亚高山湖泊水质动态模拟：AQUATOX模型在洛赫湖的应用与挑战

本研究针对亚高山湖泊独特生态环境的建模空白，应用EPA的AQUATOX模型模拟美国洛赫湖的水质与浮游植物动态。研究发现模型能准确预测冰消期叶绿素a（Chl-a）变化，但冰封期模拟存在低估；成功复现硝酸盐生物测定实验，揭示了磷（P）模拟的局限性。成果为高海拔湖泊管理提供工具，并指出需改进冰下分层和混合营养（mixotrophy）等模型机制。

　　

亚高山湖泊作为重要的生态资源，正面临气候变暖、冰川退缩和人类活动等多重威胁。这些高海拔水体与温带湖泊在物理环境（如冰雪覆盖时长）和生态特征（如寡营养状态）上存在显著差异，但针对其生态系统的建模研究却极为有限。美国环境保护署（EPA）等机构的研究人员选择科罗拉多州落基山国家公园内数据完备的洛赫湖（The Loch），应用AQUATOX（水生生态系统模型）开展模拟研究，相关成果发表于《Ecological Modelling》。

研究采用AQUATOX 3.2版，整合湖泊深度（平均1.5 m，最大4.7 m）、营养盐浓度（总氨氮0.018 mg/L，硝酸盐氮0.24 mg/L）等参数，通过退火算法（annealing）校准浮游植物参数。关键技术包括：基于细胞计数的生物量换算（如硅藻5.0 pg C/细胞）、冰期与非冰期分层建模、以及营养盐生物测定实验模拟。

模型应用
研究发现AQUATOX能准确模拟1984和1999年冰消期的浮游植物水华动态，证实温度升高促进叶绿素a积累的规律。但对冰封期叶绿素a的模拟值较观测值偏低，提示需改进冰下光传输和层化（stratification）的建模方法。

数据关系与校准
通过建立浮游植物细胞碳含量与叶绿素a的换算关系（图3），校准出不同藻类的碳质量参数。退火算法优化的参数集（表2）显示，模型对硝酸盐生物测定的模拟精度高于磷，后者虽高估但趋势吻合。

讨论与意义
该研究首次系统验证AQUATOX在亚高山湖泊的适用性，指出当前模型在充足数据支持下可有效模拟冰消期生态过程。未来需重点改进：复杂地形下的风场边界条件、冰下光数据获取、混合营养生物（mixotrophy）的建模，以及冰形成过程的动力学表征。这些发现为气候变化背景下高海拔湖泊的适应性管理提供了科学依据，尤其对落基山等地区受鱼类投放影响的湖泊生态系统修复具有指导价值。

（注：解读严格依据原文，未添加非文献内容；专业术语如AQUATOX、叶绿素a（Chl-a）等首次出现时均标注说明；作者单位按要求处理；技术细节保留原文的上下标格式如m³、mg/L等）