上世纪70年代，著名湖沼学家David W. Schindler通过一项全湖实验证实：磷是导致湖泊富营养化的关键元素。这一发现使得“控磷”成为全球范围内治理湖泊富营养化的核心策略。然而，在过去五十年中，科学界关于是否同样需要“控氮”一直存在较大争议。目前，亟需开展更长期、系统的控制实验，明确氮在湖泊富营养化过程中的作用，从而为这场持续多年的争论提供科学结论，指导更有效的湖泊治理实践。

    基于上述背景，中国科学院南京地理与湖泊研究所何虎副研究员与丹麦奥胡斯大学的Erik Jeppesen教授等合作，利用丹麦一套长期运行的湖泊模拟实验系统，开展了为期五年的中宇宙实验（图1 A–C）。该实验系统自2003年运行至今，由24个大型实验桶组成，用于模拟真实的浅水湖泊环境。

    研究人员通过设置不同的营养负荷和三种全球变暖情景，来研究富营养化和气候变暖对湖泊生态的长期影响。本实验对高营养处理组的氮负荷进行操纵，具体设计如下：2016–2018年维持2年的高氮负荷，2018–2019年停止1年的氮输入，2019–2021年再次恢复2年的高氮负荷，整个期间维持外源磷负荷不变（图1 D–E）。实验旨在通过跟踪外源氮负荷变化后关键环境参数和系统代谢的响应，揭示氮对生态系统的影响。

    实验结果表明，系统中的氮浓度和氮磷比例会随着外部氮输入量的变化而快速改变。在不同气候变暖情景下，一旦停止输入氮源，水体中的总氮和含氮化合物浓度迅速下降至较低水平，与低营养状态的湖泊情况相似；而一旦恢复氮输入，这些数值又很快回升。这一现象说明，湖泊自身的生物固氮作用无法完全补偿外部氮输入的缺失。

    与此同时，藻类的生物量以及整个生态系统的光合作用和呼吸速率，也随着氮输入的增加或减少而发生相应变化（图2）。这项研究对湖泊环境治理具有重要的实践意义。通过削减外源氮负荷，能够有效促进富营养化湖泊的生态修复，即便在气候持续变暖的条件下，该策略仍然适用且有效。

    上述研究成果近期发表在《创新》The Innovation上。丹麦奥胡斯大学Erik Jeppesen教授和南京地理与湖泊研究所何虎副研究员为共同第一作者和共同通讯作者。

    论文链接：https://doi.org/10.1016/j.xinn.2024.100756

图1. 丹麦湖泊中宇宙系统和本文实验设计

图2. 浅水湖泊生态系统响应外源氮负荷变化