近日，厦门大学环境与生态学院、海洋生物地球化学全国重点实验室陈能汪教授课题组与马剑教授课题组合作在海陆关键界面水库氮循环研究方面取得新进展，相关成果以“Inorganic nitrogen and phytoplankton dynamics in a subtropical reservoir during low-flow winter periods: Implications for nitrogen management”为题，发表于Journal of Environmental Management。

该研究应用自主研发的营养盐在线分析仪（iSEA）与水生态在线监测设备（AquaSOO），在九龙江北溪下游江东水库（厦门水源地）冬季低流量期间开展高频连续监测，获取30分钟频次的溶解性无机氮组分（氨氮、硝酸盐、亚硝酸盐）与分钟级的藻类群动态数据。通过解析昼夜变化、降雨事件及藻华生消过程等不同时间尺度下无机氮动态与藻类响应的耦合特征，揭示不同水文-生物过程驱动的氮-藻相互作用机制。

研究背景

河流型水库面临氮污染与藻华协同作用的潜在风险。以往研究多关注春夏季藻华现象，而对冬季稳定水文条件下“低流量-高营养盐-藻类增殖”的潜在耦合机制关注不足。此外，尽管冬季降雨较少，但叠加前期持久干旱条件，降雨径流对流域土壤中累积氮素的冲刷作用，仍可能增加河流氮污染输入负荷和水华风险。因此，解析亚热带水库冬季低流量期间氮素形态与藻类动态的互作机制，对于提升海陆关键界面水库氮循环过程机制科学认知、支撑流域氮污染精准管控和水源地水华监测预警具有重要意义。

研究结果

研究发现，氨氮（NH₄-N）浓度呈现明显的昼夜波动特征，即日间下降，夜间上升（图1），而藻类生物量却呈现相反的变化趋势，即日间上升，夜间下降（图2）。在一个昼夜周期，氨氮浓度与总藻生物量呈显著负相关（r=-0.378，p=0.028），表明藻类生物量增长与氨氮同化吸收存在关联。硝酸盐（NO₃-N）和亚硝酸盐（NO₂-N）浓度则无明显的昼夜波动特征。此外，在流域经历了长达75天干旱/少雨状态后，一次中小型降雨事件导致日均氨氮浓度上升了2.4倍，表明降雨导致的外源氮输入负荷增加是水库无机氮浓度上升的主要原因，尤其是在经历了较长时间干旱期之后。

在藻华消退的末期，氨氮浓度和总藻类生物量均处于较低水平。3~4天后，氨氮浓度开始上升，而随后又发生了一次藻华。与非藻华期相比，藻华期间水库氨氮浓度的日变化幅度显著增大。基于入库流量和浓度计算藻华期间氨氮小时通量，其最大值（出现在夜间）与最小值（出现在日间）相差五倍。

利用广义加性模型分析各种环境因子（营养盐、水温、溶解氧、pH和入库流量）在驱动藻类生物量变化中的相对重要性，发现无机氮是江东水库总藻类生物量的重要决定因素，尽管这种影响表现出藻类群特异性（图3）。无机氮解释了绿藻和隐藻生物量变化的55.86%~56.85%，其中氨氮为最主要的影响因子（19.96%~21.58%）。蓝藻和硅藻生物量主要受pH和溶解氧的共同影响（合计41.46%~51.35%），无机氮的影响较小。其中，氨氮和硝酸盐共同仅解释硅藻生物量变化的6.02%，而亚硝酸盐解释了18.68%。

本研究通过高频水质生态同步监测技术的应用，不仅揭示了营养盐-藻类动态耦合过程的多时间尺度特征，同时也证实了冬季低流量期间流域氨氮污染输入对藻华形成的重要影响。研究结果为深入理解氮-藻互作机制提供了新途径，并为河流型水库藻华监测预警提供了科学基础。

图1 江东水库溶解性无机氮浓度变化（a：NH₄-N，b：NO₃-N，c：NO₂-N）和某些时间段放大子图（d：2019年12月24日至26日；e：2019年12月27日至29日；f：2020年1月3日至5日）

注：a、b、c图中空心圆表示iSEA测定值，灰色三角形表示离散人工采集样品测定值。P1^#、P2^#和P3^#表示三场降雨事件影响期间

图2 江东水库藻类生物量（a）以及藻类群落结构（b）变化。

注：P1^#、P2^#和P3^#表示三场降雨事件影响期间

图3 多种环境因子对不同藻类群生物量变化的相对重要性

研究团队

厦门大学海洋生物地球化学全国重点实验室助理研究员余丹和我院2020级博士生方腾越为论文共同第一作者，陈能汪教授和马剑教授为共同通讯作者。合作作者还包括厦门大学陈纪新高级工程师。研究获得国家自然科学基金青年科学基金项目（C类）（42306186）和国家重点研发计划（2022YFC3103903）的联合资助。

论文来源

Yu, D., Fang, T., Chen, J., Chen, N., Ma, J., 2025. Inorganic nitrogen and phytoplankton dynamics in a subtropical reservoir during low-flow winter periods: Implications for nitrogen management. Journal of Environmental Management 382, 125429.

论文链接

DOI：https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2025.125429

文、图 | 余丹、陈能汪

责任编辑 | 曹京柱