富營(yíng)養是水體營(yíng)養狀態(tài)演變的目的。水體富營(yíng)養化導致了一系列環(huán)境和生態(tài)危機，包括藻類(lèi)和其他浮游生物的過(guò)度生長(cháng)、氧氣濃度降低導致的水質(zhì)惡化、藻類(lèi)和細菌產(chǎn)生毒素（如藍藻產(chǎn)生的微囊藻毒素），魚(yú)類(lèi)和其他生物死亡等。水體富營(yíng)養化在許多湖泊、水庫、河流和沿海地區普遍存在，危害環(huán)境、漁業(yè)、農業(yè)和居民健康，嚴重制約著(zhù)社會(huì )經(jīng)濟的可持續發(fā)展，因此被形象地稱(chēng)為“生態(tài)癌癥”。三峽水庫自運行以來(lái)，伴隨著(zhù)一系列環(huán)境問(wèn)題，特別是水體富營(yíng)養化和藻類(lèi)的爆發(fā)。然而，目前量化的人類(lèi)活動(dòng)對三峽支流營(yíng)養狀態(tài)演變的長(cháng)期影響研究還較為缺乏，再加上研究尺度不一致，導致不同研究的結果差異很大。因此，本研究以包含采樣點(diǎn)的小流域范圍為尺度，討論人為活動(dòng)對三峽水庫支流營(yíng)養狀態(tài)演變對人類(lèi)活動(dòng)的響應，以為決策者有效進(jìn)行生態(tài)修復提供依據。2014–2020年，本研究團隊對三峽水庫上游多條支流（圖1）進(jìn)行了原位監測，基于小流域范圍（圖2）和土地利用遙感數據，利用量化的人類(lèi)活動(dòng)模型（地表人類(lèi)活動(dòng)強度）耦合支流流域水體營(yíng)養狀態(tài)變化，探討變化的人類(lèi)活動(dòng)對水體營(yíng)養狀態(tài)演化的影響。
圖1 研究區域及采樣范圍
圖2 “小流域”尺度的界定范圍
三峽水庫上游各支流的營(yíng)養狀態(tài)表現出強烈的時(shí)空差異和季節性規律。苧溪河流域（T1）的平均綜合營(yíng)養指數（TLI）高，該支流位于重慶市萬(wàn)州區，是三峽庫區較大的消落帶之一，每年有約1.44×108m3徑流流入長(cháng)江干流，形成三峽庫區水位波動(dòng)區之一。蓄水后水文條件和流速的變化是該支流富營(yíng)養化加劇的重要原因，且城市和郊區不透水表面（如屋頂、街道和停車(chē)場(chǎng)等）的增加，加劇了降雨徑流的面源污染效應。雖然研究結果沒(méi)有顯示出明顯的年度營(yíng)養狀況規律，但季節差異顯著(zhù)，各支流在7、8月份均有富營(yíng)養狀態(tài)（TLI>50）出現，夏季高，冬季低（圖3）。夏季高溫和強光照有利于藻類(lèi)的快速生長(cháng)，加上降雨徑流攜帶周邊營(yíng)養物質(zhì)進(jìn)入水體，極易造成局部水體富營(yíng)養化及水華。
圖3 三峽水庫上游支流營(yíng)養狀態(tài)的時(shí)空差異
2014–2020年期間，研究區域的土地利用覆蓋發(fā)生了顯著(zhù)變化，主要特征是森林和草地大幅減少，上游地區的農業(yè)用地和建設用地迅速增加。高營(yíng)養狀態(tài)和富營(yíng)養化頻率與高比例的農業(yè)和建設用地表現出強烈的空間一致性，支流的營(yíng)養狀態(tài)指數隨流域人類(lèi)活動(dòng)強度呈顯著(zhù)正相關(guān)（p<0.0001，r2=0.38），當人類(lèi)活動(dòng)強度由低變高時(shí)，支流的營(yíng)養狀態(tài)有由中營(yíng)養向富營(yíng)養轉變的趨勢（圖4）。雖然營(yíng)養狀態(tài)的進(jìn)化是一個(gè)長(cháng)期的自然進(jìn)化過(guò)程，但我們的研究結果表明，人類(lèi)活動(dòng)可以加速這一過(guò)程。
農牧業(yè)、采礦業(yè)、制造業(yè)、能源供應和城市建設可以通過(guò)改變地表顯著(zhù)影響原始自然環(huán)境，農業(yè)和建設用地對水體營(yíng)養狀況有不利影響。人類(lèi)活動(dòng)（如城市發(fā)展和土地利用覆蓋變化）增加的貢獻被廣泛認為是長(cháng)江水污染的主要驅動(dòng)因素。當人為土地利用覆蓋偏離自然土地利用能力時(shí)，水質(zhì)惡化加速。快速城市化和工業(yè)化導致的密集建設用地擴張與水污染顯著(zhù)正相關(guān)，通過(guò)不透水道路、交通排放、城市徑流和大氣沉降增加了額外的營(yíng)養負荷。農業(yè)活動(dòng)通過(guò)施肥和農藥投入強烈影響支流水的養分濃度。過(guò)多的營(yíng)養物質(zhì)可能通過(guò)地表徑流進(jìn)入地表水體，從而在豐水期造成支流流域發(fā)生更大的富營(yíng)養化風(fēng)險。具有大片綠地（包括森林和草地）的支流流域，植被能吸收大量養分并防止土壤侵蝕，從而對整個(gè)生態(tài)系統產(chǎn)生積極影響。人為改造的自然綠地和水體對地表影響較小，因此，具有高比例綠地的支流流域遭受富營(yíng)養化風(fēng)險的可能較小。
圖4 人類(lèi)活動(dòng)強度和水體營(yíng)養狀態(tài)的關(guān)系
由于支流流域內的各種土地利用模式相互發(fā)生作用，因此我們無(wú)法使用單一土地利用覆蓋變化類(lèi)型有效關(guān)聯(lián)水體的營(yíng)養狀態(tài)。基于土地利用與自然交換程度的地表人類(lèi)活動(dòng)強度模型（HAILS）為我們提供了一個(gè)有效的解決方案。同一數值的HAILS可能包含多種土地利用類(lèi)型的組合，這為決策者提供了更多樣化的土地利用配置選項以減少人為改造對自然環(huán)境的影響（圖5），“小流域”尺度的選擇又強化了采樣點(diǎn)的監測數據可靠性。事實(shí)證明，積極的土地利用政策，如退耕還林計劃等，能有效促進(jìn)生態(tài)脆弱地區的生態(tài)系統恢復。
圖5 圖形摘要
