人类活动和气候变化导致的景观格局变化严重影响地表水水质。近几十年来全球景观格局发生了巨大变化，目前已超过气候变化，成为影响流域生态过程的主要因素，对全球水安全和可持续发展构成严峻挑战。然而，由于区域间地理条件和社会经济条件的差异，景观格局变化表现出严重的不均衡；全球范围内不平等的景观格局变化对水质的影响是否一致，以及该影响在全球尺度上的变化是否具有规律性，仍然未知。
针对上述问题，中国科学院东北地理所湿地遥感学科组的研究人员综合了1976至2022年世界范围内63个国家的625项区域性研究，总结了当前研究现状，揭示了全球各景观组分变化对地表水质的影响，并集成统计分析和机器学习，分析了水体类型、纬度、气候、空间尺度等因素作用下的效应变化和时间演变特征。
图1 全球625项原位研究的空间分布、研究趋势以及研究热点
研究发现，全球景观格局变化对地表水质影响的研究重点与区域社会经济发展和城市化进程高度相关。其中，水质指标对流域城市用地、农业用地、森林和湿地的覆盖率变化的响应在全球范围内具有较高一致性，而对草地、裸地等响应具有较大差异。在过去的20年里，城市用地扩张造成了全球范围内的水质退化，低纬度地区和干旱地区的水质受城市扩张影响尤为严重。森林覆盖率提升对减轻水污染风险具有显著效果，能够有效降低水体中营养素、生物和重金属污染物浓度，其中低纬度森林对水质的净化作用尤为突出。农业用地变化对水质的效应具有空间尺度依赖性，随缓冲区半径的扩大呈现先减小后增大的趋势。湿地在景观中比例相对较小，其覆盖率变化与TN和TP等水质指标在全球尺度上没有体现出明显的相关性；然而湿地覆盖率与COD等水体有机质浓度指标呈显著正相关，相关系数在寒带地区最高(r=0.82,p<0.01)。总体而言，自20世纪90年代以来，各类型景观变化对全球水质的影响都在不断加剧。
图2 不同景观组分变化对各水质指标影响的全球总体效应值
该研究揭示了全球尺度景观格局变化对水质的影响的一致性和地区之间的异质性，系统解析了在世界范围内的效应变化规律，对于水土资源管理具有重要的指示意义。
研究成果近期在线发表在国际期刊Water Research上（IF=12.8）。由研究助理石新颖（第一作者）、毛德华研究员（通讯作者）、宋开山研究员、王宗明研究员等共同完成。该研究得到了国家自然科学基金(U23A2008；42171379)，中国科学院青年创新促进会(2017277)和中国科学院东北地理所青年科学家小组项目(2022QNXZ03)等共同资助。
论文信息：
Shi,Xingying;Mao,Dehua;Song,Kaishan;Xiang,Hengxing;Li,Sijia;Wang,Zongming. Effects of landscape changes on water quality: a global meta-analysis. Water Research,2024,260: 121946.
论文链接：
https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.121946
