富营养是水体营养状态演变的目的。水体富营养化导致了一系列环境和生态危机，包括藻类和其他浮游生物的过度生长、氧气浓度降低导致的水质恶化、藻类和细菌产生毒素（如蓝藻产生的微囊藻毒素），鱼类和其他生物死亡等。水体富营养化在许多湖泊、水库、河流和沿海地区普遍存在，危害环境、渔业、农业和居民健康，严重制约着社会经济的可持续发展，因此被形象地称为“生态癌症”。三峡水库自运行以来，伴随着一系列环境问题，特别是水体富营养化和藻类的爆发。然而，目前量化的人类活动对三峡支流营养状态演变的长期影响研究还较为缺乏，再加上研究尺度不一致，导致不同研究的结果差异很大。因此，本研究以包含采样点的小流域范围为尺度，讨论人为活动对三峡水库支流营养状态演变对人类活动的响应，以为决策者有效进行生态修复提供依据。2014–2020年，本研究团队对三峡水库上游多条支流（图1）进行了原位监测，基于小流域范围（图2）和土地利用遥感数据，利用量化的人类活动模型（地表人类活动强度）耦合支流流域水体营养状态变化，探讨变化的人类活动对水体营养状态演化的影响。
图1 研究区域及采样范围
图2 “小流域”尺度的界定范围
三峡水库上游各支流的营养状态表现出强烈的时空差异和季节性规律。苎溪河流域（T1）的平均综合营养指数（TLI）高，该支流位于重庆市万州区，是三峡库区较大的消落带之一，每年有约1.44×108m3径流流入长江干流，形成三峡库区水位波动区之一。蓄水后水文条件和流速的变化是该支流富营养化加剧的重要原因，且城市和郊区不透水表面（如屋顶、街道和停车场等）的增加，加剧了降雨径流的面源污染效应。虽然研究结果没有显示出明显的年度营养状况规律，但季节差异显著，各支流在7、8月份均有富营养状态（TLI>50）出现，夏季高，冬季低（图3）。夏季高温和强光照有利于藻类的快速生长，加上降雨径流携带周边营养物质进入水体，极易造成局部水体富营养化及水华。
图3 三峡水库上游支流营养状态的时空差异
2014–2020年期间，研究区域的土地利用覆盖发生了显著变化，主要特征是森林和草地大幅减少，上游地区的农业用地和建设用地迅速增加。高营养状态和富营养化频率与高比例的农业和建设用地表现出强烈的空间一致性，支流的营养状态指数随流域人类活动强度呈显著正相关（p<0.0001，r2=0.38），当人类活动强度由低变高时，支流的营养状态有由中营养向富营养转变的趋势（图4）。虽然营养状态的进化是一个长期的自然进化过程，但我们的研究结果表明，人类活动可以加速这一过程。
农牧业、采矿业、制造业、能源供应和城市建设可以通过改变地表显著影响原始自然环境，农业和建设用地对水体营养状况有不利影响。人类活动（如城市发展和土地利用覆盖变化）增加的贡献被广泛认为是长江水污染的主要驱动因素。当人为土地利用覆盖偏离自然土地利用能力时，水质恶化加速。快速城市化和工业化导致的密集建设用地扩张与水污染显著正相关，通过不透水道路、交通排放、城市径流和大气沉降增加了额外的营养负荷。农业活动通过施肥和农药投入强烈影响支流水的养分浓度。过多的营养物质可能通过地表径流进入地表水体，从而在丰水期造成支流流域发生更大的富营养化风险。具有大片绿地（包括森林和草地）的支流流域，植被能吸收大量养分并防止土壤侵蚀，从而对整个生态系统产生积极影响。人为改造的自然绿地和水体对地表影响较小，因此，具有高比例绿地的支流流域遭受富营养化风险的可能较小。
图4 人类活动强度和水体营养状态的关系
由于支流流域内的各种土地利用模式相互发生作用，因此我们无法使用单一土地利用覆盖变化类型有效关联水体的营养状态。基于土地利用与自然交换程度的地表人类活动强度模型（HAILS）为我们提供了一个有效的解决方案。同一数值的HAILS可能包含多种土地利用类型的组合，这为决策者提供了更多样化的土地利用配置选项以减少人为改造对自然环境的影响（图5），“小流域”尺度的选择又强化了采样点的监测数据可靠性。事实证明，积极的土地利用政策，如退耕还林计划等，能有效促进生态脆弱地区的生态系统恢复。
图5 图形摘要
