厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）现象影响了中国太湖中蓝藻水华的规模

《Journal of Environmental Management》：ENSO impacts the scales of cyanobacterial bloom in Lake Taihu, China

　　

摘要

气候变化与富营养化之间的长期相互作用增加了太湖蓝藻水华发生的频率和不确定性。作为主要的年际气候信号，厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）在全球气候系统和生态系统中扮演着重要角色。尽管其对海洋浮游植物的影响已有充分记录，但ENSO与淡水湖泊中蓝藻水华之间可能的联系机制仍不清楚。本研究利用长期数据集系统地探讨了ENSO与太湖蓝藻水华之间的关系，这些数据集包括海洋尼诺指数（ONI）、年度水华面积、叶绿素a（Chl a）、太湖上游流域的降水量、水温以及外部氮和磷负荷。研究结果表明，叶绿素a、降水量和水温对ONI的反应存在显著滞后。厄尔尼诺和拉尼娜现象与不同的年际水华模式相关：厄尔尼诺现象会升高水温（R2 = 0.484*），而拉尼娜现象则会降低水温（R2 = 0.337***），这可能影响了蓝藻的越冬能力和春季复苏。虽然厄尔尼诺现象显著增加了降水量（R2 = 0.312**）以及外部氮和磷负荷（R2 = 0.305**和R2 = 0.183*），但拉尼娜现象则产生了相反的效果（R2 = 0.262***）。然而，外部负荷与年度平均叶绿素a或蓝藻水华面积之间未发现显著相关性。这些发现表明，ENSO可能通过气候变化引起的水温变化，而非外部负荷，对太湖蓝藻水华产生更强的影响，这可能反映了内部养分循环的作用。本研究强调了在蓝藻水华风险评估和生态管理策略中纳入气候变率的重要性。

引言

蓝藻是一类光合自养微生物，在湖泊生态系统中担任初级生产者，常被用作评估湖泊水质的重要指标（Huisman等人，2018年）。蓝藻的过度繁殖会导致水质恶化和水生植物死亡，并产生威胁饮用水安全和人类健康的蓝藻毒素（Ma等人，2016年）。自21世纪初以来，氮负荷的增加加上全球气候变化导致全球范围内蓝藻水华的频率和强度显著上升（Ho等人，2019年；Hou等人，2022年）。中国许多湖泊目前正面临严重的蓝藻水华问题（Wang等人，2023年）。太湖是蓝藻水华出现较早且影响深远的湖泊之一，其水华现象已从季节性现象演变为全年潜在威胁（Ma等人，2016年）。尽管中国政府已采取针对性措施治理太湖，但极端的气候变化加上持续的富营养化严重改变了湖泊的物理环境，从而增加了蓝藻水华发生的时间和规模的不确定性（Qin等人，2019年；Zhang等人，2025年）。

蓝藻的生长受多种因素调控，包括其独特的生理和生化特性、外部营养负荷、水生生态系统的结构和功能，以及地理、水文和气象条件（Paerl和Otten，2013年）。近几十年的气候变化，如水温上升（Visser等人，2016年）、风速下降（Huang等人，2025年）和降水模式改变，已被确认是全球藻类水华加剧的主要驱动因素（Jeppesen等人，2021年；Paerl和Huisman，2008年；Richardson等人，2019年）。值得注意的是，这些异常气象现象并非孤立发生，而是受到更大范围气候系统的调制。区域温度和降水的年际变化通常与全球气候波动相关。

在众多气候波动中，厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）是影响年际气候变率的最重要信号之一（Cohen，2016年）。ENSO包括厄尔尼诺和拉尼娜现象，指的是赤道太平洋中部和东部海表温度的广泛而持续的异常升高或降低。ENSO通过改变海洋和大气环流模式影响全球温度、降水、风暴、农业和生态系统（Cai等人，2021b）。这些影响表现出明显的区域和季节性差异（Cai等人，2020年）。这种异常的气候波动间接调节了海洋浮游植物的生长动态和有害藻类水华的发生概率（Chi等人，2024年；Costa等人，2021年；Dai等人，2023年；Phlips等人，2020年）。

尽管大多数现有研究关注ENSO对海洋生态系统的宏观影响，但对淡水湖泊（尤其是浅水湖太湖）中蓝藻水华动态如何响应ENSO信号的机制仍知之甚少。研究发现，ENSO对气候系统的影响加剧了全球变暖的背景（Hu等人，2021年）。因此，阐明ENSO与太湖蓝藻水华之间的联系不仅加深了我们对气候变率与湖泊生态系统相互作用的理解，也为早期的预警系统和管理富营养化湖泊中的蓝藻水华提供了关键的气候背景。

章节摘录

研究区域

太湖流域（TLB）位于中国东部的长江流域。太湖是中国第三大淡水湖，面积为2338平方公里，地理位置介于北纬30°55′-31°32′、东经119°52′-120°36′之间（Xu等人，2021年）。根据地形、地貌和河流系统分布，该流域被划分为湖西（HX）、吴城西域（WC）、阳城店藻（YC）、太湖（TH）、泽西（ZX）、杭州湖（HJ）、浦东（PD）和浦西（PX）六个区域。

ENSO与叶绿素a及年度平均蓝藻水华面积的同步变化

ENSO的影响不仅限于海洋浮游植物，也体现在淡水湖泊生态系统中。我们的研究发现，ONI与太湖中的叶绿素a之间存在显著但此前较少被记载的关联。具体而言，拉尼娜现象发生后一个月，叶绿素a水平开始显著下降（图2a），两个月后达到最低点（R2 = 0.239***，F = 15.925）（图2b）。这些发现与某些先前研究结果一致（Dang等人，

结论

研究表明，ENSO可能影响太湖蓝藻水华的年际变化，其中水温可能是连接气候与水华的关键因素。蓝藻水华面积与外部营养负荷无关，但ENSO通过降水变化影响了外部营养负荷。值得注意的是，蓝藻水华的对ENSO相位变化的响应存在时间滞后。这些发现强调了……

CRediT作者贡献声明

Pan Liyu：撰写 – 审稿与编辑、初稿撰写、方法论、数据分析、概念构建。 Xue Lian：撰写 – 审稿与编辑、数据可视化、方法论。 Wang Mengmeng：验证、方法论。 He Di：验证、数据管理。 Song Xiaohua：数据可视化、验证。 Yin Jingyun：数据可视化、软件开发。 Ge Xiaotong：数据分析、数据管理。 Zhu Guangwei：资源协调、数据管理。 You Bensheng：撰写 – 审稿与编辑、资源协调。 Cao Qing：

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：41871082）的资助。我们衷心感谢太湖生态系统研究实验室（CERN TLLER）提供的叶绿素a数据。

Liyu Pan|Lian Xue|Mengmeng Wang|Di He|Xiaohua Song|Jingyun Yin|Xiaotong Ge|Guangwei Zhu|Bensheng You|Qing Cao|Hao Lu|Liuyan Yang

南京大学环境学院，中国南京，210023