漂浮水生植物对巴西热带水库开阔水域蒸发的影响

《Journal of South American Earth Sciences》：Effects of floating macrophytes on open-water evaporation in a Brazilian tropical reservoir

本研究估计了巴西东北部圣安塔西欧斯水库1990-2021年的开水蒸发量，并评估了漂浮水生植物覆盖面积（MC）与蒸发的关系及空间变异性。结果表明，MC面积显著增加，导致蒸发量平均减少17%，空间变异性更高。模型验证显示与参考数据（如类A蒸发皿和Penman-Monteith方程）高度一致。

　　在巴西东北部地区，由于降雨量低且不规律，加上潜在的高蒸发率，水资源短缺成为该地区面临的重大挑战。为了更好地理解和管理这些水资源，研究者们对小型水库和大型水库的蒸发损失进行了深入探讨。这些水库在旱季为供水提供关键支持，而蒸发速率则是影响其水资源可用性的重要因素。通过研究，可以更好地评估水库的蒸发损失，从而更准确地预测实际和潜在的水资源量。

该研究以巴西塞阿拉州的圣安托尼奥水库为例，分析了浮游植物覆盖（MC）对开放水面蒸发的影响，以及这种影响在空间上的变化。圣安托尼奥水库主要由受污染的城市排水渠供水，导致其部分区域被浮游植物覆盖。研究采用了一种基于遥感的模型——表面能量平衡系统（AquaSEBS），该模型在与参考测量（如标准A型蒸发皿）进行比较时，表现出较高的准确性，误差范围在0.5毫米/天左右，修正系数达到0.7。通过这一模型，研究者能够对水库的开放水面蒸发进行估算，并进一步探讨浮游植物覆盖与蒸发速率之间的关系。

研究发现，从1990年到2021年，浮游植物覆盖面积呈现出显著的正趋势。这意味着，随着时间的推移，浮游植物在水库中的覆盖范围不断扩大。同时，研究还观察到，浮游植物覆盖的区域在开放水面蒸发的空间变化中表现出更高的不稳定性。此外，浮游植物覆盖与开放水面蒸发速率之间存在负相关关系，相关系数达到0.65，这表明随着浮游植物覆盖面积的增加，开放水面的蒸发速率平均降低了17%（范围从9%到35%）。这一发现强调了浮游植物在水库生态系统中的重要作用，尤其是在影响水体蒸发和水资源管理方面。

研究还发现，浮游植物的覆盖不仅减少了蒸发速率，还通过遮蔽效应降低了水体温度，同时增加了水面的粗糙度，从而减少了风速。这些因素共同作用，降低了开放水面的蒸发能力。然而，浮游植物本身也会通过蒸腾作用增加蒸发，这种现象在其他研究中也有所体现。因此，浮游植物对水库蒸发的影响是复杂的，既包括对蒸发的抑制作用，也包括对水体温度和风速的调节作用。

此外，研究指出，浮游植物的覆盖程度与水体的营养状况密切相关。由于城市排水渠的排放，圣安托尼奥水库积累了大量的营养物质，特别是磷和氮，这导致了浮游植物的大量生长。研究还提到，浮游植物的生长与降水和河流流量密切相关，尤其是在雨季，大量的降水会引发河流流量的增加，从而将沉积物和营养物质重新悬浮到水体中，促进浮游植物的生长。这种现象在干旱地区尤为明显，因为这些地区的水库通常较浅，容易受到水体营养状况的影响。

研究还强调了遥感技术在评估水库开放水面蒸发中的重要性。通过遥感数据，研究者能够更高效地获取大范围的蒸发信息，并与地面观测数据进行对比。这种结合方法不仅提高了数据的准确性，还为研究者提供了更全面的视角，以理解浮游植物对蒸发的影响。然而，遥感数据也存在一些不确定性，例如云层覆盖的影响和遥感数据的精度问题。这些因素可能会影响模型的准确性，因此需要进一步优化数据处理方法，以提高遥感技术在这一领域的应用效果。

总体而言，研究揭示了浮游植物覆盖对开放水面蒸发的重要影响，并指出这种影响在空间上的变化趋势。研究结果不仅有助于理解水库生态系统的动态变化，还为水资源管理提供了新的视角。浮游植物的生长虽然可能减少蒸发损失，但其对水质和生态系统的影响也带来了许多负面后果，如富营养化、水体污染、疾病传播和鱼类死亡等。因此，未来的研究需要进一步探讨如何在减少蒸发损失的同时，改善水库的水质和生态环境。

此外，研究还提到，浮游植物的覆盖面积与降水和河流流量之间存在密切关系。这意味着，未来的研究可以进一步关注降水模式如何影响浮游植物的生长，以及这种生长如何反过来影响水库的蒸发和水资源管理。通过这些研究，可以更好地预测和管理水库的水资源状况，特别是在干旱和半干旱地区。

研究还指出，尽管遥感技术在评估水库开放水面蒸发方面具有显著优势，但在某些情况下仍需依赖地面观测数据。例如，标准A型蒸发皿的使用虽然能够提供重要的参考数据，但其受到季节性变化的影响，且在某些情况下可能不如遥感数据准确。因此，未来的研究可以考虑结合遥感和地面观测数据，以提高对水库蒸发损失的评估精度。

最后，研究强调了浮游植物对水库生态系统的复杂影响。一方面，它们能够减少蒸发损失，另一方面，它们的生长可能导致水质恶化，影响水库的生态环境。因此，在水资源管理中，需要权衡这些因素，采取适当的措施来控制浮游植物的生长，同时确保水库的可持续利用。这可能包括改善城市排水系统、减少污染排放、以及探索其他环保技术，如浮游光伏技术，以减少蒸发损失的同时改善水质。