本文是一篇景观毕业论文，笔者认为理解景观格局和水源涵养之间的关系是可持续性景观规划的先决条件。在这个研究中发现各地类景观对水源涵养的作用是不同的，景观格局指数对水源涵养的影响在空间上也是不均匀的。
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.1.1 研究背景
生态系统服务涉及生态系统的福祉和利益，通过其结构和功能促进人类社会的可持续发展，并成为人类生存和发展的基础[1-2]。生态系统服务主要有四个方面，即供给、调节、支持和文化服务[3]。水源涵养服务功能对水资源的再生利用有决定性影响，是生态系统最为重要的服务功能之一[4]，对维持整个生态环境的良好发展具有重要的作用，其主要功能为拦蓄降水、调节河流径流量、净化水质等，可调节水分循环，改善区域水文状况[5]。与此同时水源涵养受到多种驱动因子的影响，具有空间异质性，以及动态复杂性[6]。景观格局是不同土地利用模式在空间上的不同组合的结果[7]。土地利用变化会改变地表径流、下渗、蒸发等水文过程，影响水源涵养功能，从而影响生态系统的服务功能[8]。生态系统的变化受到土地利用模式改变的影响，而当前人类社会对土地利用模式的影响导致生态环境不断恶化[9]。在城市化发展进程中，人类对于环境的影响日益加剧，城市化的进程改变了地表的景观组成，进而影响着水源循环，水资源的逐步紧张迫使人们对水文服务的研究越来越多。从景观角度考虑人与生态环境的互动，可以为区域的生态环境保护提供有力保障，有效地、切实地促进区域可持续发展[10]。特别是在快速城市化的地区，人类活动明显与自然生态环境相矛盾，明晰景观格局与生态服务二者之间的关系，可为探索生态系统服务与景观格局的演变机制提供参考价值，从而从优化景观格局角度为改善生态系统服务提供一种新的方法途径[11]。
1.2 国内外研究综述
1.2.1 景观生态学研究进展
景观生态学是地理学和生态学的结合，其主要研究景观单元的类型组成、空间配置以及与生态学之间的相互作用[12]。景观组成的各个元素相互依存，相互作用，并且它们之间的关系具有动态性，会随着时间、条件的变化而发生改变[13]。景观生态学钻研的主要内容主要包括景观空间格局、景观动态与景观功能[14]。景观格局指景观空间分布状况，是在空间上不同景观单元的组合与分布规律[15]。景观格局研究是景观功能和景观动态研究的基础和关键，在资源管理与保护生物多样性等方面也发挥着紧要的作用[16]。因此，自上世纪 90年代以来，景观格局研究蓬勃发展，在全球的景观生态学领域中逐渐壮大。
国外对景观格局的研究始于20世纪50年代，较早进行研究的国家主要分布在欧洲，如德国、荷兰、捷克等国，经过几十年的发展变化，他们的理论和方法体系也得到了丰富和完善，在整个世界范围内对景观规划和农业发展起到了良好的促进作用；20世纪90年代初，美国、加拿大等国家已经开始积极尝试运用GIS技术进行景观格局这方面的研究，并取得了一定进展。日本学者[17] Michiro Fujihara和Takao Kikuchi重建了日本中部长原河流域约80年的景观结构，并阐明了土地利用格局的变化；Peter Baus[18]等人研究和统计模拟布拉迪斯拉发地区（Slovakia）的景观格局变化，对变量进行探索性主成分分析（PCA）明确研究景观格局变化的决定因素，将主成分分析的结果用于logistic回归模型；Kozak[19]以伊利诺伊州地区的两个河流湿地为研究对象，比较分析了这两种湿地景观格局的变化，及对湿地生态系统带来的影响；Brander[20]研究了农业景观中的湿地类型能够提供的生态系统服务经济价值，并分析了湿地景观格局的变化；Cabral[21]等探讨了在景观变化下城市化的动态变化，以及景观格局和生态系统服务之间相互作用的过程，得到了一些对景观规划的启示，结果强调了景观度量分析和生态系统联合应用的重要性。可见，学者们对景观格局的研究理论和方法体系不断丰富、逐渐完善，在景观规划和农业生态等方面得到了极大地应用。
2 研究区概况、数据来源及研究方法
2.1 研究区概况
2.1.1 地理位置
太子河流域地处辽宁省中部地区，位于122°26′E~124°53′E、40°29′N~41°39′N之间（图2.1），流域面积约1.38×104km2。太子河源头有两处，分别是北源新宾满族自治县平顶山镇鸿雁沟和南源本溪县东营坊乡洋湖沟草帽顶子山，两支源头在本溪县马家崴子汇流蜿蜒而下，流经抚顺、本溪、灯塔、辽阳、鞍山等多个地区，最后汇入辽河。太子河全长464km，是大辽河重要支流之一。
2.1.2 地貌特征
太子河流域地势东高西低，是辽宁省东部低山丘陵与辽河冲积平原过渡区，东部以低山丘陵为主，西部为坡度低平的冲积平原，流域海拔最高1288m，最低-130m。东部山地地貌以构造剥蚀地貌为主，有强烈切割的中山区地貌和切割缓慢的低山区地貌[67]，西部平原河谷地区则以堆积地貌为主。位于辽阳市之上的区域为石质山区，河道处于山谷间，自然灾害多发，辽阳市以下的区段处于辽河冲积平原，多为弯曲型河道，是以主槽泄洪为主的河道。流域内地形主要为山地和平原。
2.2 研究方法
2.2.1 InVEST模型
InVEST模型中产水量评估模块是基于水量平衡原理，将每一个栅格的降水量减去蒸散发得到该栅格的产水量值，该值包括地表产流、土壤含水量、枯落物持水量以及冠层截留量[68, 69]。
2.2.2 水源涵养率计算
水源涵养量与降水量关系密切，降雨量大的地方水源涵养量往往较大，降雨量少的地方水源涵养量则较小。对于流域水源涵养能力的评估，若将降雨量差异原因排除则更具合理性。因此，本文构建水源涵养率，即水源涵养量与降水比值，借以表征流域水源涵养能力。水源涵养量由InVEST模型得到的产水量，基于地形指数、土壤饱和导水率与地表径流系数构成修正模型对产水量结果进行修正[70]，并结合径流在栅格上停留时间得出[71]。由此得出的水源涵养量是降水除去蒸发和地表径流后，渗入地下的水量。
2.2.3 景观格局指数选取
景观格局是指景观空间格局，包括景观组成单元的类型、数目及空间分布与配置。景观指数能够高度浓缩景观格局信息、表达景观组成特征和空间结构特征的简单定量指标[72]。用景观指数描述景观格局及变化，建立格局与景观过程之间的联系，是景观生态学最常用的定量化研究方法[73]。由于各景观指数数量众多，部分指数间存在信息冗余，所以选取典型指数来表征景观格局并结合太子河流域自身自然地理环境，以Fragstats4.2软件为支撑，参考前人的研究[51- 52, 74-75]，最终选取斑块密度（PD），边缘密度（ED），最大斑块数（LPI），平均斑块面积（AREA-MN），斑块占景观面积比例（PLAND），蔓延度指数（CONTAG），香农多样性指数（SHDI）和聚集度指数（AI）8个指数。
3 太子河流域景观格局演变 ............................. 17
3.1 太子河流域土地利用变化分析 .......................... 17
3.2 太子河流域景观演变分析 .............................. 18
4 太子河流域水源涵养时空分布特征 ................................. 23
4.1 太子河流域水源涵养时间变化分析 .......................... 23
4.2 太子河流域水源涵养空间变化分析 ........................... 23
5 太子河流域景观演变对水源涵养的影响 ............................. 30
5.1 景观格局与水源涵养相关性分析 .................................. 30
5.1.1 景观水平 ................................. 30
5.1.2 类型水平 .................................. 31
5 太子河流域景观演变对水源涵养的影响
5.1 景观格局与水源涵养相关性分析
5.1.1 景观水平
本文选用两个时间尺度和子流域空间尺度进行分析。选用2000年和2018年两期土地利用，分别代表2000-2010、2010-2020年的土地利用情况，为研究景观格局与水源涵养的潜在关系，做2000-2010多年平均水源涵养率和2010-2020多年平均水源涵养率与之匹配。将2000年土地利用和2000-2010多年平均水源涵养率进行相关分析，2018年土地利用和2010-2020多年平均水源涵养率进行相关分析。结合研究区实际状况，借助 ArcGIS10.4软件中的水文分析模块，通过填洼、计算流水累积量等步骤对 DEM 数据进行处理划分得到35个子流域，在子流域空间尺度上进行相关性分析。
通过表5.1可以看出，景观水平指标与水源涵养率相关性较高，2000年，PD、AREA-MN、CONTAG、SHDI与水源涵养在0.01水平上显著相关；其中AREA-MN、CONTAG与水源涵养呈正相关关系，表明随着平均斑块面积的增大、蔓延度的提高，会导致水源涵养呈现上升趋势；PD、SHDI与水源涵养呈负相关关系，表明随着景观破碎度的增加及多样性的提高，会导致水源涵养减少。2018年，LPI、AREA-MN、AI与水源涵养在0.05水平上显著相关，CONTAG、SHDI在0.01水平上与水源涵养显著相关，其中LPI、AREA-MN、CONTAG、AI与水源涵养呈现正相关关系，SHDI与水源涵养呈现负相关关系，表明随着景观最大斑块指数的增加、平均斑块面积的增大，蔓延度的增加、聚集度提高会导致水源涵养提高，而随着景观多样性的增大，会导致水源涵养的降低。
6 结论与展望
6.1 结论
（1）林地和耕地是太子河流域最主要的土地利用类型，在研究时段内，流域水域、建设用地面积增加，林地、耕地、草地、未利用地面积均减少。其中建设用地面积增加最多，耕地面积减少最多，林地面积则变化较小。增加的建设用地多由耕地转化而来，耕地多转化为林地，林地则转化为耕地较多。
（2）2000-2020年太子河流域景观格局变化较大。研究期斑块密度增加，平均斑块面积减小，流域破碎化程度增加；最大斑块指数增加，流域优势度面积增大；景观蔓延度指数呈下降趋势，不同斑块类型间的聚合度在降低，空间分布逐渐趋向分散；景观多样性指数增加，多样性提高；而聚集度指数表现出减少趋势。近年来，流域景观类型向破碎化、多样化和分散化方向发展。
太子河流域景观类型水平表现为：建设用地破碎程度最高；林地具有显著优势，耕地的边缘破碎度最大，耕地和林地破碎化进程加快，地类连续性变差；草地和未利用地斑块密度在下降，向面状发展；水域斑块数量和密度大致不变；研究区的土地利用类型均有较高的聚集度。
（3）太子河流域多年平均降雨量为770mm，2000-2018年总体呈不显著上升趋势，上升速率为2.78mm/a。流域多年平均产水深度为172 mm，总体呈不显著上升趋势，上升速率为1.78mm/a。流域多年平均水源涵养深度为89.77mm，水源涵养总量12.46亿m3。在研究时段内，流域水源涵养深度总体呈不显著上升趋势，上升速率为8.08mm/10a。水源涵养量空间分布呈现出自东向西逐步递减的变化趋势。
参考文献（略）