在國家自然科學(xué)基金委創(chuàng )新研究群體項目資助下，中國科學(xué)院南京地理與湖泊研究所張運林研究組近日在Science Bulletin上發(fā)表了題為“Radiation dimming and decreasing water clarity fuel underwater darkening in lakes”的研究論文。論文使用全國太陽(yáng)輻射和日照時(shí)數長(cháng)期觀(guān)測數據，兩次全國湖泊調查、典型湖泊長(cháng)期觀(guān)測以及文獻提取透明度數據，并結合Landsat遙感反演641個(gè)10 km²以上湖泊兩個(gè)典型時(shí)段遙感反演透明度結果，首次構建了我國湖泊透明度長(cháng)期變化數據，揭示了透明度下降和太陽(yáng)輻射降低共同作用導致了過(guò)去數十年湖泊水下變暗。 

　　在水生生態(tài)系統中，浮游植物和大型水生植物都依賴(lài)于水下輻射進(jìn)行光合作用，因此其生物量和初級生產(chǎn)力對光的可利用性和水下變暗十分敏感。水下變暗會(huì )對水生生態(tài)系統產(chǎn)生了許多負面影響，例如可能會(huì )大大減少物種豐富度，破壞食物鏈，改變生態(tài)系統能量流動(dòng)和物質(zhì)循環(huán)路徑（圖1）。然而，在對湖泊浮游植物和大型水生植物生長(cháng)以及初級生產(chǎn)力的研究中，人們大多關(guān)注到營(yíng)養鹽的影響作用，光的重要作用往往被忽視。上世紀70、80年代以來(lái)，由于人類(lèi)活動(dòng)造成的大氣污染和氣溶膠增加，全球范圍內到達地表的太陽(yáng)輻射均觀(guān)測到衰減的現象。加之高速社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展造成水環(huán)境污染加劇，撫仙湖、洱海、千島湖、太湖、滆湖等典型湖泊長(cháng)期觀(guān)測顯示水體透明度也呈現逐漸下降趨勢。因此，通過(guò)建立全國尺度大樣本量的湖泊光環(huán)境長(cháng)期變化的數據集，綜合考量太陽(yáng)輻射減弱和水體透明度下降對水下變暗的影響，可以為理解水下光環(huán)境變化提供了一個(gè)全新的視角，并為研究湖泊初級生產(chǎn)力和碳循環(huán)提供重要啟示。

圖1 水下變暗的原因及對水生生態(tài)系統的潛在影響示意圖 

　　研究發(fā)現： 

　　1）我國116個(gè)輻射站的長(cháng)期觀(guān)測數據顯示，與上世紀60年代相比，91個(gè)監測站（78.4%）2000年以來(lái)的年平均總輻射展現了明顯下降趨勢，平均下降率為5.8%。同時(shí)觀(guān)測到839個(gè)氣象站點(diǎn)中，60.2%站點(diǎn)日照時(shí)數呈現明顯下降趨勢，其年平均日照時(shí)數下降率為4.59h/年，以胡煥庸線(xiàn)為界，受人類(lèi)活動(dòng)影響強烈的東南地區其下降率明顯高于西北地區（圖2）。

圖2 1961-2013年中國839個(gè)觀(guān)測站年平均日照時(shí)數變化率（a）、顯著(zhù)性水平（b）空間分布以及胡煥庸線(xiàn)兩側東南地區和西北地區變化率和顯著(zhù)性水平的比較（c）

　　2）全國實(shí)測和Landsat衛星反演的透明度顯示出過(guò)去數十年我國湖泊透明度總體為下降趨勢，其中東部湖區的透明度下降更明顯。全國170個(gè)湖泊實(shí)測透明度長(cháng)期變化數據顯示，130個(gè)湖泊經(jīng)歷了透明度顯著(zhù)下降的過(guò)程，從1960s-1995年間的平均透明度1.89m下降到2005-2016年間的1.11 m，平均下降率為41.3%（圖3）。641個(gè)10 km²以上湖泊的遙感觀(guān)測結果顯示平均透明度從1985-1990的1.26m下降為2005-2010年的1.14m，整體下降了10.1%。其中，透明度在東部平原湖區和東北湖區的下降最明顯，下降率分別是57.9%和52.8%，而在青藏高原、蒙新高原和云貴高原湖區則顯示了上升趨勢，上升率分別為19.0%，7.1%和1.8%。

圖3 170個(gè)湖泊實(shí)測透明度典型時(shí)段變化及對比

　　3）地面平均總輻射降低和水體透明度下降直接導致了我國湖泊水下變暗，真光層水柱中可利用光降低。全國湖泊漫射衰減系數從1995年之前的0.81m增加到2005年以后的1.13m，引起了湖泊真光層水柱內光合有效輻射減少了7.5%。其中湖泊透明度下降和太陽(yáng)輻射降低對水下變暗貢獻率分別為85.4%和14.6%，透明度下降是我國湖泊水下光變暗的主要因子。4）基于文獻薈萃分析發(fā)現全球61個(gè)不同類(lèi)型水體長(cháng)期觀(guān)測結果顯示，透明度也呈現明顯下降的趨勢（圖4），意味著(zhù)水體變暗的狀況可能廣泛分布于全球。鑒于湖泊水下變暗對初級生產(chǎn)力、碳通量、漁業(yè)生產(chǎn)、生物多樣性和生態(tài)系統服務(wù)功能的潛在影響，本研究為全球變化和人類(lèi)活動(dòng)影響下的湖泊環(huán)境管理提供了重要理論指導和應用價(jià)值。

圖4 全球61個(gè)不同類(lèi)型水體基于長(cháng)期觀(guān)測計算的透明度變化率分布

　　論文全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209592732030414X?via%3Dihub#f0005