抚仙湖温跃层低氧区时空演变特征及关键驱动过程OA

深水湖泊温跃层低氧区的形成对湖泊生态系统结构与功能的稳定性构成威胁。抚仙湖储存了全国约50%的Ⅰ类淡水资源,在我国水资源安全中具有重要战略地位。然而,气候变暖背景下抚仙湖温跃层低氧区的时空演变规律及其关键驱动机制尚不明确。本研究基于20212024年高频监测数据和过程驱动的水动力-生态模型(GOTM-WET),重建了19452024年抚仙湖温跃层低氧区的演变过程,并结合情景模拟揭示了关键生物地球化学耗氧过程对低氧区的调控机制。结果表明,自1980s以来,抚仙湖在分层期持续出现温跃层低氧区。与1980年相比,低氧区溶解氧浓度以(0.20±0.03)mg/(L·10 a)的速率下降,其发生深度以(0.45±0.21)m/10 a的速率上移,厚度以(1.07±0.17)m/10 a的速率增加,在温跃层中所占体积比例以(6.44±0.98)%/10 a的速率上升,年持续时间以(31.20±5.08)d/10 a的速率显著延长。这些变化与气候变暖导致的热分层增强(如Schmidt稳定性增大、温跃层增厚和分层期延长)显著相关。模型分析表明,温跃层低氧区主要的氧气消耗过程及其相对贡献分别为:浮游植物呼吸作用34.6%,溶解性有机物(DOM)矿化27.5%,颗粒有机物(POM)矿化19.7%,硝化作用16.7%,以及沉积物耗氧(SOD)1.5%。情景模拟进一步显示,DOM矿化和浮游植物呼吸是低氧区形成的关键驱动过程,而POM矿化、硝化作用和SOD在调控低氧区的强度、持续时间和垂向分布方面也具有重要作用。本研究系统揭示了气候变暖背景下,深水湖泊温跃层低氧区的形成受热分层过程(物理过程)与耗氧过程(生物地球化学过程)的协同驱动,为深入理解深水湖泊生态系统对气候变化的响应及制定适应性管理策略提供了科学依据。