溶解氧是水生生态系统的“生命之源”，不仅维持着水生生物的呼吸，还支撑着与营养盐循环和有机物分解相关的生物地球化学循环。然而，随着外在环境压力不断增加，全球内陆淡水系统正在经历广泛且持续的脱氧危机，严重威胁河流、湖泊和水库的生态健康及其核心服务功能，从而阻碍联合国多项可持续发展目标的实现。鉴于溶解氧在维持地球系统总体稳定性中的决定性作用，以及与全球碳循环、气候系统等其他地球边界系统的深度耦合，水体脱氧已被国际科学界提议作为一项“行星边界”。全面理解并量化这一危机，已成地球科学和环境科学等领域面临的紧迫任务。

    为此，中国科学院南京地理与湖泊研究所施坤研究员联合全球19家单位的多名学者，系统阐明了全球淡水系统脱氧的趋势和驱动机制，总结了其对水生生态系统和经济社会的影响，提出了相应的管理策略和措施。

图1. 淡水系统溶解氧的作用与动态变化过程

    变化趋势：持续脱氧和高度时空复杂性

    全球内陆湖泊和河流的脱氧现象并非均匀发生，而是呈现出复杂的空间异质性和时间多尺度演变规律。全球湖泊表层水体的年均溶解氧浓度约为 9.76±0.96 mg/L。其中，气候带的差异对含氧量起着决定性作用：寒冷的高纬度和极地周边地区，例如北美洲（10.05±0.90 mg/L）和欧洲（10.00±0.74 mg/L）的湖泊，其溶解氧浓度极其显著地高于热带地区的湖泊（7.43±0.96 mg/L）。此外，水体的营养状态、流域的海拔高度以及湖泊面积等因素，均会导致溶解氧含量波动。溶解氧浓度正在持续地下降。在过去的二十年里，全球湖泊夏季表层溶解氧以每十年0.034 mg/L的速率下降；而在1980年至2023年间，河流全年的溶解氧下降速率更是高达每十年0.043 mg/L。从区域来看，亚洲湖泊和南美洲亚马逊河流域是脱氧的“重灾区”。然而，水生态系统也表现出了复杂的区域分化现象，有25.4%的河流（特别是在西非和东南亚地区）其溶解氧反而出现了上升的趋势。这种高度的时空复杂性，极大地增加了全球淡水脱氧监测与预测的难度。

图2. 脱氧的趋势与未来预测

图3. 脱氧趋势与缺氧概率的空间变化

    驱动因素与机制：气候与人类活动的双重驱动

    溶解氧的消耗，是物理、化学和生物多重机制在复杂气候与地理背景下交织、叠加的结果。首先，气候变暖是驱动脱氧的核心物理因素。水温的升高直接降低了氧气溶解度；同时，变暖显著延长了水体的热分层时间，阻断了表层富氧水与底层缺氧水之间的物理混合交换。此外，变暖还提高了好氧微生物的新陈代谢速率，加速了对氧气的消耗。频发的极端降雨和洪涝事件会将陆地上大量的有机质瞬间冲刷至水体中，导致水体面临突发性有机物超载，在短时间内引发毁灭性的缺氧。随着全球农业的集约化发展和城市化的加快，大量富含氮、磷的农业径流和未经彻底处理的生活污水被排入自然水体，引发了严重的富营养化。随之而来的藻类大规模暴发及其随后的死亡分解过程，消耗了水中极其庞大的氧气。气候变化与人为污染的协同效应，正在将淡水系统推向缺氧的临界点。

图4. 脱氧的过程与机制

    生态系统过程的影响：生态连锁反应与恶性循环

    水体氧气景观的破坏，引发的不仅是单一物种的衰退，而是整个水生生态系统结构和功能。长期或频发的低氧条件会直接驱逐或杀死那些对氧气需求极高的敏感物种，导致生物多样性锐减，使得生态系统逐渐被耐低氧的底层物种所主导，进而彻底改变食物网的能量传递路径。脱氧在生态系统内部发生生物地球化学正反馈效应，即“缺氧孕育缺氧”。当水体底部进入厌氧状态时，底泥内源磷会大量释放，进一步滋生蓝藻水华，并在其死亡腐败后消耗更多氧气。此外，缺氧环境改变了碳、氮的生物地球化学循环，它不仅削弱了反硝化作用脱氮的效率，还极大地促进了产甲烷菌的活跃，使得原本作为碳汇的湖泊转变为强效温室气体的排放源，进一步加剧全球气候变暖。

图5. 脱氧对淡水生态系统的影响

    社会经济影响-危机可持续发展

    淡水生态系统脱氧正在对全球社会经济系统产生广泛且深远影响。缺氧会导致底层水体产生强烈的异味，并促使沉积物中的铁、锰等重金属以及有毒微量元素大量溶解进入水体。这不仅直接威胁饮水安全，也迫使自来水厂不得不引入极其昂贵的深度处理工艺，推高了全社会的供水与水处理成本。频发的大面积缺氧会导致野生渔业产量下跌，破坏依赖水产养殖和捕捞渔业的沿湖、沿河社区的生计基础。此外，伴随缺氧而来的水体黑臭、死鱼堆积以及有害蓝藻水华，严重降低水体的景观美学价值，导致对水上休闲、度假观光和水上运动的需求急剧下降，严重削弱了地方旅游业的收入和相关房地产的产值。

图6. 缓解淡水系统脱氧的管理措施

    管理与缓解：从污染控制到生态修复的全球实践

    缓解内陆淡水生态系统脱氧的管理措施主要包括营养盐管理、基于生态系统的恢复和政策整合三方面。首先，营养盐管理侧重于控制污染源头，包括通过清淤、沉积物覆盖和利用水生植物吸收等工程手段，减少底泥等内源营养物释放；同时通过建设污水管网与处理厂、发展生态农业和落实海绵城市等措施削减点源与面源的外源污染。其次，基于生态系统的恢复旨在促进水体溶解氧回升，包含水生植被恢复与水生动物控制等生物改造，以及改善水文连通性和人工曝气等非生物改造。最后，政策整合强调跨区域协同治理，通过实施基于流域的管理政策（欧盟水框架指令）、落实行政问责制（中国河长制）以及推行生态补偿机制，利用经济与制度双重激励上下游共同治理污染，从而全面改善水生态健康并实现溶解氧水平的长期恢复。

    在中国黑河流域，通过实施全流域水生态系统保护与修复工程，不仅将流域内的污水集中处理效率大幅提升了66.85%，显著改善了整体水质和生态健康；在云南大理洱海，当地政府通过公共投资引导，结合严格的点源污染切断、农业面源控制以及部署智能水质监测网络等综合性适应治理努力，成功遏制了富营养化趋势并提升了生物多样性，为全球内陆湖泊的缺氧缓解与生态恢复提供了中国方案。

    未来展望：融合科技创新与适应性治理

    全球内陆淡水系统在单次事件、季节变化乃至数十年的年代际尺度上，都在经历着不容忽视的脱氧过程，且相关缺氧事件爆发的频率和强度正在不断攀升。这是由气候变化和人类活动共同驱动的复杂理化-生物级联反应。面对这种高度非线性的系统性危机，未来研究需聚焦在三方面：首先，整合高频传感器与新一代卫星遥感，建立高分辨率的全球溶解氧监测网络；其次，发展耦合物理、化学与生态过程的数字孪生，实现对水质演变预测预警；最后，需要推动从单一行政指令向适应性治理转型。这要求制定缓解策略时，必须深度吸纳科学家、政策制定者、社区居民等广泛利益相关者的参与，进行知识共创，确保脱氧缓解与水生态修复行动在全球范围内的科学性、公平性与长效性。

    该研究近期以发表在地球与环境科学领域期刊《自然综述：地球与环境》（Nature Reviews Earth & Environment）上。

    论文链接：https://www.nature.com/articles/s43017-026-00795-x