我國學者揭示水深對湖泊內氮磷營養鹽遷移轉化過程影響

　　富營養化與藍藻水華控制究竟是控磷還是氮磷雙控，一直是國際湖沼學界長期爭而未決的問題。目前，富營養化控制策略主要基于小水體的營養鹽添加模擬外源輸入實驗，但忽略了營養鹽在湖泊內的生物地球化學循環過程。總結和分析全球湖泊治理案例發現，磷（P）控制成功修復水體富營養化主要是在深水湖泊，如Geneva和Zurich湖（瑞士）、Lago Maggiore湖（意大利）、Constance湖（德國、瑞士和奧地利）；氮和磷雙控主要成功應用于淺水湖泊，如五里湖、Albufera湖(西班牙)、Tampa灣和Tohopekaliga湖（美國）。這些事實表明，湖泊的形態特征，如水深，可能在湖泊營養鹽循環和富營養化中發揮著重要作用。在國家自然科學基金創新研究群體項目和重大項目的資助下，中國科學院南京地理與湖泊研究所秦伯強團隊通過收集整理全球湖泊形態與營養狀況數據，揭示了水深對湖泊內氮磷營養鹽遷移轉化過程的影響，澄清了關于氮磷控制策略的長期爭論，為解決湖庫富營養化提供了解決方案。相關成果近期發表在環境領域國際期刊Environmental Science & Technology上。

TOC：湖泊內氮磷地球化學循環過程在淺水湖泊（左）和深水湖泊（右）中的示意圖。在淺水湖泊中，湖體處于混合狀態，氮損失（反硝化作用）加強，磷損失（沉積作用）減弱，且水動力擾動促進沉積物中磷的釋放，最終導致氮磷比下降，往往表現為氮限制。然而，在深水湖泊中，一般只有湖泊混合層處于活躍狀態，氮的損失降低，磷的沉降去除效率提高，導致氮磷比升高，主要表現為磷限制。

　　該研究從已發表的論文和湖泊數據庫中，收集整理了全球573個湖泊的形態與營養狀況數據。通過比較湖泊混合層深度（epilimnion）與平均和最大水深，將湖泊分為淺水湖泊（混合深度>最大深度）、深水湖泊（混合深度<平均深度）和過渡型湖泊（平均深度≤混合深度≤最大深度）。此外，以TN:TP比值（質量比）作為湖泊氮磷限制指標，當N:P < 9時為氮限制，當9≤N:P < 22.6時為氮磷雙限制，當N:P≥22.6時為磷限制。

該研究中湖泊的分布圖。藍色代表深水湖泊，紅色代表過渡型湖泊，綠色代表淺水湖泊

　　研究發現，TN、TP和Chl a隨著湖泊水深的增加和迅速降低，富營養化和藍藻水華在最大水深小于20 m的湖泊中較為常見，結果表明淺水湖泊相較于深水湖泊更易富營養化和暴發藍藻水華。此外，基于氮磷比，38.7%的湖泊表現為氮限制，94.4%的湖泊表現為磷限制。磷限制在淺水、過渡型和深水湖泊中分別為87%、97.5%和91.9%，而氮限制分別為66.2%、35.4%和33.2%，表明雖然磷限制在湖泊中普遍存在，但淺水湖泊中更易出現氮限制。隨著湖泊營養水平的提高，氮限制出現的可能性增加，而磷限制則降低，且在富營養化湖泊中主要表現為氮和磷雙限制。

　　研究結果表明，磷控制雖然可以減輕大多數湖泊的富營養化，但是在富營養化湖泊中，尤其是在淺水湖泊（或海灣）中，可能需要氮和磷雙控才能有效控制富營養化和藻類水華。因此，湖泊富營養化控制需要根據湖泊的水深和水體混合特性采取不同的控制策略。該研究強調了湖泊形態特征在營養鹽生物地球化學過程中的重要性，有助于解釋為什么在淺水富營養化湖泊中富營養化治理效果不佳，以及為什么磷控制策略在深水湖泊中更為有效。該研究發現湖泊內氮磷營養鹽的生物地球化學循環過程取決于湖泊形態特征，有助于澄清國際學界關于氮與磷在限制湖泊生產力中相對重要性的長期爭論，為湖泊治理精準施策提供理論指導。

總氮（TN，A）、總磷（TP，B）和葉綠素（Chl a，C）隨湖泊最大水深的分布。TN、TP和Chl a的濃度均隨湖泊最大深度的增加而降低（p < 0.01），表明富營養化和藻類水華主要發生在淺水湖泊

該研究中氮限制、磷限制及氮磷雙限制分別在淺水、深水和過渡型及不同營養水平湖泊中的數量和百分比