兰州大学研究团队在中国湖泊营养演变历史与预测研究领域取得重要进展

兰州大学资源环境学院陈建徽教授团队于3月26日在《自然•通讯》期刊在线发表了题为“中国湖泊沉积物氮磷演变趋势将出现分化”的研究论文。该论文系统整合了中国湖泊短钻沉积物氮、磷营养元素记录数据，重建了自1850年以来中国各湖区湖泊营养水平演变历史；识别了各湖泊发生营养水平结构性转变的时间节点，获取了控制中国湖泊营养演变轨迹的核心因子组合；并使用该因子组合和相应数据集，完成了对各湖区湖泊营养演变过程的建模与未来趋势预测。论文第一作者为博士生姬盼盼，通讯作者为陈建徽教授，合作者还包括中国科学院青藏高原研究所和海南大学的科学家。

湖泊为人类生存发展提供了重要的淡水资源储蓄与生态系统服务。随着人类活动影响的加剧，湖泊健康状况遭受到来自水体富营养化的严重威胁。我国长期致力于提升区域生态环境质量，在河湖环境整治中投入大量努力。开展湖泊营养水平历史演变及其趋势预测研究，将为保障区域水资源安全和实现可持续环境管理提供重要科学依据。

中国湖泊水体营养状况的系统监测大多始于本世纪初，其覆盖时长较短，一般不超过30年，无法提供长期数据，特别是自然因素主导湖泊环境变化阶段的相关数据。幸运的是，湖泊沉积物营养元素浓度能够忠实反映湖泊水体营养水平，成为重建其历史演变的可靠代用指标。该研究通过系统收集现有湖泊钻孔资料和补充关键空白区钻孔记录（图1），获得了六个湖区69个湖泊的沉积物氮、磷浓度变化序列，构建了中国湖泊营养水平历史数据集，时间跨度为1850年至今。

图1 湖泊钻孔分布图

结构性转变节点检测分析发现，中国各湖区沉积物氮、磷浓度快速提升过程的开始时间集中出现在约1950-1965年间（图2）。其中氮浓度的平均转变节点为1956年，磷浓度为1957年。人类活动导致的营养元素环境排放是引发湖泊营养水平快速提升的最重要原因。在长时间尺度上，温度、降水、农业化肥消耗、氮沉降和人口规模是控制中国湖泊营养演变轨迹的核心因子组合。

图2 中国湖泊沉积物氮、磷浓度（ab）及其各控制因子（c）历史变化趋势

该研究结合基于湖泊点位的核心因子未来时间序列估算，计算获得多元模型预测结果（图3）。发现约于2030年后，氮浓度整体呈下降趋势，其中，北方湖区（新疆，东北）氮浓度下降速率显著低于南方湖区（西藏，东部和云贵）。而磷浓度在大部分地区将持续增长（新疆、东部和云贵）或略微下降（东北，内蒙），仅西藏湖区出现明显下降。

图3 中国各湖区湖泊沉积物氮、磷浓度演变历史，及未来趋势预测

由上图结果可知，我国湖泊氮磷浓度演变轨迹在未来阶段可能出现明显分化，与1950年以来出现的同步快速上升存在差异。由此，作者强调，未来湖泊环境科学管理需要以湖区为单元开展，制定针对特定营养元素的污染控制策略。另一方面，该研究对中国各区域湖泊营养状态长期演变过程的系统分析与模型预测，为多尺度湖泊水生态系统和水环境演变研究提供了重要的基础数据。

本项工作得到了第二次青藏高原综合科学考察研究项目（2019QZKK0601）和国家自然科学基金重大项目 (41790421)的资助。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-46968-4

中国湖泊营养水平历史数据集链接：https://doi.org/10.6084/m9.figshare.25314568.v2