在當(dāng)前氣候變化背景下，預(yù)計全球熱帶和亞熱帶地區(qū)臺風(fēng)事件(也稱為熱帶氣旋或颶風(fēng))的強(qiáng)度將持續(xù)增加，由此帶來的強(qiáng)風(fēng)和暴雨災(zāi)害事件將造成當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)和生態(tài)系統(tǒng)功能的損失。深水型水庫和湖泊具有重要的科學(xué)和社會服務(wù)價值，這些水體的一個典型特征是水體上下分層，例如表層水體(湖上層)藻類較多和底層水體(湖下層)營養(yǎng)豐富。強(qiáng)風(fēng)引起的混合擾動可以將深層水體的營養(yǎng)物質(zhì)帶到光照充足的表層水體，而強(qiáng)降雨還可能會增加水體的陸源營養(yǎng)物質(zhì)輸入。這些營養(yǎng)鹽的波動性增加通常伴隨著藻類生物量的增加或浮游生物群落組成的變化。然而，在一個不斷變化的環(huán)境中，采用新方法結(jié)合較高頻率觀測會促進(jìn)我們對突發(fā)性干擾事件后，深水水體生物地球化學(xué)過程的理解。

 

　　水體中顆粒有機(jī)物的化學(xué)計量和穩(wěn)定同位素是了解浮游生物動態(tài)和富營養(yǎng)化相關(guān)的生物地球化學(xué)過程的重要工具。捕食者浮游動物和初級生產(chǎn)者藻類的化學(xué)計量變化會影響營養(yǎng)釋放的速率，進(jìn)而可能改變淡水生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能。顆粒有機(jī)物的穩(wěn)定同位素已被廣泛用于研究元素循環(huán)和識別元素來源。事實上，水體顆粒有機(jī)物的尺寸大小是重要的功能性狀，它可以影響水生態(tài)系統(tǒng)中營養(yǎng)的生物利用和生物地球化學(xué)循環(huán)。大多數(shù)自由生細(xì)菌的大小通常小于3 μm，淡水浮游藻類個體多數(shù)在3–20 μm范圍內(nèi)，大多數(shù)原生動物和后生動物分別大于20 μm和64 μm。已有研究通過人為擾動實驗發(fā)現(xiàn)，與底層水體相比，表層水體的微生物群落表現(xiàn)出更高的干擾恢復(fù)能力。因此，將來的研究不僅應(yīng)關(guān)注表層水體的浮游生物群落，還應(yīng)考慮強(qiáng)風(fēng)(例如臺風(fēng))影響下深水層微生物介導(dǎo)的生物地球化學(xué)過程的潛在持久響應(yīng)。然而，臺風(fēng)對深水型湖庫生態(tài)系統(tǒng)富營養(yǎng)化相關(guān)的生物地球化學(xué)過程的影響尚不清楚。
 

　　中國科學(xué)院城市環(huán)境研究所水生態(tài)健康研究組(楊軍團(tuán)隊)選擇亞熱帶深水型水庫為研究對象，進(jìn)行了為期三年的研究，以闡明環(huán)境變化、顆粒有機(jī)物的穩(wěn)定同位素和化學(xué)計量、以及營養(yǎng)循環(huán)對臺風(fēng)的響應(yīng)及其內(nèi)在相互關(guān)系。結(jié)果顯示，臺風(fēng)顯著的改變了深層水體的營養(yǎng)水平以及溫躍層深度。臺風(fēng)導(dǎo)致水庫表層水溫降低、底層水溫升高。臺風(fēng)后短期(如臺風(fēng)后的前10天)內(nèi)，中層水體顆粒有機(jī)物濃度大于底層水體，而隨后底層水體顆粒有機(jī)物濃度快速升高，并逐漸超過中層水體；而且，中層水體顆粒有機(jī)物的濃度在臺風(fēng)后短期內(nèi)顯著增加，但隨后又迅速下降恢復(fù)至臺風(fēng)前的濃度水平，這伴隨了底層顆粒有機(jī)物(藻類和死亡有機(jī)物)的積累和濃度的持續(xù)增加，表明臺風(fēng)后有機(jī)物(包括藻類)沉降是底層有機(jī)物的主要來源。隨機(jī)森林和路徑分析結(jié)果同樣表明，葉綠素a與中層和底層水體的顆粒有機(jī)物和營養(yǎng)循環(huán)顯著相關(guān)，因此臺風(fēng)事件驅(qū)動的陸源有機(jī)物輸入增加、藻類沉降和細(xì)菌異養(yǎng)分解共同作用，導(dǎo)致水庫底層水體中總氮、銨態(tài)氮和總磷急劇增加且長期維持高濃度，進(jìn)而增加水庫和下游水體富營養(yǎng)化的威脅。

 

　　臺風(fēng)后，底層水體的微微型顆粒有機(jī)物(即0.2–3 μm)顯著增加，該粒徑的顆粒有機(jī)物對臺風(fēng)的響應(yīng)比其他粒徑的顆粒有機(jī)物(即3–20、20–64、64–200 μm)更加的強(qiáng)烈，并且臺風(fēng)后第一個月內(nèi)微微型顆粒有機(jī)物一直保持較高的水平。進(jìn)一步分析表明，微微型顆粒有機(jī)物的濃度和計量學(xué)比值(如碳氮比和氮磷比)是底層水體營養(yǎng)循環(huán)的重要指標(biāo)，顆粒有機(jī)物的氮同位素與氨氮濃度顯著相關(guān)，說明臺風(fēng)促進(jìn)了底層水體的氮循環(huán)過程，造成氨氮的持續(xù)積累。臺風(fēng)后底層水體微微型顆粒有機(jī)物的C:N比值的增加可以降低營養(yǎng)級之間的能量傳遞，有利于底層水體中的異養(yǎng)分解過程，而且顆粒有機(jī)物的穩(wěn)定同位素和濃度對底層營養(yǎng)循環(huán)具有直接效應(yīng)，這些證據(jù)表明，臺風(fēng)主要通過微微型的顆粒有機(jī)物(含細(xì)菌)促進(jìn)深層水體的營養(yǎng)循環(huán)。因此，臺風(fēng)后，底層水體有機(jī)物輸入的增加和營養(yǎng)循環(huán)的加速增加了深水水庫富營養(yǎng)化和有害藻類水華發(fā)生的風(fēng)險。
 

　　該研究綜合應(yīng)用穩(wěn)定同位素、化學(xué)計量學(xué)和多營養(yǎng)循環(huán)指數(shù)方法，揭示了臺風(fēng)事件對亞熱帶深水水庫的生態(tài)影響。發(fā)現(xiàn)臺風(fēng)后底層水體顆粒有機(jī)物和營養(yǎng)鹽的持續(xù)增加，其中，微微型顆粒有機(jī)物(0.2-3 μm)在促進(jìn)深層水體的營養(yǎng)循環(huán)中發(fā)揮了更為關(guān)鍵的作用。臺風(fēng)驅(qū)動的深層水體營養(yǎng)循環(huán)加速和濃度積累將增加水庫及下游水體富營養(yǎng)化風(fēng)險。因此，在未來研究臺風(fēng)事件對深水生態(tài)系統(tǒng)影響時，應(yīng)采取更高分辨率的長期采樣，對不同水層和不同粒徑顆粒有機(jī)物進(jìn)行研究。
 

　　原標(biāo)題：城市環(huán)境研究所在亞熱帶深水水庫富營養(yǎng)化的成因取得研究進(jìn)展