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太湖蓝藻水华灾害严重程度受台风频率与强度的影响

  台风也能影响蓝藻水华?这两个看似无关的灾害事件之间也存在密切的联系。近日,中国科学院南京地理与湖泊研究所的科学家发现,太湖不同年份蓝藻水华严重程度差别很大的背后,也可能与不同年份台风的强度和频次不同有关。相关的研究成果在近期出版的国际学术期刊《Harmful Algae39卷上发表。 

  很多研究表明,极端天气,如台风、温度骤变、强降雨等,对浅水湖泊的生态过程都会产生重要的影响。但在以往关于台风过程促进海洋或是湖泊中水华发生的研究中,因实地采样困难,通常以遥感数据反演得到水华数据,鲜有原位监测的叶绿素和营养盐浓度,即使有原位数据,采样频率也很低(以天计)。由于水华吸收营养盐的速度非常快,营养盐在水体、水土界面等交换的速度也很快,这些超过一天以上监测频次的观测结果并不能充分揭示台风过程中营养盐如何通过循环途径供给水华发生。 

  在国家自然科学基金和美国自然科学基金的联合资助下,南京地理与湖泊研究所湖泊生态系统动力学研究小组的朱梦圆博士等研究人员,借助于太湖原位高频监测系统,针对20118月台风梅花、20128月台风海葵进行了水体理化指标与气象指标的高频监测(采样间隔小于1小时)。结合4年遥感数据、8年全湖叶绿素与营养盐浓度历史数据,发现台风过程促进了太湖蓝藻水华的堆积,并且在短期(数天)和长期(数周)内都有影响。 

  研究发现,大风过境带来浅水湖泊强烈的扰动,引起大量的沉积物与营养盐再悬浮,高频的营养盐观测数据显示水土界面藻类可利用态的氮、磷(NH4+-N, PO43--P)显著增加,增高的程度与风速显著相关。水体营养盐的大量增加为藻类生长提供了营养源。不仅如此,热带风暴过境后易引起气温上升、风速减小的情况,使得湖体水温增加且风平浪静,创造出更加适宜太湖水华藻种微囊藻(Microcystis spp.)生长与堆积的环境。一般台风过后一两天,太湖就会出现蓝藻水华大量堆积。蓝藻水华快速堆积及温度分层出现,反过来又进一步促进湖底沉积物释放更多的营养盐。这种恶性循环,反而加剧了蓝藻水华的严重程度,往往出现维持数周的高强度水华,甚至形成严重的水华灾害。 

  上述发现是基于南京地理与湖泊研究所太湖湖泊生态系统国家野外科学观测研究站对太湖蓝藻水华问题二十多年的长期观测研究的基础,以及近10年来在太湖构建的蓝藻水华高频自动监测网络的基础上完成的。该研究也得到美国北卡大学海洋研究所Hans Paerl教授、美国威斯康辛大学湖沼中心全球生态观测网络(GLEON)以及新西兰怀卡托大学湖泊生态修复中心(LERNZ)的长期支持。这体现了长期定位研究、信息技术应用及国际合作在生态学研究中的重要性。 

  论文链接: 

  http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1568988314001656