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　　在當(dāng)前氣候變化背景下，預(yù)計(jì)全球熱帶和亞熱帶地區(qū)臺(tái)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(huì)服務(wù)價(jià)值，這些水體的一個(gè)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(dòng)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(huì)增加水體的陸源營養(yǎng)物質(zhì)輸入。這些營養(yǎng)鹽的波動(dòng)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(gè)不斷變化的環(huán)境中，采用新方法結(jié)合較高頻率觀測會(huì)促進(jìn)人們對突發(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(jì)量和穩(wěn)定同位素是了解浮游生物動(dòng)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(dòng)物和初級(jí)生產(chǎn)者藻類的化學(xué)計(jì)量變化會(huì)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(shí)別元素來源。事實(shí)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(gè)體多數(shù)在3–20 μm范圍內(nèi)，大多數(shù)原生動(dòng)物和后生動(dòng)物分別大于20 μm和64 μm。已有研究通過人為擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)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(tái)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(tái)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)健康研究組研究員楊軍團(tuán)隊(duì)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(jì)量、以及營養(yǎng)循環(huán)對臺(tái)風(fēng)的響應(yīng)及其內(nèi)在相互關(guān)系。結(jié)果顯示，臺(tái)風(fēng)顯著改變了深層水體的營養(yǎng)水平以及溫躍層深度，導(dǎo)致水庫表層水溫降低、底層水溫升高。臺(tái)風(fēng)后短期（如臺(tái)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(tái)風(fēng)后短期內(nèi)顯著增加，但隨后又迅速下降恢復(fù)至臺(tái)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(tái)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(tái)風(fēng)事件驅(qū)動(dòng)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(tái)風(fēng)后，底層水體的微微型顆粒有機(jī)物（0.2–3 μm）顯著增加，該粒徑的顆粒有機(jī)物對臺(tái)風(fēng)的響應(yīng)比其他粒徑的顆粒有機(jī)物（3–20、20–64、64–200 μm）更加強(qiáng)烈，并且臺(tái)風(fēng)后第一個(gè)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(jì)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(tái)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(tái)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(jí)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(tái)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(tái)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(xiǎn)。
　　該研究綜合應(yīng)用穩(wěn)定同位素、化學(xué)計(jì)量學(xué)和多營養(yǎng)循環(huán)指數(shù)方法，揭示了臺(tái)風(fēng)事件對亞熱帶深水水庫的生態(tài)影響，發(fā)現(xiàn)臺(tái)風(fēng)后底層水體顆粒有機(jī)物和營養(yǎng)鹽持續(xù)增加，其中，微微型顆粒有機(jī)物、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(tái)風(fēng)驅(qū)動(dòng)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(xiǎn)。因此，在未來研究臺(tái)風(fēng)事件對深水生態(tài)系統(tǒng)影響時(shí)，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。
　　研究成果以Particulate organic matter as causative factor to eutrophication of subtropical deep freshwater: Role of typhoon (tropical cyclone) in the nutrient cycling為題發(fā)表在環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)領(lǐng)域國際期刊Water Research上。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、福建省自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
　　論文鏈接 
　　圖1 臺(tái)風(fēng)前后水庫水體環(huán)境變化及不同粒徑顆粒有機(jī)物氮穩(wěn)定同位素特征
　　圖2 城市環(huán)境所在亞熱帶深水水庫富營養(yǎng)化對臺(tái)風(fēng)的響應(yīng)方面取得進(jìn)展