富營養(yǎng)是水體營養(yǎng)狀態(tài)演變的目的。水體富營養(yǎng)化導(dǎo)致了一系列環(huán)境和生態(tài)危機，包括藻類和其他浮游生物的過度生長、氧氣濃度降低導(dǎo)致的水質(zhì)惡化、藻類和細菌產(chǎn)生毒素（如藍藻產(chǎn)生的微囊藻毒素），魚類和其他生物死亡等。水體富營養(yǎng)化在許多湖泊、水庫、河流和沿海地區(qū)普遍存在，危害環(huán)境、漁業(yè)、農(nóng)業(yè)和居民健康，嚴重制約著社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，因此被形象地稱為“生態(tài)癌癥”。三峽水庫自運行以來，伴隨著一系列環(huán)境問題，特別是水體富營養(yǎng)化和藻類的爆發(fā)。然而，目前量化的人類活動對三峽支流營養(yǎng)狀態(tài)演變的長期影響研究還較為缺乏，再加上研究尺度不一致，導(dǎo)致不同研究的結(jié)果差異很大。因此，本研究以包含采樣點的小流域范圍為尺度，討論人為活動對三峽水庫支流營養(yǎng)狀態(tài)演變對人類活動的響應(yīng)，以為決策者有效進行生態(tài)修復(fù)提供依據(jù)。2014–2020年，本研究團隊對三峽水庫上游多條支流（圖1）進行了原位監(jiān)測，基于小流域范圍（圖2）和土地利用遙感數(shù)據(jù)，利用量化的人類活動模型（地表人類活動強度）耦合支流流域水體營養(yǎng)狀態(tài)變化，探討變化的人類活動對水體營養(yǎng)狀態(tài)演化的影響。
圖1 研究區(qū)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養(yǎng)狀態(tài)表現(xiàn)出強烈的時空差異和季節(jié)性規(guī)律。苧溪河流域（T1）的平均綜合營養(yǎng)指數(shù)（TLI）高，該支流位于重慶市萬州區(qū)，是三峽庫區(qū)較大的消落帶之一，每年有約1.44×108m3徑流流入長江干流，形成三峽庫區(qū)水位波動區(qū)之一。蓄水后水文條件和流速的變化是該支流富營養(yǎng)化加劇的重要原因，且城市和郊區(qū)不透水表面（如屋頂、街道和停車場等）的增加，加劇了降雨徑流的面源污染效應(yīng)。雖然研究結(jié)果沒有顯示出明顯的年度營養(yǎng)狀況規(guī)律，但季節(jié)差異顯著，各支流在7、8月份均有富營養(yǎng)狀態(tài)（TLI>50）出現(xiàn)，夏季高，冬季低（圖3）。夏季高溫和強光照有利于藻類的快速生長，加上降雨徑流攜帶周邊營養(yǎng)物質(zhì)進入水體，極易造成局部水體富營養(yǎng)化及水華。
圖3 三峽水庫上游支流營養(yǎng)狀態(tài)的時空差異
2014–2020年期間，研究區(qū)域的土地利用覆蓋發(fā)生了顯著變化，主要特征是森林和草地大幅減少，上游地區(qū)的農(nóng)業(yè)用地和建設(shè)用地迅速增加。高營養(yǎng)狀態(tài)和富營養(yǎng)化頻率與高比例的農(nóng)業(yè)和建設(shè)用地表現(xiàn)出強烈的空間一致性，支流的營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)隨流域人類活動強度呈顯著正相關(guān)（p<0.0001，r2=0.38），當(dāng)人類活動強度由低變高時，支流的營養(yǎng)狀態(tài)有由中營養(yǎng)向富營養(yǎng)轉(zhuǎn)變的趨勢（圖4）。雖然營養(yǎng)狀態(tài)的進化是一個長期的自然進化過程，但我們的研究結(jié)果表明，人類活動可以加速這一過程。
農(nóng)牧業(yè)、采礦業(yè)、制造業(yè)、能源供應(yīng)和城市建設(shè)可以通過改變地表顯著影響原始自然環(huán)境，農(nóng)業(yè)和建設(shè)用地對水體營養(yǎng)狀況有不利影響。人類活動（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江水污染的主要驅(qū)動因素。當(dāng)人為土地利用覆蓋偏離自然土地利用能力時，水質(zhì)惡化加速。快速城市化和工業(yè)化導(dǎo)致的密集建設(shè)用地擴張與水污染顯著正相關(guān)，通過不透水道路、交通排放、城市徑流和大氣沉降增加了額外的營養(yǎng)負荷。農(nóng)業(yè)活動通過施肥和農(nóng)藥投入強烈影響支流水的養(yǎng)分濃度。過多的營養(yǎng)物質(zhì)可能通過地表徑流進入地表水體，從而在豐水期造成支流流域發(fā)生更大的富營養(yǎng)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(yǎng)分并防止土壤侵蝕，從而對整個生態(tài)系統(tǒng)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養(yǎng)化風(fēng)險的可能較小。
圖4 人類活動強度和水體營養(yǎng)狀態(tài)的關(guān)系
由于支流流域內(nèi)的各種土地利用模式相互發(fā)生作用，因此我們無法使用單一土地利用覆蓋變化類型有效關(guān)聯(lián)水體的營養(yǎng)狀態(tài)。基于土地利用與自然交換程度的地表人類活動強度模型（HAILS）為我們提供了一個有效的解決方案。同一數(shù)值的HAILS可能包含多種土地利用類型的組合，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的監(jiān)測數(shù)據(jù)可靠性。事實證明，積極的土地利用政策，如退耕還林計劃等，能有效促進生態(tài)脆弱地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)。
圖5 圖形摘要
