湖泊生态系统中的氮含量是如何被低估的

湖泊中的生态失衡通常可归因于养分输入的增加。这会导致浮游植物生长增加、缺氧、有毒蓝藻大量繁殖和鱼类死亡。到目前为止，湖泊管理的控制主要集中在磷投入上，以抵消这种影响。

现在，亥姆霍兹环境研究中心 (UFZ) 与奥尔胡斯大学(丹麦)和生命科学大学(爱沙尼亚)合作进行的一项研究动摇了这一教条，该研究发表在《自然通讯》上。研究人员表明，氮也是全球湖泊浮游植物生长的关键驱动力。

来自农业来源和污水处理厂的磷和氮的输入会对河流和湖泊中的浮游植物生长产生强烈影响。

“然而，之前人们认为湖泊中浮游植物的生长大多受到限制，并受到磷的供应的驱动，”UFZ 的主要作者 Daniel Graeber 博士说。基本理论：如果湖泊中只有少量磷，浮游植物的生长就会相应受到限制。相反，大量的磷将极大地促进浮游植物的生长。

“在这个解释模型中，氮不起作用，”格雷伯说。“这是基于这样一个事实，即水中的特定蓝藻可以结合空气中的氮并将其引入湖中。因此，这可以防止湖泊长期缺氮。”

过量的氮供应也无法促进浮游植物的生长，因此最终不会导致富营养化。“这个模型构成了全球湖泊管理的基础，其重点是控制磷输入以抵消湖泊富营养化，”奥尔胡斯大学湖沼学家、该研究的最后作者托马斯·A·戴维森博士解释道。

“反复减少磷的投入并不能防止富营养化。因此，这就引发了一个问题：水方程是否还包含另一个未知数。” 在目前的研究中，研究小组现已明确确定氮是这样一个因素，从而为内陆水域科学(湖泊学)和湖泊管理指明了新方向。

全世界大约 89% 的湖泊是所谓的浅湖，平均深度达 6 米。研究人员利用北美、欧洲和新西兰159个浅水湖泊的长期监测数据进行了统计调查。

对于每个湖泊，他们确定了总氮与总磷的比率与叶绿素-a 浓度之间的关系，作为衡量 5 年期间浮游植物生物量的指标。

“我们想要确定两种营养素的比例与浮游植物生长之间的长期关系，”丹尼尔·格雷伯解释道。“我们研究的想法源于之前对浅水湖泊生态学的研究中的几个异常值。在一些湖泊中，我们没有看到测量的营养物与叶绿素a浓度相应增加或减少之间的线性对应关系，”湖泊学家说。

“我们问自己：这可能是由于磷和氮的营养比例造成的吗?已经有一些研究暗示，氮可能在湖泊浮游植物生长中发挥比之前假设更重要的作用。”

他们当前研究中的统计分析支持了这些研究的理论，并且明显与传统的湖泊学共识相矛盾：所调查的水体中 60%表现出极高的双营养限制可能性。这意味着磷和氮这两种营养物质对大多数湖泊的浮游植物生长都有限制作用。

“这些关系是如此清晰，一开始我什至不敢相信。它们与实验室实验中已知的结果完全一致——这确实令人震惊，”格雷伯说。

“结果经受住了对统计数据的彻底测试：数据是可靠的。我们的结果证实了氮并不是湖泊生态的被动参与者的假设。而且我们首次能够通过广泛的数据库证明这显然适用于全世界的湖泊。” 研究团队现在正在现场和通过建模推动进一步的研究，以便测试他们的数据分析结果。

通过他们的研究，研究人员象征性地将氮纳入了湖泊生态方程。他们建议，在实践中，现在在湖泊管理中应更加关注氮。“我们需要对营养物比例进行长期调查，以确保高效、有效的富营养化管理取得成功，”格雷伯说。“这需要更加关注农业投入，农业投入通常含氮量很高。”