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來源：中國(guó)科學(xué)報(bào) 作者：袁一雪 

湖庫(kù)藻類水華（以下簡(jiǎn)稱藻華）是淡水水體中藻類大量繁殖，并在水面形成一層藍(lán)綠色或有惡臭的浮沫的現(xiàn)象。藻華暴發(fā)會(huì)引發(fā)水質(zhì)惡化與生態(tài)系統(tǒng)退化，甚至威脅飲用水安全。

藻華主要因?yàn)樗w中氮磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)過剩而引發(fā)，同時(shí)受氣候因素影響。因此，氮磷削減是藻華防控的關(guān)鍵，但氣候變化可能削弱其效果。為了分區(qū)域明晰氮磷削減與氣候變化對(duì)藻華的協(xié)同影響，中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所研究員黃佳聰、高俊峰與國(guó)內(nèi)外多個(gè)團(tuán)隊(duì)合作，對(duì)我國(guó)四大湖區(qū)97個(gè)重要湖庫(kù)展開研究，揭示了藻華對(duì)氣候變化與氮磷削減的區(qū)域差異化響應(yīng)規(guī)律，并預(yù)測(cè)了氮磷削減的藻華緩解效果。研究成果于近日發(fā)表在國(guó)際知名期刊（Water Research）上，碩士研究生張帥為論文第一作者。

創(chuàng)新算法解決大尺度模型參數(shù)本地化難題

“藻華是在特定氣溫與氮磷條件下產(chǎn)生的環(huán)境問題，而陸域氮磷削減可降低湖泊氮磷濃度，抑制藻類過度繁殖，從而控制藻華。”論文通訊作者黃佳聰在接受《中國(guó)科學(xué)報(bào)》采訪時(shí)解釋說，“然而，氣候變暖會(huì)加速藻類生長(zhǎng)，如溫度每升高10℃，藻類繁殖速率增長(zhǎng)近1.8倍，進(jìn)而削弱甚至抵消氮磷削減的藻華控制效果。不僅是溫度，極端降雨會(huì)增加陸域輸入湖泊的氮磷量，而極端干旱導(dǎo)致湖泊水量不足，也不利于藻華控制。”

一直以來，受限于湖庫(kù)模型大尺度應(yīng)用的困難，全國(guó)尺度湖庫(kù)藻華的響應(yīng)關(guān)系解析與未來趨勢(shì)預(yù)測(cè)研究較為薄弱。此次，研究人員自主研發(fā)適用于全國(guó)湖庫(kù)的藻華風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型，跨區(qū)域選擇我國(guó)五大湖區(qū)中藻華問題較為突出的東部平原湖區(qū)、云貴高原湖區(qū)、蒙新湖區(qū)和東北平原山地湖區(qū)開展研究工作?！拔覀冮_發(fā)了模型智能聯(lián)合調(diào)參算法，即聯(lián)合層次貝葉斯優(yōu)化算法。該算法可智能配置模型在不同區(qū)域推廣應(yīng)用的參數(shù)，解決了大尺度模型的參數(shù)本地化難題，實(shí)現(xiàn)了從‘適用單一湖泊’到‘全國(guó)湖泊可用’的突破?！秉S佳聰表示。

揭示湖庫(kù)氮磷與氣候變化對(duì)藻華的影響

氮磷削減與氣候變化對(duì)藻華的協(xié)同影響。  受訪者供圖

研究發(fā)現(xiàn)，2005~2022年間，湖庫(kù)水體磷與藻類生物量呈相反變化趨勢(shì)，80.5%湖庫(kù)出現(xiàn)總磷含量下降的現(xiàn)象，但其中61.8%湖庫(kù)中的藻類生物量卻在增加。這一現(xiàn)象在低緯地區(qū)尤為明顯。

數(shù)據(jù)顯示，盡管營(yíng)養(yǎng)削減未能完全抵消氣候變化對(duì)我國(guó)湖庫(kù)藻華的加劇效應(yīng)，但也顯著降低了湖庫(kù)藻華風(fēng)險(xiǎn)。其中，蒙新湖區(qū)藻華風(fēng)險(xiǎn)降幅最大，高達(dá)52.5%。據(jù)介紹，之所以蒙新湖區(qū)的顯著風(fēng)險(xiǎn)降幅最大，是源于其獨(dú)特的“低溫—低營(yíng)養(yǎng)鹽”本底條件?！耙环矫?，該區(qū)域湖泊磷本底濃度相對(duì)較低，削減后更容易達(dá)到抑制藻類生長(zhǎng)的閾值；另一方面，高緯度低溫環(huán)境可抑制藻類生長(zhǎng)，在未來升溫條件下，其絕對(duì)溫度仍低于藻華暴發(fā)的臨界閾值?！?/p>

同時(shí)，此次研究還顯示，氣候變化大幅減少了東部與云貴湖區(qū)的中高風(fēng)險(xiǎn)藻華的湖庫(kù)數(shù)量?！拔磥?，四大湖區(qū)熱力環(huán)境及藻華發(fā)展趨勢(shì)也明顯不同。高緯度的蒙新湖區(qū)與東北湖區(qū)水溫較低，氣候變暖也無法很好滿足藻類生長(zhǎng)需求，藻華增幅相對(duì)較小。而低緯度的云貴高原與東部平原湖區(qū)水溫較高，藻華增幅則更大?！秉S佳聰介紹道。

為保護(hù)湖泊提供科學(xué)依據(jù)

“湖泊在安全供水、防洪抗旱、維系區(qū)域生態(tài)平衡等方面發(fā)揮著不可替代的作用，是區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要支撐，同時(shí)也是保障國(guó)家水安全的重要戰(zhàn)略資源。”黃佳聰說，“此次研究從全國(guó)尺度評(píng)估了氣候變化與氮磷削減共同作用下的湖泊藻華風(fēng)險(xiǎn)，為優(yōu)先保護(hù)湖泊確定與未來水質(zhì)目標(biāo)制定提供科學(xué)依據(jù)，助力實(shí)現(xiàn)‘精準(zhǔn)治污、科學(xué)治污’目標(biāo)?！?/p>

黃佳聰指出，未來氣候變暖與氮磷削減共同決定藻華趨勢(shì)，氣候變暖將導(dǎo)致湖庫(kù)藻華風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步升高，東部和云貴湖區(qū)尤為明顯，需更嚴(yán)格營(yíng)養(yǎng)閾值（總磷<20μg/L）應(yīng)對(duì)氣候變化，高緯地區(qū)湖庫(kù)在營(yíng)養(yǎng)閾值（總磷<50μg/L）下能有效防止藻華風(fēng)險(xiǎn)升高。

此次研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金優(yōu)青項(xiàng)目與面上項(xiàng)目、江蘇省碳達(dá)峰碳中和科技創(chuàng)新專項(xiàng)、NIGLAS自主部署項(xiàng)目等聯(lián)合資助。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123307