当前, 我国在城镇化大背景下社会经济的高速发展极大地改变了土地利用方式, 土地利用变化可导致流域营养物富集、水环境容量降低和水生态系统服务功能损失[1-2]。大量未充分处理的工业、农业和生活污水排入河流, 使水体营养物质浓度升高, 水体物理、化学条件改变, 进而破坏水生生态系统结构和功能[3-5]。近20年来水质恶化问题在中国逐渐成为社会经济可持续发展的主要限制因素之一[6-7]。在生态文明建设关键期和新型城镇化大背景下, 分析土地利用变化特征和景观格局与河流水质的关系对流域水资源可持续利用、恢复河流生态系统和降低河流污染风险具有重要的意义[8]。
研究景观格局特征对水质的影响被认为是预测污染潜力和进行流域管理实践的关键[9]。景观格局是指土地利用类型的形状、比例和空间配置[10], 可以通过景观指数定量化表示[11]。过去的研究集中在土地利用类型组成以及景观配置和结构指数与水质的关系, 如基于斑块水平、类型水平和景观水平的斑块密度、边缘密度、景观形状指数和多样性指数等[7-9], 而较少关注地形特征和景观距离对水质的影响。“源”景观和“汇”景观通过景观之间的位置关系和地形地势特征可以更合理地揭示非点源污染的主要来源和传输途径[12-13]。“源”景观和“汇”景观分别指促进和阻碍非点源污染发生的景观类型, 是近年来新发展的一种用于景观格局分析的研究手段, 特别适合流域尺度分析[14]。但是, 亚热带小流域目前尚未见到较为全面的考虑景观组成、配置、空间位置和地形特征与流域水质的关系研究。
后溪流域位于中国福建东南部, 后溪是厦门市第二大河流。后溪流域上游为石兜和坂头水库, 下游是杏林湾水库[15]。石兜和坂头水库主要功能是饮用水供给, 杏林湾水库是集美区重要的景观水体, 因此后溪是厦门市经济和社会可持续发展的重要淡水资源[16]。近年来, 后溪流域下游受人为干扰大, 面临生态退化、生物多样性丧失及水环境恶化等问题。这与城市规划的生态观光区、旅游度假区和滨水生活区定位不协调, 而且生态研究治理水平滞后于经济发展。据调查, 后溪流域内共分布有93个排污口, 农业、工业和生活污水中的总氮和总磷对后溪流域的负荷量分别为269.67 t/a和25.79 t/a；其中农业面源污染、生活污水和畜禽养殖是流域的主要污染源, 占后溪流域污染负荷的90%以上[17]。目前, 已有学者对后溪流域的土壤重金属、水质变化、地表特征和浮游生物群落的研究[18-21], 但均未充分考虑后溪流域景观特征的时空变化与水质的关系。因此,