在我国城市化进程中袁中小城市在城镇体系建设中处于中间环节袁起到了联系大城市
和小城镇的作用遥 但是袁每个城市由于发展历史尧社会经济结构尧自然地理形态等因素的不同袁都有其发展的特性袁
这些问题都必须要因地制宜地去把握遥 例如袁厦门岛相对隔离袁没有多余的发展空间袁该城市以居住功能为主袁城市
功能较为单一袁公共服务功能和商业服务功能比例较小遥 研究这样紧凑型的城市发展必须要考虑该城市结构转换
的承受力袁周边社会经济环境以及居民的生活习惯等遥
彩图及图说提供院 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 耘鄄皂葬蚤造院 糟蚤贼藻泽援糟澡藻灶躁憎岳 员远猿援糟燥皂
第 34 卷第 12 期
2014年 6月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol.34,No.12
Jun.,2014
http: / / www.ecologica.cn
基金项目:国家自然科学基金项目(30800148);厦门市科技计划项目(3502Z20122001)
收稿日期:2013鄄06鄄07; 摇 摇 修订日期:2013鄄10鄄15
*通讯作者 Corresponding author.E鄄mail: qhguo@ iue.ac.cn
DOI: 10.5846 / stxb201306071391
黄硕, 郭青海.城市景观格局演变的水环境效应研究综述.生态学报,2014,34(12):3142鄄3150.
Huang S,Guo Q H.Research review on effects of urban landscape pattern changes on water environment.Acta Ecologica Sinica,2014,34(12):3142鄄3150.
城市景观格局演变的水环境效应研究综述
黄摇 硕1,2, 郭青海1,*
(1. 中国科学院城市环境研究所,城市环境与健康重点实验室, 厦门摇 361021; 2. 中国科学院大学, 北京摇 100049)
摘要:人类活动导致的城市土地利用覆被变化在景观生态学上表现为城市景观类型的更替和城市景观格局的演变。 我国城市
景观格局中自然植被景观基质大幅被人工硬化地面所取代,自然景观斑块破碎化,城市道路和排水管网等人工廊道大量增加,
造成“源冶“汇冶景观的比例失衡和格局失调,从而产生城市景观格局演变的水环境负效应,如非点源污染、水生生态系统失衡和
城市内涝等,且水环境负效应存在时间尺度差异和空间尺度响应多样性。 对城市景观类型及其格局演变产生的城市水环境效
应相关研究进行总结,针对现有研究中存在的城市景观格局演变带来的生态过程变化研究较少、影响城市水环境的景观格局变
化阈值不明确、研究结果推广难和重复性较差、人工廊道与城市水环境效应关系关注度较低和水环境负效应综合度研究欠缺等
不足之处,提出未来研究的着力点,对实现可持续城市具有一定意义。
关键词:景观格局;水环境效应;城市规划
Research review on effects of urban landscape pattern changes on water
environment
HUANG Shuo1,2,GUO Qinghai1,*
1 Key Laboratory of Urban Environment and Health, Institute of Urban Environment, Chinese Academy of Sciences, Xiamen 361021, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
Abstract: Urban water environment is an important part of urban ecosystem including natural and man鄄made water, and the
natural elements and urban landscape which are closely related to water at catchment scale. Healthy urban water
environment could product positive ecological effects such as water retention and impoundment, environmental
decontamination, material transportation, making energy flow smoothly and conserving biodiversity. However, the change of
urban land cover induces the deterioration of urban water environment and leads to negative water environment effects, such
as non鄄point pollution, imbalance of aquatic ecosystem and urban flooding. The replacement of urban landscape types and
evolution of urban landscape pattern caused by human activities display at following aspects: widespread vegetation matrix is
largely replaced by artificial hardened ground while natural landscape patches are fragmentized and manual corridors
including urban roads and drainage network increase sharply, resulting in the disproportion of water pollution “source冶 and
“sink冶 landscape types and landscape pattern. Through statistical analysis and model simulation, researchers at home and
abroad find that: the cultivated land and urban construction land are the main sources of non鄄point pollution while natural
vegetation landscape types contribute to the reduction of non鄄point source pollution. Urban surface hardening reduces the
environmental capacity of urban water environment by influencing urban hydrological cycle, for instance, surface runoff,
evaporation and infiltration and so on. Together with environmental capacity reduction, the eutrophication of urban water
environment makes negative effects on the balance of aquatic ecosystem. Negative water environment effects responding to
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urban landscape pattern will change with spatial and temporal scales. This paper summarizes current researches about the
effects of urban landscape types and pattern evolution on water environment and points out the deficiencies of recent
researches, such as the lack of specific research coupling landscape pattern change and ecological process, the
indeterminacy of the landscape pattern threshold influencing urban water environment, the difficulty in popularizing and
repeating research results, neglecting the relationship between urban artificial corridor and water environment effects, and
the lack of comprehensive research about negative water environment effects. At last, we put forward five key points of future
researches: the lagging response of urban water environment to the change of urban landscape pattern; the differences of
water environment effects with different types and distributions; the combined influences from the urban landscape pattern,
including matrix, corridor and patch; development of new model which concentrates on urban water environmental effects; a
set of related index for urban planning and urban water environmental effects. Our study will contribute to better
understanding of urban sustainability.
Key Words: landscape pattern; water environment effects; urban planning
摇 摇 城市水环境以城市自然和人工水体为中心,包
括流域尺度内与水体密切相关的自然要素和城市景
观,是城市生态系统的重要组成部分[1]。 据统计,
1991年七大水系流经城市的支流污染较重,2011 年
部分城市河段为重度污染,且城市内湖水质都低于
芋类水质标准,我国城市水环境存在严重污染问
题[2鄄3]。 城市水体质量下降与城市化带来的城市景
观格局演变具有一定的关联性[4]。 近年来我国城市
发展势头迅猛,城市自然生态系统转为人工生态系
统,自然景观斑块趋于破碎化,城市景观格局演变主
要表现为城市建成区等大面积不透水面对自然植被
景观基质的侵蚀[5]、城市排水管网和城市道路等人
工廊道的大量增长[6鄄7]和景观类型的演替[6]。 自然
景观与人工景观此消彼长的景观格局对水环境产生
城市内涝、非点源污染和水生生态系统失衡等生态
负效应[8鄄10]。 开展城市景观格局演变的水环境效应
研究,总结不同城市景观类型及其格局对城市水环
境的影响和城市水环境对景观格局演变的响应机
制,可以为城市景观格局规划提供参考依据,避免城
市水环境对城市规划滞后响应的负面生态效果,从
城市生态规划入手保护城市水环境,对城市可持续
发展具有重大意义。
1摇 研究现状
健康的城市水环境在保水蓄水、污染净化、物质
输送、能量流动、保持生物多样性等方面可以产生生
态正效应[11鄄12]。 而城市水环境负效应体现在城市水
体形态改变或面积缩减对生态廊道效应的削弱、城
市水体污染对居民饮用水安全的威胁、水体富营养
化对水生生态系统平衡的破坏和水体环境容量减小
对城市内涝发生率的增加等方面[13鄄14]。 近年来城市
水环境负效应严重性和并发性特征显著,国外学者
将城市水环境负效应总结为 “城市水体综合症
(urban stream syndrome)冶并展开相关研究[15]。
城市水体作为一种景观类型,是城市景观整体
的重要组成部分,城市景观格局演变对城市水体有
一定影响,从而产生城市水环境负效应。 国际上对
城市景观格局演变的水环境效应研究集中于非点源
污染和水生生物多样性,从城市景观格局、城市水质
和水生生物量三者关系入手,通过土地利用转移矩
阵[16]、移动窗口法[17]和元胞自动机模型[18]和景观
图论[19]等方法量化城市景观组分及格局变化,采用
单一指标评价法、灰色关联评价、BP 神经网络评价、
模糊数学评价等方法[20鄄22]评价水体质量,以表层沉
积物组分分析、水体栖息地质量、生物多样性等指标
衡量水生生态系统健康程度[23鄄24],然后采用因子分
析 FA、判别分析 DA、回归分析 RA、聚类分析 CA、主
成分分析 PCA、普通多元线性回归模型 OLS 和地理
加 权 回 归 模 型 GWR ( Geographical Weighted
Regression)等方法[25鄄26],得出各个研究区内水质指
标、水生生物指标与景观类型特征及其格局演变的
相关关系,并对相关性进行检验,确定对城市水环境
具有显著影响的景观类型。 相关研究一般流程总结
如图 1。
3413摇 12期 摇 摇 摇 黄硕摇 等:城市景观格局演变的水环境效应研究综述 摇
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图 1摇 城市景观格局与水环境效应研究一般流程
Fig.1摇 The general process of urban landscape pattern and water environment effects research
FA: 因子分析 Factor Analysis;DA: 判别分析 Discriminant Analysis;RA: 回归分析 Regression Analysis;CA: 聚类分析 Cluster Analysis; PCA:
主成分分析 Principal Component Analysis;OLS: 普通多元线性回归模型 Ordinary Least Square;GWR: 地理加权回归模型 Geographical
Weighted Regression
摇 摇 国外学者开发出多个非点源污染模型[27],如
HSPF(Hydrologic Simulation Program Fortran)、SWAT
(Soil and Water Assessment Tool)、L鄄THIA( the Long鄄
Term Hydrologic Impact Assessment)等模型适合模拟
长时间序列的非点源污染量,可用于研究城市景观
格局时空变化产生的非点源污染效应,而 SWMM
(Storm Water Management Model)、MOUSE(Model of
Urban Sewers)、P8鄄UCM(P8鄄Urban Catchment Model)、
GWLF(Generalized Watershed Loading Function)等模
型适合模拟单次暴雨事件,可用于研究城市景观格
局与城市内涝的关系。 针对外国模型所需数据精度
较高和国内外城市水文过程特征差异等问题,我国
学者建立出一系列符合单个城市实际的非点源污染
模型[28],但存在模型结构较为简单、模型适用性不
高的问题。
2摇 研究热点
2.1摇 城市景观格局与“源鄄汇冶理论
陈利顶等在景观格局与生态过程的研究中提出
“源鄄汇冶理论[29],即同个特定的生态过程中,对该生
态过程发展有促进作用的景观类型为“源冶景观,而
起阻止或延缓作用的景观类型则为“汇冶景观。 根据
“源鄄汇冶理论,国内外学者对非点源污染过程的相关
研究在“源鄄汇冶景观类型划分方面共识较多,一般认
为城镇建设用地、耕地等景观类型为“源冶景观,而林
地、草地、园地和绿地等透水性好的自然植被或人工
植被斑块为“汇冶景观[29鄄31]。 城镇建设用地是城市
水环境非点源污染过程中最主要的“源冶景观,其景
观类型包括居住用地、交通用地、工业用地等生活污
染、生产污染较为严重的景观斑块类型。 城市建筑
屋顶产生的腐蚀剥落物经由屋面径流汇入地表径
流[27];交通尾气和工业排放气体中所含的大量不完
全燃烧产物,悬浮于大气中或沉降于城市道路表面,
雨水冲刷后成为地表径流污染物的主要来源[32]。
耕地在城市景观格局中所占面积比例不大,但耕地
中大量应用化肥、农药,产生的有机物污染经雨水冲
刷和灌溉淋溶之后通过地表径流和地下水进入城市
水体,造成水体富营养化[33]。 林地和高覆盖度草地
透水性好,可以减少降水对土壤的侵蚀冲刷作用,且
对地表径流有一定的截流作用,可减少城市径流污
染物迁移过程,或通过植物、土壤和微生物等中介在
一定程度上吸收地表径流污染物,如氨氮等,在减少
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非点源污染物总量、减轻城市水体富营养化方面功
不可没[34鄄35],甚至有学者认为提高自然植被斑块的
生产力比重塑城市景观格局更能净化城市水环
境[36]。 而关于裸地的“源鄄汇冶划分,则存在不同看
法,有学者认为裸地由于自然植被退化和土壤侵蚀
产生大量固体悬浮颗粒物等城市浮尘,为“源冶景
观[37];也有相反的观点认为裸地与城市水体水质指
标相关性不明显[38]。
“源冶景观类型的斑块面积、数量、聚集度和优势
度等格局特征与城市水体质量呈现正相关关系,
“汇冶景观则相反[39]。 如果“源冶“汇冶景观斑块形状
破碎化,则对城市水环境的影响“源冶景观大于“汇冶
景观,例如城市存在的小面积耕地斑块产生的农业
非点源污染对城市水体的污染贡献不可忽视,而城
市绿地呈现零散分布,则对减轻非点源污染作用不
大[40]。 此外,景观多样性与城市水环境质量一般呈
正相关关系[38]。
2.2摇 城市景观格局与水生生态系统
国外在城市景观格局对水生生态系统影响方面
的研究起步较早,认为城市土地利用强度、城市景观
类型及其格局、不透水面比例与城市水生生态系统
退化有关[41]。 国内涉及城市景观格局对水生生态
系统影响的文献相对较少,主要关注鱼类、底栖无脊
椎动物等水生生物对流域景观格局产污量的敏
感性[42]。
城市水生生态系统包括底栖动物、鱼类和浮游
藻类等水生生物群落。 季节变化和水环境质量变化
是影响水生生态系统的两个主要因素,其中季节变
化又会影响非点源污染入水量,间接影响水环境质
量[43]。 城市景观格局演变通常存在地表硬化趋势,
通过改变地表覆被的蒸散发与下渗等水文过程,间
接影响城市水文循环,减少了大气降水和地下水对
城市水体的补给[44],进一步缩减城市水环境容量。
城市景观格局演变带来的非点源污染增强和水体环
境容量减小促使城市水体自净能力下降,进而恶化
水生生物栖息环境。 有研究表明,底栖动物生物量
与森林景观面积呈现正相关关系,而对城市建设用
地和牧场等景观类型面积存在负响应[42];水生浮游
藻类是水生生态系统的基础,是水生生物食物链中
的重要一环,藻类对水体营养负荷的敏感性最高,城
市景观格局造成的水体富营养化效应引起有毒藻类
生物量的大幅增长,改变藻类群落的多样性和优势
种群,促使浮游藻类的群落结构和功能受损,危害水
生生态系统和人类健康[45鄄46];水体内溶氧下降更导
致鱼类等水生生物的死亡,降低水生生物多样性,进
而对水生态系统平衡产生负面影响[47]。
2.3摇 水环境效应的时空尺度性
城市景观格局的水环境效应存在时间尺度性,
即夏季丰水期、春秋季平水期和冬季枯水期的水体
污染程度存在差异。 丰水期时总氮 ( TN)、总磷
(TP)、化学需氧量(COD)、叶绿素在珠江、太湖和南
京 28处湿地等水体中浓度最高,水环境污染程度最
高[48鄄50]。 九龙江枯水期城市水体的污染物浓度最
高、水质最差,平水期水质最好[51]。 汉水枯水期水
质最好[37]。 个别水体的水质状况甚至发生巨大转
变,由枯水期最好转变为枯水期最差[52]。 尽管未有
一致的结论,但城市水环境变化的季节差异是客观
存在的,其原因在于城市水体污染是受点源污染和
非点源污染共同作用[53]。 枯水期城市地表径流量
最小、水体自净能力最差,受工业污水和生活污水等
点源污染影响较多,水体中 TN、TP、重金属浓度比丰
水期、平水期高[51]。 丰水期时,水体可以最大程度
发挥过滤、沉降功能,但地表径流冲刷会使大量的固
体悬浮物、氮磷等营养物质和重金属进入水体,水体
收纳污染物量超过水体自净能力,造成丰水期水体
水质下降[52];平水期水体水量与地表径流量都较为
适中,水环境污染程度居于中下,存在部分水质指标
超标可能性[49,51]。
城市景观格局的水环境效应还存在空间尺度
性,即城市水体对不同空间尺度内的城市景观格局
演变的敏感性存在差异。 一些研究认为城市水体流
域尺度上的城市景观格局决定了非点源污染总量,
从源头影响水环境,其景观指数能更好地解释城市
水体水质变化[54]。 而另有研究指出水质指标对水
体岸边带尺度上景观类型的敏感性更大[37,55],若岸
边带区域分布大量绿地等“汇冶景观,则自然植被和
土壤的过滤与吸附作用可以减少非点源污染物进入
水体[56]。 众多文献中对水体缓冲区研究尺度的划
分也不尽相同,部分水质指标对相同尺度内的景观
格局存在截然相反的响应,造成景观格局水环境效
应空间尺度的多样性,例如我国汉水流域上游水体
水质与 100 m河岸带内土地利用类型的相关性比流
5413摇 12期 摇 摇 摇 黄硕摇 等:城市景观格局演变的水环境效应研究综述 摇
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域范围内的景观格局更好[37],纽约州 29 条河流周
边 200 m缓冲区内的城市用地格局对水质有明显负
面影响[55],香港主要饮用水源东江的氨氮(NH3鄄N)
和硝氮(NO3鄄N)与 500 m 汇水单元内的城市景观面
积比例呈现正相关,但溶氧 ( DO)却与之呈现负
相关[57]。
3摇 研究不足
3.1摇 城市景观格局与城市内涝
发生城市洪涝现象的主因在于城市排水系统的
不健全[30]、景观类型格局设置不合理[8]和城市水体
容量的减小[14],城市排水管网可视为人工廊道,目
前研究排水管网“雨污分流冶设计及设计合理性与城
市洪涝关系的研究较多[58],但针对城市景观格局与
城市洪涝的关系研究较少。
在人为规划的城市景观格局中,自然景观斑块
逐渐被人工景观斑块取代,各类建设用地斑块形状
相对规则,城市道路直线化、网格化[59],城市表面硬
化降低了地表下渗率[44],自然植被的破碎化、天然
水体的面积缩减对城市自有的保水蓄水功能的削
弱,这些因素共同改变了城市地表水文过程,为地表
径流的流速加快、汇水量增大、汇水时间缩短和瞬时
峰值上升提供了可能,地表冲刷量加大[60],进而造
成城市水体水质下降和城市内涝等问题。 为增加城
市用地面积和满足城市规划美观需求,城市水体的
面积和形状常被人为改变,例如河流被截弯取直、湖
泊湿地被填埋造地等,直接降低了城市水环境容
量[61鄄63]。 城市人工管网为城市中常见的人工廊道,
其布局往往根据居住用地、工业用地等产污排废较
多的城市用地斑块和城市道路格局而设置[7]。 在城
市暴雨事件中地表径流量短时间内大量增大,城市
水环境容量有限,而城市人工管网蓄雨能力有限、排
水能力不足时,极易产生城市洪涝现象,例如 2012
年北京“7.21冶特大城市暴雨事件导致城区内大面积
洪涝灾害。 而由于有护城河和北海调蓄雨水,历年
来故宫周边未发生内涝现象[64]。 我国早在古代就
认识到天然水体在调蓄洪水方面的重大作用,但多
次严重的城市洪涝灾害表明,我国现代的城市规划
对天然水体的水环境正效应的重视程度不够,而现
有的城市景观格局演变所产生的水环境负效应也被
城市规划者所忽视。
研究表明城市景观基质由自然植被向不透水面
的转变对城市地表径流增加存在正相关关系[8,44]。
城市排水管网和城市道路作为城市中常见的人工廊
道,在地表径流集中产生时所发挥的汇集、输送、疏
浚作用不足,也是城市内涝发生的重要因素之
一[64],但鲜见城市人工廊道格局、生态作用与城市
水环境效应的相关性研究,且城市景观基质、人工廊
道和水体景观斑块三者变化对城市水环境的综合作
用机理尚不明确。
3.2摇 水环境响应机制
国内外学者在城市景观格局演变方面已经开展
了大量的景观指数分析工作,但对城市景观格局演
变背后折射出的生态过程变化及其对人类生活的反
作用等方面的研究偏少,城市景观格局演变研究急
需能够反映一定生态意义的新型生态过程景观
指数。
近年来我国城市景观格局对水环境的负效应逐
渐成为研究关注的重点,但还处初步研究阶段,关注
点集中于单个城市的景观格局的水环境效应,而各
个城市在流域环境、水文特点、气象条件等方面存在
较大差异,造成城市水环境对景观格局演变的响应
机制不同,研究结果推广度不高、重复性不好。 国外
学者研究发现城市景观格局中不透水面对水环境的
水质、水生生态系统产生明显负面影响的面积比例
阈值较小,Stuart认为不透水面比例高于 22%—30%
时赫尔辛基的水环境恶化明显[65],Lee 等人认为不
透水面比例不超过 12%时水环境不受城市景观格局
演变影响[66],国际上通常认可的阈值为 30%—
50%[67]。 而赵军等学者研究发现该阈值对我国城市
可能不适用,上海城区不透水面面积比例大于 60%
时,城市水环境质量开始显著下降[67]。 不同城市的
景观类型及其格局演变造成的城市水环境负效应的
影响区间存在较大差异,目前还尚未有被认可的系
统性结论。 此外,流域内土地利用类型、城市水环境
质量和水生生物群落三者的相关研究中,并未深入
分析水生生物群落对景观类型及其格局演变的响应
机制,也未提出如何调整城市景观格局以利于维持
水生生态系统的生态平衡[68鄄69]。
4摇 研究展望
未来研究可以立足于以下五个方面:一是城市
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水环境效应对城市景观格局演变存在的滞后响应研
究,可以尝试将不同的城市景观格局演变类型视为
自变量、水环境效应视为因变量,分别研究城市水体
与城市人工景观相间混合分布、相邻分布和包围分
布等不同格局特征下的城市景观格局演变过程与城
市水环境效应关系,建立水环境效应对不同类型城
市景观演变过程的响应机制;二是水环境效应的空
间差异性研究,包括景观格局演变对河流、水库、湖
泊等不同类型水体产生的水环境效应差异性分析,
以及因水体分布空间差异所产生的水环境效应差
异、上下游间的水环境效应累积现象;三是景观格局
变化对水环境效应影响过程的综合作用机理,深入
挖掘城市景观格局中因基质、廊道和斑块的变化所
造成的水环境效应差异及综合作用机理,将城市内
涝与城市景观格局演变相联系,将人工廊道(排水管
网和城市道路)格局纳入城市景观格局的水环境效
应研究中;四是开发结构完整的水环境效应模型,综
合考虑城市景观类型及其格局、城市气象气候条件
和水文条件,为城市规划提供模拟预测;五是“城市
水体综合症冶的对症之药研究,即城市景观格局水环
境负效应的综合对策,景观生态学者可以与城市规
划人员、城市管理部门进行跨学科合作,共同提出一
个指标体系,包括不透水面的面积比例阈值、“源冶
“汇冶斑块比例阈值、城市水体水质阈值、城市水体环
境容量阈值和水生生态系统健康度等指标,合理设
置“源冶“汇冶景观斑块布局,在城市规划阶段就预先
考虑城市景观格局演变对水环境造成的生态后果,
为城市生态规划提供科学依据,进而达到保护城市
水环境的目的。
致谢: 感谢中国科学院城市环境研究所吝涛副研究
员对本文写作的帮助。
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月燥则燥怎早澡 蚤灶 再怎灶灶葬灶袁 悦澡蚤灶葬 蕴陨哉 再葬灶曾怎袁 孕耘晕郧 允蚤葬灶袁 匀粤晕 再蚤灶葬灶袁 藻贼 葬造 渊猿员愿愿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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再哉 云藻灶早袁 蕴陨 载蚤葬燥遭蚤灶早袁 宰粤晕郧 匀燥灶早 渊猿员怨愿冤
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蕴陨哉 允蚤灶憎藻蚤袁 允陨晕 栽蚤葬灶贼蚤葬灶袁 蕴陨哉 郧怎燥澡怎葬袁 藻贼 葬造 渊猿圆员员冤
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藻增藻则早则藻藻灶 遭则燥葬凿造藻葬增藻凿 枣燥则藻泽贼 再粤晕郧 阅葬灶袁 载陨粤晕郧 宰藻灶澡怎葬袁 云粤晕郧 载蚤袁 藻贼 葬造 渊猿源缘圆冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
栽澡藻 糟澡葬则葬糟贼藻则蚤泽贼蚤糟泽 葬灶凿 则藻早藻灶藻则葬贼蚤燥灶 燥枣 贼澡藻 悦澡燥藻则燥泽责燥灶凿蚤葬泽 葬曾蚤造造葬则蚤藻泽 遭则燥葬凿鄄造藻葬增藻凿 糟燥皂皂怎灶蚤贼赠 蚤灶 贼澡藻 澡蚤造造赠 则藻早蚤燥灶 燥枣 糟藻灶贼则葬造 匀怎灶葬灶
孕则燥增蚤灶糟藻袁 悦澡蚤灶葬 再陨 匀葬燥袁 阅耘晕郧 载蚤葬灶早憎藻灶袁 载陨粤晕郧 宰藻灶澡怎葬袁 藻贼 葬造 渊猿源远猿冤噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎噎
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遭葬泽藻凿 燥灶 则葬凿蚤葬造 遭葬泽蚤泽 枣怎灶糟贼蚤燥灶 灶藻贼憎燥则噪 皂燥凿藻造 在匀粤晕郧 酝蚤灶早赠葬灶早袁 宰粤晕郧 运藻造蚤灶袁阅耘晕郧 在澡藻灶澡怎葬袁 藻贼 葬造 渊猿源苑圆冤噎噎噎噎噎噎噎
园愿源猿 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 猿源卷摇
叶生态学报曳圆园员源年征订启事
叶生态学报曳是由中国科学技术协会主管袁中国生态学学会尧中国科学院生态环境研究中心主办的生态学
高级专业学术期刊袁创刊于 员怨愿员年袁报道生态学领域前沿理论和原始创新性研究成果遥 坚持野百花齐放袁百家
争鸣冶的方针袁依靠和团结广大生态学科研工作者袁探索生态学奥秘袁为生态学基础理论研究搭建交流平台袁
促进生态学研究深入发展袁为我国培养和造就生态学科研人才和知识创新服务尧为国民经济建设和发展服务遥
叶生态学报曳主要报道生态学及各分支学科的重要基础理论和应用研究的原始创新性科研成果遥 特别欢
迎能反映现代生态学发展方向的优秀综述性文章曰研究简报曰生态学新理论尧新方法尧新技术介绍曰新书评价和
学术尧科研动态及开放实验室介绍等遥
叶生态学报曳为半月刊袁大 员远开本袁圆愿园页袁国内定价 怨园元 辕册袁全年定价 圆员远园元遥
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标准刊号院陨杂杂晕 员园园园鄄园怨猿猿摇 摇 悦晕 员员鄄圆园猿员 辕 匝
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耘鄄皂葬蚤造院 泽澡藻灶早贼葬蚤曾怎藻遭葬燥岳 则糟藻藻泽援葬糟援糟灶摇 网摇 摇 址院 憎憎憎援藻糟燥造燥早蚤糟葬援糟灶
编辑部主任摇 孔红梅摇 摇 摇 执行编辑摇 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报渊杂匀耘晕郧栽粤陨摇 载哉耘月粤韵冤渊半月刊摇 员怨愿员年 猿月创刊冤
第 猿源卷摇 第 员圆期摇 渊圆园员源年 远月冤
粤悦栽粤 耘悦韵蕴韵郧陨悦粤 杂陨晕陨悦粤摇渊杂藻皂蚤皂燥灶贼澡造赠袁杂贼葬则贼藻凿 蚤灶 员怨愿员冤摇灾燥造郾 猿源摇 晕燥郾 员圆 渊允怎灶藻袁 圆园员源冤
编摇 摇 辑摇 叶生态学报曳编辑部
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主摇 摇 编摇 王如松
主摇 摇 管摇 中国科学技术协会
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憎憎憎援藻糟燥造燥早蚤糟葬援糟灶
泽澡藻灶早贼葬蚤曾怎藻遭葬燥岳 则糟藻藻泽援葬糟援糟灶
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