撫仙湖北部沉水植被演變規(guī)律及其生態(tài)指示意義(1987-2020年)*

朱可欣，王 榮*

(1:中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所，湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008) (2:中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049)

湖泊是地球系統(tǒng)重要組成部分，在涵養(yǎng)水源、凈化環(huán)境、調(diào)節(jié)氣候、維持生物多樣性等方面都發(fā)揮著重要作用. 20世紀(jì)，湖泊生態(tài)系統(tǒng)受氣候變化和人類活動(dòng)的影響，生態(tài)環(huán)境急劇惡化[1]. 全球氣候變暖、極端氣候事件增加以及城市化進(jìn)程加快、工農(nóng)業(yè)發(fā)展等已經(jīng)導(dǎo)致許多湖泊富營(yíng)養(yǎng)化不斷加劇，造成浮游藻類暴發(fā)、沉水植物消亡，伴隨出現(xiàn)生物多樣性下降和生態(tài)系統(tǒng)功能喪失等生態(tài)環(huán)境問題[2].

沉水植被是湖泊生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，為其它水生生物提供棲息地、維持生物多樣性、抑制浮游植物生物量[3]. 人類活動(dòng)和氣候變化通過光照、營(yíng)養(yǎng)鹽、透明度、溫度等[4]影響湖泊沉水植物的生長(zhǎng)，從而影響整個(gè)湖泊生態(tài)系統(tǒng)功能的發(fā)揮. 沉水植物的逐步消亡會(huì)打破湖泊水體的生態(tài)平衡，使得水體由水生植物占優(yōu)勢(shì)(草型湖)轉(zhuǎn)變?yōu)楦∮沃参镎純?yōu)勢(shì)的狀態(tài)(藻型湖)[5]，湖泊生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換，生態(tài)系統(tǒng)功能明顯喪失. 認(rèn)識(shí)沉水植物的演變規(guī)律是了解湖泊生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀和演變趨勢(shì)預(yù)測(cè)的關(guān)鍵.

我國(guó)湖泊監(jiān)測(cè)時(shí)段較短，普遍在湖泊生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)出現(xiàn)后才逐漸開展. 傳統(tǒng)野外調(diào)查覆蓋范圍較小，費(fèi)時(shí)費(fèi)力. 遙感技術(shù)因其探測(cè)范圍大、時(shí)間連續(xù)、精度高等特點(diǎn)已經(jīng)成為湖泊生態(tài)環(huán)境調(diào)查主要輔助手段之一[6-7]. 基于遙感技術(shù)的植被提取方法也已逐步完善，研究成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于湖泊生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球變化響應(yīng)的研究中. 李靜泰等[8]利用長(zhǎng)時(shí)間序列Landsat 8影像分析了太湖水生植被時(shí)空變化特征并進(jìn)行驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究，認(rèn)為風(fēng)向?qū)λ脖坏倪w移有明顯影響; 梁莉莉等[9]通過遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行植被識(shí)別，分析了東平湖菹草時(shí)空格局變化. 遙感影像本身存在“異物同譜”、“同物異譜”等問題，僅依靠原始光譜難以消除其造成的誤差，目前的研究發(fā)現(xiàn)除利用原始遙感數(shù)據(jù)直接提取沉水植被信息外，還能借助指數(shù)計(jì)算、圖像變換等手段構(gòu)建多個(gè)變量以增強(qiáng)地物光譜信息，利用多變量決策樹方法進(jìn)行水生植物的遙感信息提取. 張瑩瑩等[10]基于決策樹分類方法，集成遙感影像光譜特征、植被指數(shù)、水體指數(shù)、紋理特征等對(duì)洪湖水生植物遙感信息提取進(jìn)行精度驗(yàn)證. 王琪等[11]構(gòu)建太湖水生植物分類決策樹模型識(shí)別沉水植物優(yōu)勢(shì)種. 常規(guī)決策樹一般依據(jù)人為目視解譯和經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建，受人為主觀影響較大，而分類回歸樹(classification and regression trees，CART)方法能通過算法自動(dòng)選擇地物分類特征，是決策樹模型的典型代表[12].

撫仙湖是我國(guó)第二大深水湖泊，湖容積約210億m3，蘊(yùn)含豐富的淡水資源[13]. 撫仙湖流域?qū)俚嶂懈咴幢蝗荷江h(huán)抱，流域生態(tài)系統(tǒng)封閉程度高. 近年來不斷增強(qiáng)的工農(nóng)業(yè)活動(dòng)和區(qū)域氣候變化，使得撫仙湖流域內(nèi)出現(xiàn)山地生態(tài)系統(tǒng)退化、水污染加劇、水質(zhì)下降和水生態(tài)結(jié)構(gòu)受損等問題[14]. 圍繞撫仙湖及流域已開展了湖泊水質(zhì)變化規(guī)律[15-16]、農(nóng)業(yè)污染來源判識(shí)[17]、植被群落結(jié)構(gòu)演變[18]、生態(tài)修復(fù)[14]等工作，還缺乏關(guān)于沉水植被長(zhǎng)期變化的相關(guān)研究.

撫仙湖主要污染源位于流域北部澄江縣，以居民生活污水、工業(yè)污染、農(nóng)業(yè)面源污染為主[17]. 中國(guó)科學(xué)院撫仙湖高原深水湖泊研究站調(diào)查報(bào)告表明，2019年5月?lián)嵯珊辈克虺霈F(xiàn)狐尾藻大量增殖以及附著藻類暴發(fā)的情況，局部水質(zhì)嚴(yán)重惡化. 對(duì)該區(qū)域沉水植物長(zhǎng)期演化過程以及驅(qū)動(dòng)機(jī)制的探討將有利于認(rèn)清撫仙湖生態(tài)系統(tǒng)演化特征以及為全湖管理提供科學(xué)建議. 本文利用Landsat遙感數(shù)據(jù)，基于CART算法構(gòu)建分類決策樹提取了撫仙湖北部湖區(qū)沉水植物面積，分析該區(qū)域沉水植被面積動(dòng)態(tài)變化，結(jié)合人類活動(dòng)、水體營(yíng)養(yǎng)、氣候水文數(shù)據(jù)探究驅(qū)動(dòng)沉水植被演替的機(jī)制. 本文旨在通過對(duì)撫仙湖北部區(qū)域沉水植物的變化來了解撫仙湖水生生態(tài)系統(tǒng)對(duì)于環(huán)境變化的響應(yīng)特征，為撫仙湖水質(zhì)條件維持和生態(tài)環(huán)境改善提供科學(xué)依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

撫仙湖(24°21′～24°38′N，102°49′～102°57′E，圖1)地處云南省中部，北臨澄江市，與星云湖通過隔河相連，是我國(guó)典型斷陷深水湖泊，海拔1723.4 m，面積約216 km2，南北長(zhǎng)31.5 km，東西最寬11.5 km，最大水深158 m，平均水深89 m，湖容積量約210億m3，平均換水周期250年，流域面積較小，約為675 km2. 撫仙湖地處亞熱帶半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，干濕季分明，光照充足，年平均氣溫15.5℃，全年無霜期近300 d，降水集中于5-10月[19]. 湖泊存在季節(jié)性分層，溫躍層一般出現(xiàn)在5-11月，深度都在40 m以上[20]. 近年來，由于人口增加，工農(nóng)業(yè)活動(dòng)加劇，旅游業(yè)快速發(fā)展等導(dǎo)致?lián)嵯珊w水質(zhì)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)[16]. 中國(guó)科學(xué)院撫仙湖高原深水湖泊研究站監(jiān)測(cè)的2020年撫仙湖年均總氮(TN)、總磷(TP)濃度為0.318、0.032 mg/L(標(biāo)準(zhǔn)差為0.081、0.008 mg/L)，湖泊綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)具有增加趨勢(shì)[21]. 撫仙湖沉水植物現(xiàn)處于高大冠層型植物占優(yōu)勢(shì)、外來物種快速發(fā)展和絲狀附著藻增殖的發(fā)展階段，群落結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定[22]. 2019年5月?lián)嵯珊卑逗苍宕罅吭鲋车耐瑫r(shí)附著藻類暴發(fā)，已經(jīng)嚴(yán)重影響了撫仙湖局部水質(zhì)和生態(tài)環(huán)境. 依據(jù)監(jiān)測(cè)采樣點(diǎn)的分布，選定了撫仙湖北部76.4 km2的局部湖區(qū)作為研究范圍(圖1).

圖1 撫仙湖研究區(qū)范圍Fig.1 Selection range of Lake Fuxian research area

1.2 數(shù)據(jù)來源

遙感影像從中國(guó)區(qū)域Landsat地表反射率產(chǎn)品集獲取[23]，下載1987-2020年遙感反射率數(shù)據(jù)，其中2012、2013年由于衛(wèi)星傳感器更新和云層覆蓋問題未獲取到有用影像. 氣溫、降水、風(fēng)速數(shù)據(jù)來源于國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)中心(http://data.cma.cn). 以昆明、紅塔、宜良三站的平均數(shù)據(jù)作為研究區(qū)氣象資料. 湖泊水位、透明度、TP、TN濃度數(shù)據(jù)來源于文獻(xiàn)[15-16,24-25]，以哨嘴監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)指示北部湖區(qū)水體營(yíng)養(yǎng)(圖1)，2006-2010年的營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)存在缺失，2019、2020年水體營(yíng)養(yǎng)數(shù)據(jù)由中國(guó)科學(xué)院撫仙湖高原深水湖泊研究站提供(監(jiān)測(cè)點(diǎn)FS1，圖1).

1.3 研究方法

1.3.1 植被面積提取 利用ENVI軟件對(duì)影像進(jìn)行波段合成、主成分變換、纓帽變換、波段計(jì)算等處理. 其中纓帽變換后的亮度指數(shù)與綠度指數(shù)的差值(TC1-TC2)能較好地識(shí)別沉水植被[26]. 主成分信息、纓帽變換和波段計(jì)算的結(jié)果作為特征變量合成基礎(chǔ)影像，對(duì)每幅影像隨機(jī)抽取地物分類訓(xùn)練樣本，基于ENVI軟件CART算法程序?qū)τ?xùn)練樣本進(jìn)行分析，并自動(dòng)生成分類決策樹文件，以識(shí)別沉水植物分布范圍.

1.3.2 結(jié)構(gòu)方程模型 結(jié)構(gòu)方程模型(structure equation modeling, SEM)是一種建立、估計(jì)和檢驗(yàn)因果關(guān)系模型的方法，是驗(yàn)證性因子模型和因果模型的結(jié)合[27]，不僅可以考察變量間的直接影響，還能揭示變量間的間接影響[28]. 本文利用R 4.05軟件piecewise SEM軟件包進(jìn)行SEM分析，揭示年際撫仙湖北部湖區(qū)沉水植被面積、年均氣溫、年降水量、年均風(fēng)速、年均TP濃度、年均TN濃度數(shù)據(jù)、年均水位、透明度等因子之間的關(guān)系. 因數(shù)據(jù)的缺失問題，將數(shù)據(jù)拆分為合適的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)組合分別進(jìn)行SEM分析.

2 結(jié)果

2.1 氣候變化

1987-2020年間，撫仙湖區(qū)域年降水量總體變化趨勢(shì)不明顯，略有減少(圖2a)，1999年降水量最多，為1385.2 mm，2009-2013年降水量整體偏低，僅有654.3、870.1、638.5、748.9和880.2 mm. 年均風(fēng)速呈顯著增加的趨勢(shì)(圖2b)，1988-2002年平均風(fēng)速不超過2.00 m/s, 2003年后，風(fēng)速顯著增加， 最大年平均風(fēng)速2.47 m/s 出現(xiàn)在2020年. 年平均氣溫呈明顯增加趨勢(shì)(圖2c)，1987年撫仙湖區(qū)域平均氣溫為15.95℃，2020年增加到17.2℃，增溫超過1.2℃，增速為0.38℃/10 a，最高值出現(xiàn)在2019年，年均氣溫達(dá)到17.6℃.

圖2 撫仙湖區(qū)域氣候年變化: (a)降水量；(b)風(fēng)速；(c)氣溫Fig.2 Annual climate variation in the Lake Fuxian region: (a) precipitation, (b) mean wind speed, (c) air temperature

2.2 水體營(yíng)養(yǎng)、水位、透明度變化

1987-2005年間，撫仙湖年平均TP濃度多數(shù)年份低于國(guó)家地表水I類水標(biāo)準(zhǔn)(圖3a)，1998年TP濃度0.017 mg/L為1987-2005年間的最高值，2011-2018年TP濃度保持在0.010 mg/L左右，2019、2020年TP濃度顯著上升，分別為0.022和0.031 mg/L. 年平均TN濃度在1995、1996年明顯偏高，分別達(dá)到0.51和0.37 mg/L(圖3b). 2012年開始，TN濃度呈逐步上升趨勢(shì)，2020年為近十年的最高值. 撫仙湖水位變化分為兩個(gè)時(shí)期(圖3c)，2008年(2007年12月，星云湖撫仙湖出流改道工程建成通水[29])前，多年平均水位為1722.34 m，2008年后(出流改道后)多年平均水位為1721.62 m，水位下降0.73 m，2014年水位最低為1720.79 m (圖3c). 撫仙湖水體透明度的變化存在先下降后略有回升的變化趨勢(shì)，1987-1995年平均透明度為6.64 m，1996-2004年為5.07 m，2005-2020年為5.95 m(圖3d).

圖3 撫仙湖區(qū)域水質(zhì)水文年平均變化: (a)TP濃度；(b)TN濃度；(c)年際水位；(d)水體透明度Fig.3 Annual hydrological changes in water quality in Lake Fuxian region: (a) TP concentration, (b) TN concentration, (c) water level, (d) water clarity

圖4 撫仙湖北部湖區(qū)沉水植物面積變化 Fig.4 Changes in submerged vegetation area in the northern lake area of Lake Fuxian

2.3 撫仙湖北部湖區(qū)沉水植被面積變化

2005年對(duì)撫仙湖的實(shí)地調(diào)查表明，全湖沉水植被分布面積為3.19 km2[30]，2016年沉水植物面積為5.14 km2[22]，基于2次調(diào)查結(jié)果進(jìn)行遙感解譯沉水植被的精度驗(yàn)證. 遙感解譯方法得到2005年全湖沉水植物的分布面積為3.34 km2，2016年為5.36 km2，誤差均小于5%，證明本研究方法提取精度較高. 1987-2020年，撫仙湖北部湖區(qū)沉水植物分布面積存在先逐步減少后迅速增加的變化趨勢(shì)(圖4)，呈現(xiàn)3個(gè)變化階段. 第一階段1987-1995年，沉水植物平均面積為1.25 km2(標(biāo)準(zhǔn)差：0.19 km2)，第二階段為1996-2010年，該階段沉水植物面積最小，平均值為0.83 km2(標(biāo)準(zhǔn)差：0.17 km2)，比第一階段減少0.42 km2. 第三階段2011-2020年，該階段沉水植物分布面積明顯增加，平均值達(dá)到1.91 km2(標(biāo)準(zhǔn)差：0.53 km2)，比第二階段增加1.08 km2，增幅為130.09%. 在研究時(shí)間段內(nèi)，2001年沉水植物分布面積最小，只有0.58 km2，2019年分布面積最大，為2.83 km2，是2001年的4.88倍.

2.4 SEM路徑分析

結(jié)構(gòu)方程模型(SEM)分析結(jié)果顯示水位(相關(guān)系數(shù)=-0.64)和總磷濃度(相關(guān)系數(shù)=0.59)是影響撫仙湖北部湖區(qū)沉水植被變化的主要直接因子，水位與沉水植被面積呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系；總磷濃度與沉水植物面積有正相關(guān)關(guān)系. 總氮、透明度與沉水植物面積之間的關(guān)系沒有通過顯著性檢驗(yàn)(圖5). 氣候要素中沒有直接作用于沉水植物變化的因子，但氣溫通過影響總磷濃度間接影響沉水植物面積的變化，氣溫與總磷濃度呈正相關(guān)關(guān)系，而總磷與沉水植物呈正相關(guān)，因此氣溫的增加對(duì)沉水植物的面積擴(kuò)張具有積極影響. 風(fēng)速對(duì)水體透明度有積極影響，氣溫與水體透明度具有負(fù)相關(guān)關(guān)系，其他因子間關(guān)系沒有通過顯著性檢驗(yàn). 總氮濃度與總磷濃度間的關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，難以用簡(jiǎn)單的路徑指示，因此未列入結(jié)構(gòu)方程分析結(jié)果中.

圖5 影響因子與沉水植物面積變化關(guān)系(黑線代表通過顯著性檢驗(yàn)的正相關(guān)關(guān)系，紅線代表通過顯著性檢驗(yàn)的負(fù)相關(guān)關(guān)系，虛線則代表未通過顯著性檢驗(yàn)；*：P<0.05；**：P<0.01；***：P<0.001)Fig.5 Relationship between impact factors and changes in submerged plant area(Black lines represent positive correlations that passed the significance test. Red lines represent negative correlations that passed the significance test. Dashed lines represent those that did not pass the significance test. *: P<0.05; **: P<0.01; ***: P<0.001)

3 討論

3.1 沉水植被面積變化主要影響因素

前人的研究表明水深是影響沉水植被生長(zhǎng)、分布的主要因素[31]. 水深變化可導(dǎo)致水體溫度、光照、底質(zhì)、溶解氧、風(fēng)浪等眾多環(huán)境因子的相關(guān)變化，同時(shí)可引起植物株高、分株數(shù)、生物量、化學(xué)計(jì)量學(xué)特征形狀改變[32]. 撫仙湖為深水湖泊，沉水植物分布范圍受到水深的限制. 受“星云湖撫仙湖出流改道工程”的影響，撫仙湖水位在2008年后明顯下降. 在本研究的SEM路徑分析中，氣候變化對(duì)于水位的影響沒有通過顯著性檢驗(yàn)，但在長(zhǎng)時(shí)間尺度上，撫仙湖區(qū)域以氣溫增高，降水減少，風(fēng)速增加為主要?dú)夂蛱卣?，?huì)綜合影響撫仙湖水位[33]. 人類活動(dòng)和氣候變化相關(guān)的多要素使得撫仙湖水位明顯降低，使得原本底質(zhì)適宜但光照不足的深水區(qū)域被沉水植被占據(jù)，從而增加了植被覆蓋面積. 早期撫仙湖為貧營(yíng)養(yǎng)湖泊，營(yíng)養(yǎng)濃度低，沉水植物生長(zhǎng)差[30]. 2011年后營(yíng)養(yǎng)鹽濃度的增加，特別是總磷濃度的增加，也是撫仙湖沉水植物增多的重要因素. 撫仙湖沉水植物變化的第一階段(1987-1995年)，撫仙湖中水位低營(yíng)養(yǎng)，北部湖區(qū)沉水植被覆蓋率為1.64%；第二階段(1996-2010年)撫仙湖高水位低營(yíng)養(yǎng)，沉水植物面積明顯減少，水位上升是此階段沉水植物面積變化的主要原因；第三階段(2011-2020年)撫仙湖低水位高營(yíng)養(yǎng)，水位降低，營(yíng)養(yǎng)增加，共同作用于沉水植物，導(dǎo)致此階段沉水植物的分布面積急劇增加.

3.2 撫仙湖沉水植物群落結(jié)構(gòu)變化

高戈明等總結(jié)了撫仙湖1980-2016年沉水植物群落結(jié)構(gòu)的變化[22]，發(fā)現(xiàn)1980-1983年間撫仙湖沉水植被以苦草為主要優(yōu)勢(shì)種；2005-2015年，輪藻類優(yōu)勢(shì)度增加，金魚藻、黑藻也在增多；2016年黑藻、金魚藻成為主要優(yōu)勢(shì)種，外來物種伊樂藻逐漸增多，輪藻類大量減少. 中國(guó)科學(xué)院撫仙湖高原深水湖泊研究站也曾報(bào)告，2019年5月以來撫仙湖北部沿岸水域附著藻類和耐污染狐尾藻的生物量明顯增加. 同時(shí)，有研究發(fā)現(xiàn)低水位不利于苦草的生長(zhǎng)，水位降低，冠層型狐尾藻會(huì)成為優(yōu)勢(shì)種類[34]，水位的降低可能同步影響撫仙湖沉水植被由苦草向狐尾藻的轉(zhuǎn)變. 近十年來撫仙湖水體營(yíng)養(yǎng)濃度升高，水位下降、氣溫增加等因素耦合，引起沉水植被覆蓋度快速增加的同時(shí)也伴隨著植被群落結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變.

3.3 撫仙湖面臨的生態(tài)威脅

撫仙湖現(xiàn)階段處于初級(jí)生產(chǎn)力增加，生物群落結(jié)構(gòu)快速變化的關(guān)鍵時(shí)期. 早期撫仙湖氮磷濃度較低，沉水植被與藻類均受到低營(yíng)養(yǎng)抑制. 2011年后，水位降低、外源性氮磷輸入，特別是磷的增加促進(jìn)了沉水植被面積擴(kuò)張. 水生植物能通過吸收水體營(yíng)養(yǎng)、去氮固磷[35]、分泌化感物質(zhì)[36]等過程抑制藻類的生長(zhǎng)，光照和營(yíng)養(yǎng)充足的條件下沉水植物還能促進(jìn)浮游藻類沉降[37]，從而保持湖泊的清水穩(wěn)態(tài). 當(dāng)營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷增加到一定程度時(shí)，沉水植被的生長(zhǎng)將受到限制，例如苦草在富營(yíng)養(yǎng)過程中會(huì)被限制生長(zhǎng)[38]，藻類濃度會(huì)迅速增加. 附著藻類通過抑制沉水植物光合作用阻礙其生長(zhǎng). 營(yíng)養(yǎng)鹽濃度增高會(huì)顯著增加附著藻類生物量，對(duì)沉水植物光合作用和生產(chǎn)力的影響增大[39]，限制沉水植物的生長(zhǎng)，使其減少乃至消失[40]. 撫仙湖沉水植被主要組成由苦草逐漸向狐尾藻轉(zhuǎn)變，以及附著藻增多等現(xiàn)象說明撫仙湖北部水體營(yíng)養(yǎng)已經(jīng)過度富集，藻類可能會(huì)迅速增長(zhǎng)，撫仙湖面臨藻類暴發(fā)的生態(tài)系統(tǒng)突變風(fēng)險(xiǎn).

依據(jù)生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換理論預(yù)測(cè)[41]，一旦生態(tài)系統(tǒng)發(fā)生突變將難以修復(fù)，存在顯著滯后效應(yīng). 撫仙湖具有補(bǔ)給系數(shù)小，換水周期長(zhǎng)、沉水植被分布面積小等特點(diǎn)，入湖營(yíng)養(yǎng)極易在沉積物中累積[42]. 目前的研究表明，撫仙湖生態(tài)系統(tǒng)正處于富營(yíng)養(yǎng)化狀態(tài). 除了本研究中揭示的沉水植物變化，還體現(xiàn)在浮游植物[43]、營(yíng)養(yǎng)[16]等指標(biāo)上. 在長(zhǎng)期的外力驅(qū)動(dòng)下，湖泊沉積物可能從污染物的匯轉(zhuǎn)變?yōu)槲廴驹?，撫仙湖水生生物、水體營(yíng)養(yǎng)以及沉積物營(yíng)養(yǎng)釋放之間的正反饋機(jī)制可能不斷增強(qiáng)，從而加速水生態(tài)環(huán)境的改變，發(fā)生突變. 然而，目前相關(guān)研究較少. 為了避免生態(tài)系統(tǒng)突變的發(fā)生，撫仙湖現(xiàn)階段應(yīng)嚴(yán)格控制入湖營(yíng)養(yǎng)鹽排放，進(jìn)行高分辨率水質(zhì)、水位、沉水植物、浮游植物、附生植物等變化的監(jiān)測(cè)，優(yōu)化管控水量，依據(jù)污染狀況和環(huán)境壓力分區(qū)進(jìn)行保護(hù)管理[14]，抑制撫仙湖富營(yíng)養(yǎng)化趨勢(shì).

本研究指出撫仙湖北部湖區(qū)由于水位降低，營(yíng)養(yǎng)增加以及氣候因素的影響，共同導(dǎo)致?lián)嵯珊辈亢^(qū)沉水植被面積增加以及群落結(jié)構(gòu)的改變. 城市化、人口增加、工業(yè)發(fā)展等人為干擾改變了湖泊理化性質(zhì)，同樣對(duì)于沉水植物的變化有強(qiáng)烈影響，然而，受制于湖泊監(jiān)測(cè)時(shí)長(zhǎng)和范圍的限制以及人類活動(dòng)數(shù)據(jù)分辨率較低的問題，人類活動(dòng)的影響作用難以準(zhǔn)確指示，使得深入提取驅(qū)動(dòng)湖泊狀態(tài)變化的內(nèi)部機(jī)制和關(guān)鍵過程受限，生態(tài)環(huán)境因子之間的關(guān)系也難以定量精確評(píng)估，只能通過相關(guān)關(guān)系來說明環(huán)境變化過程中各因子之間的聯(lián)系. 在未來的研究中，應(yīng)該在更豐富數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過模型模擬撫仙湖生態(tài)系統(tǒng)對(duì)氣候變化和人類活動(dòng)的響應(yīng)過程，充分揭示湖泊狀態(tài)變化機(jī)制和關(guān)鍵過程，更精準(zhǔn)地為撫仙湖生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供科學(xué)支撐.

4 結(jié)論

1)1987-2020年，撫仙湖流域風(fēng)速、氣溫明顯升高，降水有減少趨勢(shì)；水體營(yíng)養(yǎng)濃度從2011年后持續(xù)增加；水位在2008年后顯著降低. 遙感解譯的撫仙湖北部湖區(qū)沉水植被面積在2011年后明顯增大.

2)水位、營(yíng)養(yǎng)和氣溫共同主導(dǎo)了撫仙湖北部湖區(qū)沉水植被覆蓋度的變化. 近十年，水位降低，營(yíng)養(yǎng)增加已經(jīng)促使了撫仙湖沉水植物顯著增加.

3)撫仙湖沉水植被覆蓋度增長(zhǎng)、藻類生物量增多，沉水植物群落演替等，均表明湖泊正逐步富營(yíng)養(yǎng)化并具有藻類暴發(fā)的風(fēng)險(xiǎn). 相關(guān)部門應(yīng)高度重視對(duì)于撫仙湖的管理和監(jiān)測(cè)，建立水量、水質(zhì)、水生態(tài)一體化監(jiān)測(cè)體系，為模型模擬撫仙湖生態(tài)系統(tǒng)演變提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ).

致謝：感謝吳慶龍老師的寫作指導(dǎo)，感謝趙鈺和徐敏在數(shù)據(jù)分析方面提供的幫助.