湖库藻类水华（以下简称藻华）是淡水水体中藻类大量繁殖，并在水面形成一层蓝绿色或有恶臭的浮沫的现象。藻华暴发会引发水质恶化与生态系统退化，甚至威胁饮用水安全。
藻华主要因为水体中氮磷等营养物质过剩而引发，同时受气候因素影响。因此，氮磷削减是藻华防控的关键，但气候变化可能削弱其效果。为了分区域明晰氮磷削减与气候变化对藻华的协同影响，中国科学院南京地理与湖泊研究所研究员黄佳聪、高俊峰与国内外多个团队合作，对我国四大湖区97个重要湖库展开研究，揭示了藻华对气候变化与氮磷削减的区域差异化响应规律，并预测了氮磷削减的藻华缓解效果。研究成果于近日发表在国际知名期刊（Water Research）上，硕士研究生张帅为论文第一作者。
创新算法解决大尺度模型参数本地化难题
“藻华是在特定气温与氮磷条件下产生的环境问题，而陆域氮磷削减可降低湖泊氮磷浓度，抑制藻类过度繁殖，从而控制藻华。”论文通讯作者黄佳聪在接受《中国科学报》采访时解释说，“然而，气候变暖会加速藻类生长，如温度每升高10℃，藻类繁殖速率增长近1.8倍，进而削弱甚至抵消氮磷削减的藻华控制效果。不仅是温度，极端降雨会增加陆域输入湖泊的氮磷量，而极端干旱导致湖泊水量不足，也不利于藻华控制。”
一直以来，受限于湖库模型大尺度应用的困难，全国尺度湖库藻华的响应关系解析与未来趋势预测研究较为薄弱。此次，研究人员自主研发适用于全国湖库的藻华风险预测模型，跨区域选择我国五大湖区中藻华问题较为突出的东部平原湖区、云贵高原湖区、蒙新湖区和东北平原山地湖区开展研究工作。“我们开发了模型智能联合调参算法，即联合层次贝叶斯优化算法。该算法可智能配置模型在不同区域推广应用的参数，解决了大尺度模型的参数本地化难题，实现了从‘适用单一湖泊’到‘全国湖泊可用’的突破。”黄佳聪表示。
揭示湖库氮磷与气候变化对藻华的影响
氮磷削减与气候变化对藻华的协同影响。 受访者供图
研究发现，2005~2022年间，湖库水体磷与藻类生物量呈相反变化趋势，80.5%湖库出现总磷含量下降的现象，但其中61.8%湖库中的藻类生物量却在增加。这一现象在低纬地区尤为明显。
数据显示，尽管营养削减未能完全抵消气候变化对我国湖库藻华的加剧效应，但也显著降低了湖库藻华风险。其中，蒙新湖区藻华风险降幅最大，高达52.5%。据介绍，之所以蒙新湖区的显著风险降幅最大，是源于其独特的“低温—低营养盐”本底条件。“一方面，该区域湖泊磷本底浓度相对较低，削减后更容易达到抑制藻类生长的阈值；另一方面，高纬度低温环境可抑制藻类生长，在未来升温条件下，其绝对温度仍低于藻华暴发的临界阈值。”
同时，此次研究还显示，气候变化大幅减少了东部与云贵湖区的中高风险藻华的湖库数量。“未来，四大湖区热力环境及藻华发展趋势也明显不同。高纬度的蒙新湖区与东北湖区水温较低，气候变暖也无法很好满足藻类生长需求，藻华增幅相对较小。而低纬度的云贵高原与东部平原湖区水温较高，藻华增幅则更大。”黄佳聪介绍道。
为保护湖泊提供科学依据
“湖泊在安全供水、防洪抗旱、维系区域生态平衡等方面发挥着不可替代的作用，是区域经济可持续发展的重要支撑，同时也是保障国家水安全的重要战略资源。”黄佳聪说，“此次研究从全国尺度评估了气候变化与氮磷削减共同作用下的湖泊藻华风险，为优先保护湖泊确定与未来水质目标制定提供科学依据，助力实现‘精准治污、科学治污’目标。”
黄佳聪指出，未来气候变暖与氮磷削减共同决定藻华趋势，气候变暖将导致湖库藻华风险进一步升高，东部和云贵湖区尤为明显，需更严格营养阈值（总磷<20μg/L）应对气候变化，高纬地区湖库在营养阈值（总磷<50μg/L）下能有效防止藻华风险升高。
此次研究得到国家自然科学基金优青项目与面上项目、江苏省碳达峰碳中和科技创新专项、NIGLAS自主部署项目等联合资助。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.123307
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