Nature | 温带湖泊大面积低氧?

一、对湖泊温度和溶解氧的监测

水生系统中溶解氧（DO）的浓度影响生物多样性，营养生物地球化学，温室气体排放，饮用水质量，最终影响人类健康。

通过分析总共 45,148 个溶解氧和温度剖面，并计算了 1941 年至 2017 年间 393 个温带湖泊的趋势。我们发现，溶解氧的下降在地表和深水栖息地中很普遍。

a. 温度的趋势幅度密度图

b. DO浓度趋势幅度密度图

c. DO百分比趋势幅度密度图

红色分布表示地表水趋势

蓝色分布表示深水趋势

1980—2017年，地表水和深层水分别下降0.45和0.42 mg l ^-1 。这些比率分别代表表层水和深层水的损失率为5.5%和18.6%，远大于海洋的损失率和损失总额。

二、解释溶解氧变化的原因

a,b. 地表水（a;n = 415）和深水（b;n = 259）的溶解度，观察到的溶解氧浓度（mg l ^-1 ）与预测的变化。

地表水溶解氧浓度的变化可以通过气体溶解度的变化得到很好的解释。温度的升高最好地解释为春季和夏季气温的升高以及夏季风速的下降。

深水溶解氧浓度和饱和度百分比随着时间的推移而下降（分别为-0.12 mg l ^-1 decade-1和-1.2% decade ^-1 ）表明，深水栖息地对于具有有氧代谢的生物体（包括鱼类）来说变得越来越不利。

以上四图描述地表水和深水的温度以及溶解氧的变化。

地表水温度从1980年开始普遍上升，但从1990年到2000年有一段加速上升的时期，此后变暖较慢（上图c），为“变暖间歇期”的规律；同样，地表水溶解氧表现出周期性地偏离总体下降趋势。

深水区自1980年以来，温度表现出明显的多年代振荡（上图e），正如以前在一些湖泊中观察到的那样；而深水溶解氧浓度随着时间的推移持续下降（上图f）。

以上四图对地表水溶解氧浓度、表面温度和水透明度之间相互作用的分析表明，溶解氧浓度通常随着温度的增加而降低。

但对于高生产力湖泊地表水，当夏季平均地表水温度超过24 °C左右时，溶解氧浓度增加（上图c）。 当叶绿素较高且表面温度超过25°C左右时，观察到正的溶解氧趋势（上图b）。在变暖的地表水中，溶解氧浓度增加的湖泊的地表水温度显著升高（上图a）。

尽管水温对地表水中溶解氧浓度有很大影响，但湖泊间存在很大差异，大部分湖泊的水温和溶解氧浓度均有所增加（n = 87）（上图d）。

以上四图是对深水溶解氧的变化与水透明度和水柱密度分层的变化。

显示 51%的湖泊透明度增加，49%的湖泊透明度下降，只有39%的湖泊同时出现水透明度损失和溶解氧饱和度损失 （上图a） 。

在地表水和深水水体密度差增加约0.5 kg m−3的湖泊中，深水溶解氧显著减少（上图b）

在透明度和层次均未变化的湖泊中观察到深水溶解氧不变（上图c，d）。

三、湖泊溶解氧变化原因和结果

根据论文的分析认为富营养化和变暖相互作用以增加地表水溶解氧浓度，尽管气体溶解度降低。

在湖泊的深水中，无论是由于大气变暖、静止还是两者兼而有之，在这些湖泊的深水中，水的透明度继续下降导致密度分层或热分层加剧，都会进一步损失溶解氧。

尽管湖泊和集水区特征各不相同，但温带湖泊脱氧的总体趋势是明显的，气候变化和水透明度损失导致湖泊溶解氧浓度下降的速度比在全球海洋中观察到的要快得多。

深水湖泊栖息地尤其受到威胁，深水溶氧趋势可能预示着冷水和氧敏感物种的未来损失，内部营养负荷增加，加剧了富营养化和有害藻华的形成，并可能增加甲烷的储存和随后的释气。