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第一作者：陈辉煌 博士生、罗安琪 博士生（中国科学院城市环境研究所）

通讯作者：杨军 研究员（中国科学院城市环境研究所）

论文DOI: 10.1016/j.watres.2024.122445

图文摘要

成果简介

近日，中国科学院城市环境研究所杨军研究员等在Water Research上发表了题为“Climate-driven
decline in water level causes earlier onset of hypoxia in a subtropical
reservoir”的研究论文(DOI:
https:///10.1016/j.watres.2024.122445)。该研究基于厦门水库连续五年的定位观测，结合气候变化和水位变化对汀溪水库缺氧事件影响的分析，研究了低水位时期水库热分层和缺氧现象的变化规律。研究发现，枯水年的水位下降显著增强了热分层的强度，导致水库底部缺氧区的形成时间提早了约40天。低水位时期，水库底层缺氧事件不仅促进了沉积物中营养物质的内源性释放，还增加了水体藻类生物量。该研究揭示了气候驱动的水位变化影响亚热带水库缺氧区的形成过程与效应，对全球气候变化背景下水库生态系统的管理和保护具有重要启示。

引言

全球变暖引发的水体溶解氧下降，已成为水库和湖泊生态系统面临的重大挑战。尤其在亚热带地区水库，长期热分层使底层水体的缺氧现象愈发严重。然而，亚热带深水水库缺氧区对气候变化的响应规律尚不明确；由于长期连续观测数据缺乏和系统定量研究不足，人们对这些水库缺氧事件开始和结束的时间知之甚少。研究这一过程对于评估气候变化对水库生态系统的威胁，并制定科学的适应性管理措施至关重要。

材料方法

基于2015年至2020年对汀溪水库的长期定位观测，采样频率为10天一次。沿水柱垂直剖面测量了水温、溶解氧等水质参数，并收集表层、中层和底层的水样进行营养盐（如总氮、总磷、总有机碳等）和不同类群浮游藻类的分析。气象数据（如气温、降水量和日照时数）从中国气象信息中心获取。通过分析热分层和缺氧层的厚度变化，结合广义加性模型和偏最小二乘路径模型，探讨了气象因素、热分层结构、营养盐浓度、浮游藻类与缺氧事件之间的关系。

图文导读

图 1. 展示了汀溪水库从2015年4月到2020年1月的水温和溶解氧的剖面变化。热分层主要发生在3月至11月，夏季表层水体温度超过30℃。图1c展示了溶解氧的变化，低水位年份水体底部缺氧层出现较早；例如2015年和2018年属于低水位年份（枯水年），缺氧从春季（第98-99个儒略日）就开始出现，而高水位年份（2016年和2017年）缺氧区形成时间较晚。

图 2. 汀溪水库2015至2020年期间热分层厚度和缺氧层厚度的月度变化情况。结果表明，在低水位时期，热分层从3月到7月逐渐增强，并在7月达到高峰。同时，底部缺氧层发生在4月至11月期间，8月时达到最大厚度。在高水位时期，热分层和缺氧层的形成较为延迟，尤其是在2016、2017和2019年，底部缺氧区的形成时间比低水位时期晚了40天左右。这些结果表明，低水位时期加剧了水体的热分层强度，导致缺氧层的提早出现和持续时间延长。

图 3. 展示了低水位和高水位时期气象因素（如气温和日照时间）对水温、热分层、缺氧层、底层水体总磷、表层水体总磷以及表层水体蓝藻生物量的关系。结果显示，在低水位时期，热分层厚度显著增加，并与蓝藻生物量显著正相关，而在高水位时期两者关系不显著。此外，低水位时期的水温和蓝藻生物量也呈现出正相关关系。这说明低水位加强了热分层，抑制了水体的垂直混合，从而导致缺氧事件加强，并通过增加营养物质释放和蓝藻生物量，进一步加剧了水体缺氧程度。这种反馈机制在低水位时期尤为明显，进而提高了水库蓝藻水华的风险。

表1 汀溪水库缺氧层开始时间、结束时间、持续时间及相对厚度。

小结

该研究讨论了气候变化和水位变化对汀溪水库热分层和缺氧事件的影响，指出枯水年的低水位加剧了热分层强度，导致底层缺氧事件提早发生、并且持续时间延长。低水位期水库内源营养物质的释放和蓝藻生物量的增加形成了一个正反馈机制，进一步恶化了缺氧现象。随着气温升高和干旱频率增加，未来的水库缺氧问题将更加严重。研究建议优化水库管理策略，通过高频高分辨率监测技术和水库水位调控策略以应对气候变化带来的不良影响。

作者介绍

陈辉煌，中国科学院城市环境研究所2020级博士研究生，专注于气候变化背景下水库浮游生物的生态研究，重点探索如何通过多技术手段更有效地控制水库藻类水华。已发表SCI论文多篇。

罗安琪，中国科学院城市环境研究所2022级博士研究生，主要研究领域为气候变化与水环境。以第一作者或共同作者身份在Water Res、Sci Total Environ等期刊发表SCI论文5篇。2023年获得国家公派研究生联合培养奖学金，赴德国亥姆霍兹环境研究中心进行湖泊模型研究。

杨军 博士，研究员，博士生导师。中国科学院城市环境研究所研究员，从事内陆水体生态学研究，创建水生态健康研究组。聚焦水生态安全和微食物网，研究饮用水源地、景观水体等水环境微生态学问题，为水环境保护和生态管理提供对策与依据。主持国家重点研发计划项目、国家自然科学基金等科研项目30多项；在ISME J、Microbiome、Water Res、Environ Int、EST等环境与生态领域发表SCI论文130多篇，获得授权专利2项、软著2项。

学术任职

担任福建省流域生态重点实验室主任、中国科学院城市环境与健康重点实验室副主任，中国生态学学会淡水生态专业委员会副主任委员、中国海洋湖沼学会湖泊分会常务理事、中国地理学会湖泊与湿地研究分会委员、中国动物学会原生动物学分会理事。《Microbiome》《Environmental Microbiome》副主编、《Diversity and Distributions》《Water Biology and Security》客座编辑、《Aquatic Ecology》《European Journal of Ecology》《iMeta》《Water》《水生生物学报》《湖泊科学》等期刊编委。

研究兴趣

（1）环境DNA技术开发与应用；（2）生物监测与生态评价；（3）微生物生态过程与机制；（4）水生态健康相关科学问题。

文章链接: 

https://www./science/article/abs/pii/S0043135424013447