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南京地理所发现气候变化和富营养化加剧湖泊溶氧分层
文章来源:南京地理与湖泊研究所 发布时间:2015-03-17 【字号:

  湖泊溶氧反映的是大气复氧与植物光合作用放氧过程和生物呼吸作用耗氧过程间动态平衡,较低的溶氧水平不仅影响湖泊氧化还原电位进而增加氮磷营养盐释放和有毒重金属的毒性,还会影响鱼类和无脊椎动物的分布与生长。因此,较高的溶氧水平条件是维系一个良性湖泊生态系统的关键要素。Hutchinson早在1957年就提出:“比起其他任何化学参数,对溶氧的分析更能让湖泊学家了解湖泊的特性,再结合透明度、水色及其他水体形态特征数据,加深对湖泊的了解。”

  全球变暖引起的湖泊增温和人类活动引起富营养化会改变湖泊热力学结构和溶氧的分层,加剧湖泊底部厌氧环境的形成,进而进一步影响湖泊生态系统其他化学和生物过程,最终影响生态系统的结构和功能。在研究所“一三五”重点布局的湖泊光热过程耦合等项目的资助下,中国科学院南京地理与湖泊研究所张运林研究小组在深水湖泊溶氧分层对全球气候变化和湖泊富营养响应方面取得研究进展,相关成果发表在最新出版的《水研究》上(Water Research, 2015, 75: 249-258)。

  研究发现,千岛湖面临气候变暖和湖泊富营养化的双重胁迫。气候变暖方面,千岛湖地区1980-2013年平均气温升高1.67°C,增温幅度为0.49°C/10年,季节上,在湖泊容易分层的春、夏季增温最明显,其次是秋季,冬季没有明显的增温趋势。湖泊富营养化方面,由于社会经济的发展,流域土地利用改变和工农业废水、生活污水排放量的增加,湖泊富营养逐步发展,造成水体透明度逐渐下降,过去26年千岛湖透明度以每10年0.3m的速度降低,并且在湖泊分层的夏季下降的速度明显高于全年平均速度。

  通过分析湖泊溶氧分层参数氧跃层深度与气温、热力结构及透明度间相互关系发现,在温跃层稳定及减弱阶段(7-2月),氧跃层深度与表层水温、温跃层厚度存在显著负相关,而与温跃层深度存在显著正相关(图1);氧跃层深度与透明度存在显著正相关(图2)。气候变化引起的湖泊增温造成过去34年千岛湖热力分层消退阶段氧跃层深度降低1.65m,而由于人类活动引起的湖泊富营养化造成过去26年氧跃层深度降低2.78m。因此气候变化与人类活动的双重胁迫会明显降低氧跃层深度,强化湖泊溶氧分层,不利于上下层水体交换和溶解氧扩散,造成下层水体缺氧和底部厌氧环境的形成,最终恶化湖泊水质。

               
                         图1 氧跃层深度与日平均气温、温跃层深度、厚度关系 

                     
                       图2 氧跃层深度与日平均气温、温跃层深度、厚度关系 

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