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在河流水质影响因素研究中，景观特征的作用至关重要却在亚热带丘陵地区尚不明确。研究人员以赣江上游为对象，运用冗余分析（RDA）和多元线性回归（MLR）模型展开研究。结果发现流域景观特征对水质变化解释力更强，且冬季影响更大。该研究为景观规划提供科学依据。
河流水质与人们的生活息息相关，它直接关系到当地饮用水安全、环境健康以及可持续发展。然而，当前河流水污染问题却普遍存在，无论是人为还是非人为因素导致的水污染，都受到了全球的广泛关注。景观作为影响河流水质的关键因素之一，其通过影响径流中污染物的运输、转化和释放过程，对水质产生作用。深入了解景观特征，对改善河流水质、推动区域可持续发展意义重大。但景观特征对河流水质的影响在不同地理区域存在差异，特别是在亚热带丘陵地区，这种影响尚不明确。此外，景观特征影响河流水质的空间尺度效应也颇具争议，究竟是流域尺度还是缓冲带尺度对水质变化的解释力更强，尚无定论。在这样的背景下，开展相关研究以明晰景观特征对亚热带丘陵地区河流水质的影响显得尤为迫切。
为了解决这些问题，中南林业科技大学国家林业与生态应用技术工程实验室、中南林业科技大学生命与环境科学学院以及赣南医学院公共卫生与健康管理学院的研究人员，以赣江上游流域这一典型亚热带丘陵地区为研究对象，开展了景观特征对河流水质影响的研究。研究成果发表在《Scientific Reports》上，为景观规划和水质保护提供了重要的科学依据。
研究人员采用了多种关键技术方法。在数据获取方面，从国家地表水水质监测小组（NSWQMP）获取了 2021 年 1 月和 7 月赣江上游 15 个监测站的水质数据。在景观特征分析上，利用分辨率为 30m 的 2021 年土地利用数据，借助 FRAGSTATS V4.2 程序计算景观特征；同时从地理空间数据云获取数字高程模型（DEM）数据，通过 ArcGIS 10.2 软件计算地理因素。在数据分析时，运用冗余分析（RDA）和多元线性回归（MLR）模型探究景观特征对水质的影响，采用非参数变化点分析（nCPA）确定景观特征导致水质突变的阈值。
研究结果如下：
- 水质指标的季节差异：总体而言，冬季总氮（TN）、氨氮（NH3-N）和五日生化需氧量（BOD5）的浓度显著高于夏季，而化学需氧量（COD）的浓度在夏季更高。平均 TN 浓度超过国家地表水环境质量标准 III 类限值，尤其在冬季超标明显。
- 景观特征分析：在缓冲带和流域尺度上，耕地和森林占主导地位。缓冲带的耕地比例高于流域，森林覆盖情况则相反。缓冲带的斑块密度（PD）平均值较高，而流域尺度上聚合指数（AI）、最大斑块指数（LPI）和景观形状指数（LSI）的平均值更高（除部分土地利用类型的特定指标外）。
- 关键景观特征对总体水质指标的影响：RDA 结果显示，冬季关键景观特征对水质变化的解释比例为 33.1% - 59.3%，高于夏季，且在流域尺度的解释力更强。在缓冲带，夏季坡度对水质贡献最大；冬季草地成为影响水质变化的主要因素，与所有水质指标呈负相关。在流域尺度，夏季 LPIimp、AIimp和 AIcrop是关键景观特征；冬季 AIgrass、AIforest、不透水表面（Impervious）和 LPIcrop的贡献较大。
- 关键景观特征对各水质指标的影响：通过 MLR 模型深入分析发现，冬季在缓冲带，草地与 COD、BOD5、总磷（TP）和 TN 呈负相关；LPIforest与 COD、BOD5正相关，与 NH3-N 负相关。在流域尺度，不透水表面与 COD、NH3-N 和 TN 正相关；LPIcrop与 NH3-N 和 TN 负相关；AIforest与 COD 和 TP 正相关，AIgrass与它们负相关。
- 突变点的识别：nCPA 分析表明，在缓冲带，当 LPIforest超过 7.48%、草地超过 0.193% 时，能促进水质净化；在流域尺度，不透水表面不超过 2.92%、AIforest超过 98.6% 有利于冬季河流水质改善。
研究结论和讨论部分指出，景观特征对河流水质影响显著，不同土地利用类型及其结构配置通过影响污染物进入河流的方式，对水质产生不同作用。如森林在夏季对水质有积极影响，但冬季可能因枯枝落叶导致部分营养物质进入河流，影响水质。草地在冬季对改善水质作用关键，但与坡度关联时可能影响河流 BOD5 。此外，研究还揭示了景观特征影响水质的时空效应，流域尺度景观特征对水质变化解释力更强，且冬季影响更明显。同时，研究确定的景观特征阈值，为景观管理提供了量化依据，建议在流域尺度控制不透水表面和农田结构，在缓冲带关注森林、草地和坡度结构，以保护赣江上游水质。该研究全面揭示了亚热带丘陵地区景观特征与河流水质的关系，为景观规划和水质保护提供了科学指导，对推动区域生态可持续发展具有重要意义。
