溶解氧（DO）是表征水生生态系统健康状态的核心指标，也是评估湖泊生态代谢速率的关键参数。近年来，受气候变暖与富营养化进程加剧的影响，全球内陆淡水系统正普遍经历溶解氧浓度持续下降的脱氧趋势，对河流、湖泊及水库的生态完整性与服务功能构成显著威胁。然而，在富营养化浅水湖泊中，DO动态表现出高度的复杂性：藻类大量增殖导致白天光合产氧量急剧升高，而夜间强烈的呼吸耗氧作用则使DO浓度大幅下降，从而形成显著的昼夜波动（ΔDO）。在十年尺度上，这种短期极端波动如何与长期系统性脱氧趋势相互作用与叠加，以及生物代谢过程与物理气液交换在这一过程中各自承担何种角色，仍是有待深入解析的核心科学问题。

    南京地理与湖泊研究所秦伯强研究团队以典型的浅水富营养化湖泊-太湖为研究对象，利用北太湖藻型区（沙塘港水域）2012–2023年连续12年的高频DO监测数据，定量解析了浅水湖泊溶解氧的年际趋势、昼夜动态及其驱动机制。研究期间，表层水体DO年均浓度由9.87 mg/L下降至9.12 mg/L，降幅为7.6%。与这一长期下降趋势相反，溶解氧极差（ΔDO，即日内最大与最小浓度的差值）呈现显著的年际递增趋势，且其波动幅度在每年6–9月的藻类水华高发期达到最大值。

图1. 基于高频监测与代谢模型的北太湖溶解氧演变特征及成因解析示意图

    研究根据亨利定律（Henry's Law）等热力学原理开展北太湖藻型湖区表层水体长期脱氧现象的归因分析。鉴于水体溶解氧饱和浓度随水温升高呈非线性下降，本研究综合运用滑动窗口分析法与敏感性检验，定量评估了水温长期升高导致的物理溶解度损失对脱氧趋势的贡献。结果表明，该贡献率为45.4%–55.2%。

图2. 基于滑动窗口分析的实测溶解氧与物理溶解度驱动的长期变化趋势对比

    除温度诱导的溶解度下降外，风动力条件的长期减弱构成驱动脱氧的另一关键物理因素。监测数据显示，2012–2023年该区域风速呈持续下降趋势。采用广义相加模型（GAM）量化风速对ΔDO的非线性驱动效应，结果表明：春、夏季ΔDO对风速变化具有高度敏感性，且该敏感性在近年呈显著增强态势。2018–2023年间，春、夏季低风速条件下ΔDO极端高值频繁出现，部分日变幅超过15 mg/L，显著高于2012–2017年同期水平。上述结果进一步表明，风速降低削弱了水层的垂向混合强度与大气界面氧交换效率，从而加剧溶解氧昼夜波动的幅度。

图3. 基于GAM模型拟合的2012–2017年与2018–2023年ΔDO随日均风速变化的季节性关系对比

    为定量区分物理与生物过程对溶解氧变化的相对贡献，研究引入Odum质量平衡框架，基于半小时尺度的DO收支平衡方程，将实测DO净变化量解析为物理气体交换速率与生物净生态系统生产力（NEP）两个核心组分。定量解析结果表明，气体交换对DO昼夜高频波动的长期贡献有限，生物代谢主导ΔDO变化，其贡献率超过80%。进一步驱动机制分析显示，ΔDO对浮游植物活性高度敏感，且总磷浓度与NEP日振幅呈显著正相关，表明磷负荷通过诱发藻类水华引发代谢失稳。综合而言，物理与生物过程的协同作用共同影响浅水湖泊的代谢过程并加速其脱氧进程。

    本研究进一步强调，强化内源磷治理对于维持湖泊代谢平衡具有重要的科学意义。该研究成果为全球气候变化背景下浅水湖泊的管理与生态修复提供了新的科学依据。研究指出，仅以长期平均溶解氧浓度作为评价指标尚不足以全面表征湖泊生态系统健康状况；短期尺度上显著放大的昼夜溶解氧极端波动同样是评估藻类水华灾害风险及指导蓝藻水华治理不可或缺的关键参数。

    上述成果近期发表在《科学通报》（Science Bulletin）期刊上。中国科学院南京地理与湖泊研究所与南京大学联合培养博士研究生赵星辰为第一作者，秦伯强研究员为通讯作者。

    文章信息：Zhao, X., Paerl, H. W., Jeppesen, E., Deng, J., Brookes, J., Wang, L., Qin, B.* (2026). Dynamics of amplified diel oxygen swings and decadal deoxygenation in Lake Taihu’s hypertrophic region. Science Bulletin.

    论文链接：http:// DOI:10.1016/j.scib.2026.05.031