中科院南京地湖所邹伟团队ES&T Water:暴雨—热浪复合事件触发贫—中营养水库蓝藻水华

近期，中国科学院南京地理与湖泊研究所邹伟团队选取丘陵山区代表性深水水库开展相关研究，阐明了贫至中营养水库爆发高密度蓝藻水华的内在形成机理。研究结果显示，深水水库全域水质整体状况较好，绝大多数时间段、库区范围均不存在蓝藻水华暴发隐患；但水库入库河道与库区衔接过渡区域（图1），营养盐含量、水体动力条件、水体浊度及水温等环境要素波动幅度大，是极易诱发蓝藻大规模异常繁殖的敏感地带。2017—2020年间，过渡带断面蓝藻细胞密度呈现周年性单峰特征，并多次出现超过 2×10⁷ cells/L 的高密度事件，峰值甚至突破 4×10⁷ cells/L。

图1. 2017—2020年千岛湖街口断面环境因子与蓝藻密度的高频变化特征

研究指出，贫‑中营养水库高密度蓝藻水华的发生，本质上是暴雨与热浪时序驱动下两类限制过程连续解除并有效重叠的结果。根据限制因子理论，蓝藻达到高密度需同时满足两个条件：资源充足（磷等支撑较高的潜在密度上限，即李比希型最终产量限制）与生长条件适宜（短时间内快速接近该上限，即布莱克曼型生长速率限制）。在水库的河库过渡带，暴雨径流带来的营养脉冲可使氮磷支撑高密度蓝藻的资源基础维持约一个月。暴雨后一月内，若出现高温热浪，且暴雨初期的强冲刷、高浊度等不利条件已消退，高温大幅提升蓝藻生长速率，使其在有限天数内达到资源所支撑的潜力上限。因此，贫‑中营养水库高密度蓝藻水华是“资源补给”与“生境优化”在事件尺度上的有效耦合所致。基于上述机制，研究将其融入机器学习模型，构建了面向风险断面的短期蓝藻密度预测模型，可在3–30天预见期内实现较好预测，精度达R² = 0.60–0.95。

图2. 暴雨—热浪复合事件驱动低营养盐水库高密度蓝藻水华形成机制示意图

全球范围内极端降雨、高温热浪事件发生频次持续上升，“暴雨带来营养盐脉冲输入、高温热浪优化蓝藻生长环境”这一耦合过程，或将在更多深水水库的河库交界过渡区域发生，进而诱发局部区域间歇性、高密度蓝藻水华。本研究构建的形成机理，既能够厘清气候变暖背景下贫—中营养水库蓝藻水华的演化规律，同时依托高频自动监测数据，为构建受机理约束的机器学习水华预警模型提供可复制、可推广的技术思路。贫—中营养水库蓝藻水华具备偶发、突发的特征，容易造成水环境管理单位预判不足、应急处置行动滞后，进一步加剧各类社会负面影响，由此可见，本次研究得到的机理认知与预测方法具备十分重要的实践价值。

IPCC第五次评估报告首次对复合极端事件作出界定，第六次评估报告在此基础上加以拓展，将其划分为前置条件型、多变量型、时间复合型与空间复合型四大类别。在湖泊流域系统科学研究领域，针对多变量极端事件及其产生的生态环境影响，现有相关研究已相对成熟完善；但有关时间复合极端事件的研究，仍亟需融合水文生态学相关过程理论开展深化探究。本次研究可为该方向后续的深入探索提供基础理论认知与参考思路。