湖泊富营养化一直是内陆水体生态系统研究领域的热点，其导致的水体缺氧、鱼类死亡、藻华频发及水体功能丧失等问题已引发全球关注。近几年，研究发现一些饮用水源也出现了富营养化甚至有藻华暴发，这给本就匮乏的淡水资源带来了更大的威胁，富营养化已然成为人类面临的水生态系统健康安全的重大问题。在诸多应对策略中，对内陆水体实现大尺度快速的营养状态评价是极其重要的一环。 

　　湖泊富营养过程复杂，涉及诸多因素，如营养盐过剩、浮游藻类疯长、溶解氧下降、透明度下降等，其定量及评价方法也各不相同。传统的检测评价方法有单一指标评价法和综合指标评价法，需要大量的实地采样且测试费用昂贵。富营养化过程中藻类增加和透明度下降可改变水体光谱特征，这为遥感估算富营养化指数（TSI）带来了机会。因此，本研究于2020年9-10月份在东北地区选取了7个不同营养等级的湖泊，分析了相关生物化学指标和实测高光谱数据，识别出与TSI密切相关的四个特征波段：443nm、575nm、680nm和710nm，然后基于这四个波段运算组合与TSI中三个参数TP、SDD、Chla的经验关系建立了湖泊富营养化遥感估算方法。 

　　研究结果表明此估算方法具有较高的估算精度（R2=0.88，RMSE=3.87，MRE=6.83%）。同时，根据Ternary制图我们发现即便处于同一营养等级，湖泊富营养化的控制因子却各不相同，例如蛤蟆通水库和小兴凯湖都是中度富营养化水体，但前者以叶绿素（Chla）为主控因子，其贡献率为45.4%，后者则以总磷（TP）为主控因子（66.8%）。此外，研究还发现，使用单一参数估算湖泊营养状态时会带来很大误差，所以本研究呼吁未来湖泊富营养化评价应使用多参数综合指标估算法。这些发现为未来利用卫星影像数据进行大尺度高频次的内陆水体富营养化检测提供了理论和方法基础，为水生态环境管理及决策制定提供有力支持。 

　　该研究成果发表在国际期刊Optics Express上，中国科学院东北地理与农业生态研究所博士研究生吕丽丽为第一作者，温志丹副研究员为通讯作者。 

　　该研究得到了国家重点计划课题（2019YFC0409105）和国家自然科学基金重点项目（41730104, 42001311, 42171385）等共同资助。  

　　图1. 各参数及综合营养状态指数实测值与估算值散点图，(a): TSI(TP)、(b): TSI(SDD)、(c): TSI(Chla) 和(d):TSI。 

　　论文信息如下： 

　　Lili Lyu, Kaishan Song, Zhidan Wen*, Ge Liu, Yingxin Shang, Sijia Li, Hui Tao, Xiang Wang, Junbin Hou. Estimation of the lake trophic state index (TSI) using hyperspectral remote sensing in Northeast China. Optics Express, 2022, 30(7),10329-10345. 

　　链接：https://doi.org/10.1364/OE.453404.