來(lái)水量減少下植被覆蓋增長(zhǎng)對(duì)千島湖藻華發(fā)生的影響

祝小會(huì)，陳 誠(chéng)

(1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司培訓(xùn)中心浙西分中心，浙江 杭州 311600；2.浙江師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 金華 321004)

0 引言

千島湖(也稱新安江水庫(kù))是中國(guó)長(zhǎng)三角地區(qū)最大的人工湖與水源地，是一個(gè)復(fù)雜的河庫(kù)交匯系統(tǒng)。千島湖上游集水流域(以下簡(jiǎn)稱千島湖流域)包括：浙江省淳安縣全境、建德市部分；安徽省黃山市大部及績(jī)溪縣等，是長(zhǎng)三角地區(qū)重要的生態(tài)屏障(圖1)。隨著城市化的推進(jìn)，錢塘江流域用水需求將增加，千島湖對(duì)下游地區(qū)生活、生產(chǎn)供水具有不可替代的作用。新安江(從安徽入境千島湖)是入千島湖的最大河流，其平均出境水量占千島湖年均入庫(kù)水量近7成，所以新安江上游水質(zhì)優(yōu)劣與來(lái)水量的多寡在很大程度上決定著千島湖水質(zhì)的好壞與水資源總量的調(diào)配[1-3]。作為大型人工、山谷型深水水庫(kù)，與天然湖泊相比千島湖成庫(kù)時(shí)間并不長(zhǎng)，所以水體中浮游植物生物量相對(duì)較少，水質(zhì)清澈[4]。但隨著入庫(kù)營(yíng)養(yǎng)鹽的積累，浮游植物勢(shì)必響應(yīng)水體的逐年?duì)I養(yǎng)化。在20世紀(jì)90年代末(1998年、1999年)，千島湖中心湖區(qū)爆發(fā)有記載以來(lái)最大規(guī)模藍(lán)藻藻華引發(fā)當(dāng)?shù)毓┧C(jī)，引起公眾與中央的高度重視，促成了在生態(tài)有價(jià)補(bǔ)償基礎(chǔ)上浙江、安徽兩省為維持千島湖水質(zhì)不再惡化的共同努力。2000～2018年類似的大規(guī)模藻華事件沒(méi)有再次出現(xiàn)[1]。其 “保水”成功經(jīng)驗(yàn)主要?dú)w結(jié)于：安徽省新安江上游地區(qū)經(jīng)過(guò)數(shù)十年的生態(tài)恢復(fù)建設(shè)，森林覆蓋率逐年上升，水源涵養(yǎng)能力進(jìn)一步提高，為下游千島湖提供了優(yōu)質(zhì)水資源與水生態(tài)容量，并總結(jié)為：以“萬(wàn)畝林海涵養(yǎng)一江清水”[1]，但直接的科學(xué)數(shù)據(jù)支撐還非常少見(jiàn)。

圖1 千島湖上游集水流域及其西北河庫(kù)過(guò)渡區(qū)(黑點(diǎn)：走航觀測(cè)點(diǎn))Fig.1 The watershed of Lake Qiandaohu and its northwest river-lake transitional zone(black dots：sampling sites)

湯旭光等[5]依托長(zhǎng)時(shí)間序列遙感數(shù)據(jù)對(duì)千島湖流域2001～2013年植被覆蓋狀況進(jìn)行監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)：千島湖流域植被覆蓋狀況整體較好，從年際變化上看有增長(zhǎng)趨勢(shì)，整個(gè)流域的植被顯著改善區(qū)主要分布在千島湖流域上游安徽部分。但其研究并沒(méi)有分析植被覆蓋與水質(zhì)變化之間的聯(lián)系。對(duì)滇池的研究表明：在營(yíng)養(yǎng)鹽含量較高的湖濱帶，由于水生植物覆蓋度高，湖水保持了葉綠素a含量低的狀態(tài)[6]。李文朝[7]在太湖的工作也顯示：雖然東太湖的外源營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷是全太湖平均外源營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷量的4～5倍，但卻保持了全湖最好的清水狀態(tài)，其根本原因在于良好的水生植被(覆蓋)所提供的凈化機(jī)制。所以一些學(xué)者給出了重建千島湖湖濱植被帶的建議：湖濱自然生長(zhǎng)的植被緩沖帶，能有效控制養(yǎng)分和水土流失，凈化入湖地表徑流的水質(zhì)。近年來(lái)由于千島湖周邊的開(kāi)發(fā)建設(shè)，使千島湖環(huán)湖植被受到了不同程度的破壞，因此恢復(fù)、重建湖濱帶植被是整個(gè)湖泊生態(tài)修復(fù)工程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)[8]。但就已查閱到的相關(guān)文獻(xiàn)來(lái)看，在區(qū)域和季節(jié)尺度上聯(lián)系湖畔植被覆蓋變化對(duì)鄰近水體藻華生物量(葉綠素a濃度)的研究仍非常少見(jiàn)，因?yàn)殚L(zhǎng)期與大范圍的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查難度較大。從另一方面看：安徽入境千島湖來(lái)水量是影響千島湖中心湖區(qū)藻類生長(zhǎng)的主要因素，新安江上游的地表徑流是千島湖營(yíng)養(yǎng)鹽的主要來(lái)源，對(duì)千島湖全湖營(yíng)養(yǎng)鹽分布影響非常大[9]。前人研究表明：千島湖上游流域年際和年內(nèi)的降水量、徑流量分配不均；千島湖中心湖區(qū)氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)顯著增高通常是伴隨與出現(xiàn)在上游降雨量大、來(lái)水徑流量多的豐水期。由于千島湖是山谷型深水水庫(kù)，有機(jī)物質(zhì)沉淀充分，加上季節(jié)性溫躍層出現(xiàn)，水體中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)再懸浮與被利用過(guò)程較慢，所以上游來(lái)水，特別是安徽入境千島湖來(lái)水所攜帶的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是千島湖中心湖區(qū)表層水體中藻類生長(zhǎng)最主要的營(yíng)養(yǎng)來(lái)源[2，10-12]。為此本文基于2013～2018年遙感觀測(cè)，采用歸一化植被指數(shù)(NDVI)反演的千島湖河庫(kù)過(guò)渡區(qū)湖畔植被覆蓋度與水體中浮游植物葉綠素a濃度(Chl-a)數(shù)據(jù)，探索湖畔植被覆蓋變化對(duì)水體葉綠素a濃度的影響。并進(jìn)一步探討近20年來(lái)整個(gè)千島湖流域植被覆蓋增長(zhǎng)與安徽入境千島湖來(lái)水量變化對(duì)緩解千島湖中心湖區(qū)藻華爆發(fā)的影響。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)與方法

1.1 研究區(qū)概況

千島湖上游集水流域(117.5°E～119.5°E，29°N-30.5°N)與安徽入境浙江(千島湖)來(lái)水的河庫(kù)過(guò)渡區(qū)：街口斷面以下至小金山大橋，主要涵蓋千島湖西北庫(kù)區(qū)(圖1)。依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與遙感觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，該河庫(kù)過(guò)渡區(qū)“水體部分與沿河岸線兩側(cè)90 m緩沖區(qū)”覆蓋了沿岸水生植被的主要生長(zhǎng)區(qū)域，提取該區(qū)域范圍內(nèi)遙感觀測(cè)的NDVI值可以較好的反演湖畔植被的生物量與生長(zhǎng)狀況。本文聚焦于千島湖河庫(kù)過(guò)渡區(qū)湖畔植被覆蓋變化對(duì)水體中葉綠素a濃度(表征藻類生物量的主要指標(biāo))的影響。依據(jù)圖1中“千島湖上游集水流域”所示，提取該紅色界線所包含區(qū)域內(nèi)實(shí)測(cè)或遙感的有效觀測(cè)值來(lái)表征：千島湖上游集水流域年降雨量與年均NDVI，以此研究其年際變化。在計(jì)算千島湖流域年降水量時(shí)，選取的代表性站點(diǎn)為：浙江省淳安縣，安徽省黃山市市轄區(qū)，休寧縣，歙縣與宣城市績(jī)溪縣，涵蓋了整個(gè)新安江上游流域(圖1)，采用算術(shù)平均法計(jì)算整個(gè)流域的平均降雨量[11]。千島湖入湖水量主要有兩塊，一是安徽入境水量，二是浙江境內(nèi)環(huán)湖各支流入湖水量。其中安徽入境水量涵蓋了整個(gè)新安江上游流域，按照多年平均值計(jì)算，其占每年入湖水量的68%以上[10-12]。安徽入境水量代表整個(gè)新安江上游流域通過(guò)街口斷面進(jìn)入千島湖中心湖區(qū)的水量，在《安徽省水資源公報(bào)》與《浙江省水資源公報(bào)》中有明確統(tǒng)計(jì)，本文直接采用。在進(jìn)行安徽入境水量與千島湖流域降雨量相關(guān)分析時(shí)，均針對(duì)整個(gè)新安江上游流域，在統(tǒng)計(jì)區(qū)域上保持一致。

1.2 研究數(shù)據(jù)與方法

依據(jù)前人相關(guān)研究，Landsat 系列30 m空間分辨率數(shù)據(jù)是可以免費(fèi)獲取的研究千島湖及其眾多狹灣、狹長(zhǎng)河庫(kù)過(guò)渡區(qū)最為理想的數(shù)據(jù)[13，14]。本文以30 m 空間分辨率Landsat 8的OLI相關(guān)產(chǎn)品為數(shù)據(jù)源(http：//earthexplorer.usgs.gov/)[15]，反演歸一化植被指數(shù)(NDVI)與浮游植物葉綠素a濃度(Chl-a)。

1.2.1 歸一化植被指數(shù)(NDVI)

NDVI可以反演湖畔植被(含水生植被與非水生植被)的生長(zhǎng)情況、生物量多寡與覆蓋度等，為大尺度、快速、動(dòng)態(tài)遙感監(jiān)測(cè)湖畔植被的時(shí)空變化提供可以量化的數(shù)據(jù)支撐。其觀測(cè)優(yōu)勢(shì)在于：對(duì)低密度植被覆蓋區(qū)域較為敏感，比較適合湖畔水面水生植物與濕地水生植被覆蓋度的遙感反演。可以有效區(qū)分：缺乏水生植被覆蓋的開(kāi)闊水域(NDVI值0 或負(fù)值)與有大面積水生植物覆蓋的區(qū)域(NDVI值>0)。野外觀測(cè)表明：隨著水生植被生物量的增加，植被蓋度提高，傳感器記錄的反射能量值來(lái)自植被的部分愈多[16]。本文采用公式(1)，針對(duì)河庫(kù)過(guò)渡區(qū)數(shù)據(jù)質(zhì)量相對(duì)較好的11期影像，提取反映該區(qū)域湖畔植被覆蓋度的NDVI區(qū)域面積平均值(月均值)，與同期葉綠素a濃度數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

NDVI=(B5-B4)/(B5+B4)

(1)

式中：B5為L(zhǎng)andsat 8的OLI 的近紅外波段；B4為紅光波段。

1.2.2 浮游植物葉綠素a濃度(Chl-a)

葉綠素a是浮游植物藻類的重要組成成分，其濃度的多寡是反映水體中藻類生物量多少的一個(gè)重要參數(shù)。利用遙感方法監(jiān)測(cè)水體葉綠素a濃度具有范圍廣，成本低和便于進(jìn)行長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)[13，14]。本文首先驗(yàn)證前人提出的基于LandSat 8的OLI數(shù)據(jù)反演千島湖庫(kù)區(qū)葉綠素a濃度的經(jīng)驗(yàn)公式(2)[13，14]。為保證數(shù)據(jù)間具有可比性，采用與上述NDVI數(shù)據(jù)相一致的2013年9月～2018年9月(均為夏、秋兩季)11期無(wú)云遙感影像，運(yùn)用公式(2)提取河庫(kù)過(guò)渡區(qū)內(nèi)浮游植物葉綠素a濃度區(qū)域面積平均值(月均值)。依據(jù)筆者2018年夏、秋兩季(6～11月)在千島湖西北庫(kù)區(qū)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)(圖1：走航觀測(cè)與取樣點(diǎn)，n=28)，通過(guò)比對(duì)實(shí)測(cè)與遙感數(shù)據(jù)(RMSE=0.001 mg/L，R2=0.71，n=77)進(jìn)一步驗(yàn)證公式(2)。結(jié)果表明：該公式是可接受的經(jīng)驗(yàn)公式，可以滿足相關(guān)研究需求。

(2)

式中：B2為L(zhǎng)andsat 8/OLI 的藍(lán)光波段，B3為綠光波段，B4為紅光波段[13，14]。

本文研究的河庫(kù)過(guò)渡區(qū)內(nèi)由于水生植被生長(zhǎng)周期(達(dá)到易于遙感觀測(cè)的足夠生物密度與覆蓋度)與天氣狀況限制(云量遮蔽影響)，每年可用的有效遙感影像較少，主要集中在每年7～11月的夏、秋兩季，此時(shí)水生植被覆蓋度為全年最大，但對(duì)應(yīng)NDVI值也不超過(guò)0.30。在冬、春兩季反演的NDVI值趨于0或負(fù)值，表明這兩個(gè)季節(jié)該區(qū)域水生植被覆蓋度很低。也必須考慮到論文采用光學(xué)遙感的局限性，其遙感反演的水體表層NDVI值只能反映：挺水植被與漂浮植物的覆蓋度，無(wú)法反映沉水植物的真實(shí)生長(zhǎng)狀況。論文假定：在研究區(qū)域內(nèi)0或負(fù)NDVI值代表無(wú)可以觀測(cè)或水生植被覆蓋較少的水體，隨著水面水生植被覆蓋度增加，遙感觀測(cè)的NDVI值也相應(yīng)增加。

1.2.3 其它數(shù)據(jù)

其它數(shù)據(jù)包括：黃山市森林覆蓋率(1996～2017年)，千島湖流域每月與年降雨量(1990～2017年)，安徽入境千島湖年水量(1990～2017年)等數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來(lái)源：中國(guó)氣象數(shù)據(jù)共享網(wǎng)，水利部太湖流域管理局《太湖流域及東南諸河水資源公報(bào)》(2003～2017年)，浙江省水利廳《浙江省水資源公報(bào)》(2009～2017年)，安徽省水利廳《安徽省水資源公報(bào)》(2001～2017年)，黃山市統(tǒng)計(jì)局《黃山市統(tǒng)計(jì)年鑒》(1996～2018年)與相關(guān)文獻(xiàn)等。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、歐式距離(Euclidean distanced-based similarity)，相關(guān)性分析等均基于IBM公司Statistical Program for Social Sciences(SPSS)for Windows軟件，如果P值<0.05 表示有統(tǒng)計(jì)顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 河庫(kù)過(guò)渡區(qū)植被覆蓋度與浮游植物葉綠素a濃度的相關(guān)性及其聯(lián)系機(jī)理

千島湖西北河庫(kù)過(guò)渡區(qū)是千島湖來(lái)水的關(guān)鍵生態(tài)屏障區(qū)[4，17]。多年野外調(diào)查表明：該河庫(kù)過(guò)渡區(qū)是外源性營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通向中心湖區(qū)的重要通道。在水生維管束植物長(zhǎng)勢(shì)茂盛的江段，浮游植物葉綠素a濃度很低，水質(zhì)較好[4]。無(wú)論河庫(kù)過(guò)渡區(qū)或淺水庫(kù)灣，水生維管束植物主要分布于水深4 m以淺的淤泥地帶，生長(zhǎng)旺季時(shí)水體表層密布大量鳳眼蓮與浮萍，水下密布金魚(yú)藻與輪葉黑藻[17]。盡管千島湖中心湖區(qū)岸坡陡峭，水生維管束植物分布數(shù)量與面積非常有限，但在河庫(kù)過(guò)渡區(qū)與淺水庫(kù)灣水生維管束植物分布廣泛，在維持生物多樣性與攔截徑流營(yíng)養(yǎng)物方面發(fā)揮重要作用。就整個(gè)湖區(qū)而言，水生維管束植物主要分布在河庫(kù)交點(diǎn)下游與淺水庫(kù)灣的淤泥底質(zhì)區(qū)域。隨著庫(kù)齡增加，淤泥面積擴(kuò)大，水生維管束植物分布范圍也相應(yīng)擴(kuò)大，其對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的“過(guò)濾”作用也相應(yīng)增長(zhǎng)。因?yàn)樗S管束植物因能吸收氮、磷等生源要素而與浮游植物產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，直接或間接減少水體中營(yíng)養(yǎng)鹽濃度，能在一定程度上控制藻類數(shù)量，降低富營(yíng)養(yǎng)化程度[18]。

本文研究為上述前人多年的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查認(rèn)識(shí)給出了遙感觀測(cè)證據(jù)：千島湖西北河庫(kù)過(guò)渡區(qū)的NDVI值(反映湖畔植被覆蓋和健康程度)越高，水體中葉綠素a濃度就越低。該規(guī)律在秋季比夏季表現(xiàn)得更為顯著。在區(qū)域尺度上，區(qū)域面積平均的植被覆蓋度(通過(guò)NDVI值來(lái)反演表征)與浮游植物葉綠素a濃度存在較強(qiáng)負(fù)相關(guān)性(R2=0.37，n=11，P=0.049)，即：在夏、秋水生植被生長(zhǎng)旺季，更多的湖畔植被覆蓋有助于降低水體中浮游植物葉綠素a 濃度，進(jìn)而有助于抑制藻華發(fā)生并保持水質(zhì)穩(wěn)定(圖2)。盡管在整個(gè)千島湖流域尺度上，農(nóng)田非點(diǎn)源污染控制和植被覆蓋增長(zhǎng)都有助于減緩水體富營(yíng)養(yǎng)化，但僅針對(duì)河庫(kù)過(guò)渡區(qū)沿岸水體(并非整個(gè)千島湖湖區(qū)水體)，在季節(jié)尺度上同期獲取的NDVI與葉綠素?cái)?shù)據(jù)應(yīng)能夠更加直接的反映沿岸植被覆蓋變化對(duì)水體中藻類生長(zhǎng)的影響。目前研究局限在于：缺乏春季3～6月遙感數(shù)據(jù)，該時(shí)段為研究區(qū)一年中雨季，云層遮擋較多，有效遙感數(shù)據(jù)很少；冬季(12～2月)水面植被覆蓋率較低，遙感反演NDVI數(shù)值趨于零或負(fù)值。所以選取夏季與秋季云量較少時(shí)段的觀測(cè)數(shù)據(jù)，其間水面植被和水體中浮游植物均處在一年中生物量較大時(shí)段易于水色遙感觀測(cè)，可以較為真實(shí)的反映其生長(zhǎng)情況并建立聯(lián)系。值得注意的是這里更關(guān)注：NDVI與葉綠素a濃度的“相對(duì)變化”與“相關(guān)性”，而不是浮游植物葉綠素a濃度的絕對(duì)變化趨勢(shì)。由于遙感觀測(cè)與葉綠素遙感反演算法及其驗(yàn)證的局限性，本文僅能夠分析2013～2018年11期(云量覆蓋較少)遙感影像的NDVI與葉綠素濃度(n=11)，所以可以有效匹配的數(shù)據(jù)量相對(duì)較少，無(wú)法反映水體中葉綠素a濃度的年際變化。

圖2 夏、秋季湖畔植被覆蓋度(NDVI)與浮游植物葉綠素a濃度的相關(guān)性Fig.2 The correlation between lakefront vegetation coverageand phytoplankton Chl-a on northwest river-lake transitionalzone of Lake Qiandaohu in the summer and fall

2.2 近16年來(lái)遙感觀測(cè)千島湖流域植被覆蓋度(NDVI)的四季變化

多年來(lái)黃山地區(qū)從流域整體性出發(fā)，統(tǒng)籌推進(jìn)森林生態(tài)建設(shè)，努力以“萬(wàn)畝林海涵養(yǎng)一江清水”，流域水體自凈能力顯著增強(qiáng)[1]。近20年來(lái)黃山地區(qū)森林覆蓋率與遙感觀測(cè)的千島湖流域植被覆蓋度(年均NDVI值)變化的交互驗(yàn)證表明：它們的年際變化趨勢(shì)高度正相關(guān)(R2=0.87，n=13，P<0.000 01，圖3)，遙感NDVI值可以真實(shí)的在流域尺度上反演表征植被覆蓋度變化[5]。盡管黃山地區(qū)森林覆蓋率涵蓋的范圍與本文研究的“千島湖上游集水流域”在空間覆蓋上并不完全一致。但依據(jù)《黃山市統(tǒng)計(jì)年鑒》，黃山地區(qū)森林覆蓋率調(diào)查范圍涵蓋了約三分之二的“千島湖上游集水流域”(本文遙感提取NDVI值的空間范圍)，所以有理由認(rèn)為將黃山地區(qū)森林覆蓋率與千島湖流域NDVI值作年際變化趨勢(shì)的比較是可以接受的，并以此來(lái)驗(yàn)證遙感數(shù)據(jù)的真實(shí)性。

圖3 黃山地區(qū)森林覆蓋率與千島湖流域NDVI值的年際變化比較Fig.3 Comparison of interannual variability between forest coverage of Huangshan regionand averaged NDVI of the watershed of Lake Qiandaohu

為了研究千島湖流域植被覆蓋度(NDVI)隨季節(jié)變化的特點(diǎn)，取2003～2018年每年各季節(jié)(冬季：12～2月，春季：3～5月，夏季：6～8月，秋季：9～11月)平均NDVI值代表當(dāng)年各季節(jié)植被狀態(tài)。結(jié)果表明：千島湖流域植被狀況整體較好，具有較高的NDVI值，特別是春、夏兩季地表植被覆蓋增加(圖4)可以有效的減少雨季(暴雨后)對(duì)山體土壤的侵蝕，從而有效減少進(jìn)入湖區(qū)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，降低藻華發(fā)生幾率[19]。16年間千島湖流域年均NDVI從0.65增長(zhǎng)到0.70，整體呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)(圖4)，該結(jié)果反映2003年以來(lái)千島湖流域植被保護(hù)較好并逐年增長(zhǎng)，這是千島湖水質(zhì)在整體上穩(wěn)定向好發(fā)展的重要保障[1]。

圖4 2003～2018年千島湖流域各季節(jié)(平均)NDVI值的年際變化Fig.4 Interannual variability of every seasonal NDVI of the watershed of Lake Qiandaohu from 2003 to 2018

在流域尺度上量化研究“植被覆蓋與水質(zhì)變化的關(guān)系”是非常復(fù)雜的：整個(gè)千島湖流域林地植被與湖濱水生植被均可以減緩水土流失與吸附營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等，其在不同層面上制約水體中藻類增殖，以此維護(hù)水質(zhì)穩(wěn)定?；诂F(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與遙感反演葉綠素a濃度等數(shù)據(jù)，本文聚焦于千島湖河庫(kù)過(guò)渡區(qū)湖畔植被覆蓋變化對(duì)水體中葉綠素a濃度的直接影響，以此揭示湖畔植被覆蓋變化與藻華發(fā)生的關(guān)系。由于缺乏長(zhǎng)期的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查數(shù)據(jù)與直接證據(jù)，本文無(wú)法在全流域尺度上分析千島湖流域植被覆蓋與水質(zhì)變化之間的協(xié)變關(guān)系。但筆者的研究結(jié)果為以“萬(wàn)畝林海涵養(yǎng)一江清水”的長(zhǎng)期實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)提供了可以量化的科學(xué)數(shù)據(jù)支撐，也為前人研究[19]提出的：“春、夏兩季地表植被覆蓋增加可以降低藻華發(fā)生幾率”的判斷提供了部分遙感觀測(cè)證據(jù)。

2.3 安徽入境千島湖水量減少與緩解藻華發(fā)生的聯(lián)系

藻類異常增殖是千島湖表觀水質(zhì)下降的主要誘因[10-12]，所以千島湖水質(zhì)的變化與影響其藻類生長(zhǎng)的諸因素相關(guān)。前人研究表明：安徽入境千島湖徑流帶來(lái)的外源營(yíng)養(yǎng)鹽輸入是決定整個(gè)千島湖庫(kù)區(qū)浮游植物生長(zhǎng)的最主要因素[10-12，20]。由圖5可知：1990-2017年千島湖流域年降雨量與當(dāng)年安徽輸入千島湖水量高度正相關(guān)(R2=0.77，n=27，P<0.000 01)。因?yàn)榍u湖作為典型的山谷型水庫(kù)，主要產(chǎn)水區(qū)域?yàn)樾掳步嫌吸S山地區(qū)，如果上游沒(méi)有截留，該流域的降雨能夠集中匯入千島湖。值得關(guān)注的是：1998與1999年是近30年來(lái)安徽入境千島湖水量最高的兩個(gè)年份，并引發(fā)千島湖中心湖區(qū)出現(xiàn)大規(guī)模藻華(圖5)，而2000年之后在整個(gè)安徽入境千島湖水量呈現(xiàn)減少趨勢(shì)的背景下，沒(méi)有類似的大規(guī)模藻華發(fā)生。進(jìn)一步通過(guò)比較入境水量與年降雨量(均為距平值)隨年際變化的離散程度(評(píng)價(jià)指標(biāo)：兩變量之間歐式距離，該值越大表明兩變量的離散度越高)發(fā)現(xiàn)：每10年間離散程度都在加大：1990～1999年年均歐式距離為642；2000～2009年年均歐式距離914；而到了2010～2017年，其年均歐式距離增加到949(表1)。盡管2010年以后伴隨著千島湖流域年降雨量大幅增加，來(lái)水量也有所增長(zhǎng)，但兩個(gè)變量年際變化的協(xié)變趨勢(shì)(相似度)越來(lái)越低。在2017年甚至出現(xiàn)降雨量是正距平而來(lái)水量卻為負(fù)距平的現(xiàn)象，自1990年以來(lái)這還是第一次出現(xiàn)。所以伴隨著來(lái)水量的減少(外源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)輸入的減少)，加上千島湖流域植被覆蓋的增加，這些都在一定程度上降低了2000年后千島湖中心湖區(qū)爆發(fā)大規(guī)模藻華的可能性。本文在流域尺度上提供了進(jìn)一步探索安徽入境千島湖水量與當(dāng)年千島湖庫(kù)區(qū)藻華爆發(fā)之間可能聯(lián)系的線索。

圖5 安徽入境浙江水量與千島湖流域降雨量距平值的相關(guān)性Fig.5 The relationship between annual anomaly of water inflow from Anhui province andannual anomaly of rainfall in watershed of Lake Qiandaohu during 1990 to 2017

表1 1990～1999，2000～2009與2010～2017三個(gè)時(shí)期的入境水量，降雨量及兩變量之間歐式距離的比較Tab.1 The comparison of the water inflow from Anhui province，rainfall in watershed of Lake Qiandaohu and their Euclideandistanced-based similarity on three different period(1990～1999，2000～2009 and 2010～2017)

3 結(jié)論與討論

近30年來(lái)在千島湖流域年降雨量呈增長(zhǎng)情況下(增加3.5 mm/a)，安徽入境千島湖水量卻呈緩慢減少趨勢(shì)，下降率減少0.29×108m3·a-1(圖5)。千島湖流域主要產(chǎn)流區(qū)在黃山附近，安徽上游來(lái)水占每年入庫(kù)總量的 68% 以上[1-2]，對(duì)庫(kù)區(qū)水質(zhì)的影響巨大。所以盡管安徽入境千島湖水資源總量的減少在一定程度上減少了入庫(kù)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)總量，緩解了庫(kù)區(qū)富營(yíng)養(yǎng)化進(jìn)程，但從更長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，上游來(lái)水總量的減少勢(shì)必對(duì)湖區(qū)及下游地區(qū)水資源的配置產(chǎn)生了重大的影響與壓力。近20年來(lái)隨著安徽境內(nèi)新安江流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展，農(nóng)業(yè)與人均生活用水量增加并伴隨著總?cè)丝跀?shù)的增長(zhǎng)。并且上游開(kāi)建更多水壩，其截流造成安徽入境浙江水量呈下降趨勢(shì)，值得引起千島湖庫(kù)區(qū)水資源配置與決策的高度關(guān)注。并且依據(jù)黃山市水利發(fā)展“十三五”規(guī)劃：新安江上游在“十三五”期間擬再開(kāi)工建設(shè)15座小型水庫(kù)與維持在建的3座大型水庫(kù)，總庫(kù)容預(yù)計(jì)將超過(guò)3×108m3(約占多年平均的安徽入境千島湖年均總水量的4.6%)，這些工程的新建勢(shì)必進(jìn)一步減少安徽輸入千島湖的水量，必須及時(shí)采取相關(guān)預(yù)案以保障下游地區(qū)生活與生態(tài)用水安全。本文從多年遙感觀測(cè)的角度，提供黃山市以 “萬(wàn)畝林海涵養(yǎng)一江清水”成功經(jīng)驗(yàn)背后的科學(xué)數(shù)據(jù)支撐。

(1)針對(duì)千島湖西北河庫(kù)過(guò)渡區(qū)，研究表明：在區(qū)域尺度上該區(qū)域湖畔植被覆蓋度(通過(guò)NDVI值反演表征)與水體中浮游植物葉綠素a濃度存在負(fù)相關(guān)性(R2=0.37，n=11，P=0.049，同期比較)，即：夏、秋湖畔植被生長(zhǎng)旺季，更多的湖畔植被覆蓋有助于降低水體中浮游植物葉綠素a濃度，進(jìn)而有助于減少藻華發(fā)生。在整個(gè)千島湖流域尺度上，2003～2018年間千島湖流域年均 NDVI 從0.65增長(zhǎng)到0.70，呈現(xiàn)整體增長(zhǎng)趨勢(shì)，并與同期黃山市森林覆蓋率的年際變化趨勢(shì)相吻合，這是千島湖水質(zhì) “穩(wěn)定向好”發(fā)展的重要保障。研究建議：以“萬(wàn)畝林海涵養(yǎng)一江清水”不僅僅是要植樹(shù)育林，增加沿江環(huán)湖區(qū)域植被覆蓋，防范水土流失；更要恢復(fù)與提高河庫(kù)過(guò)渡區(qū)與湖濱淺水區(qū)域的水生植被覆蓋，它們的繁盛是保護(hù)“一湖清水”的最后生態(tài)屏障。

⑵ 從近30年安徽入境千島湖水量與千島湖流域降雨量距平值的相關(guān)分析知：降雨量與入境水量高度正相關(guān)(R2=0.77，n=27，P<0.000 01)，但隨著千島湖流域安徽部分用水量的增長(zhǎng)，在千島湖流域年降雨量呈現(xiàn)增長(zhǎng)的情況下，安徽輸入千島湖水量卻在減少。來(lái)水量的減少可能在一定程度上減緩藻華發(fā)生。