千岛湖（新安江水库）作为华东地区重要的战略水源地，承担着杭州、嘉兴两市约1500万人口的供水重任，其水质安全保障事关重大。近年来，在全球气候变化与人类活动双重压力下，这一大型深水水库面临富营养化与藻华风险的潜在威胁。在此背景下，中国科学院南京地理与湖泊研究所许海研究员团队依托千岛湖生态系统研究站，通过多学科交叉与系统性研究，历时数载，在千岛湖富营养化的发生机理、溯源诊断和预警调控方面取得系列重要进展，为保障国家战略水源地安全提供了关键的科技支撑。

    进展一：揭示了暴雨触发蓝藻水华的“20天窗口期”机制

    传统认知中，暴雨对藻类主要体现为直接的物理冲刷抑制效应。然而，本研究基于对千岛湖长达四年的高频监测表明，暴雨并非单纯的抑制因子，其对藻类的影响分为“即时抑制”和“延时促进”两个阶段，并受营养盐-水动力双重调控。

    在“即时抑制”阶段，强降雨及高流量迅速降低藻类生物量，并在短期内破坏水体热分层结构，增加浊度，降低光照，从而抑制藻类生长。“延时促进”阶段存在一个约20天的滞后期。在此阶段，一方面，暴雨将流域内大量外源营养盐（尤其是磷）输入湖体，显著降低氮磷比，改变了藻类生长的营养限制条件；另一方面，水体热分层在雨后迅速恢复，后续高温晴热天气也为蓝藻创造了有利的生长条件。

    过去六十年间，千岛湖流域年降雨量与暴雨频率均显著上升，且与早夏农业施肥时段高度重叠，强化了外源营养盐的脉冲式输入。研究揭示的暴雨触发蓝藻水华“20天窗口期”机制，为制定千岛湖水库水力调度、人工混氧等针对性应急措施提供了科学支撑。

图1.  不同降雨模式对千岛湖街口站水体稳定度（RWCS）、浮游植物密度、蓝藻和硅藻占比的影响（2017–2020年）。LR：小雨（0–10  mm）；MR：中雨（10–25 mm）；HR：大雨：（25–50 mm）；VHR：暴雨（50–100 mm）；HER：大暴雨（>100  mm）

图2. 关键环境因子对藻密度的直接和间接影响

    进展二：确立了以磷为核心的营养盐控制策略

    营养盐是藻类生长的物质基础，但“控磷”还是“控氮”是国际湖泊治理的核心争论。研究基于原位营养盐添加实验与约束线回归模型，建立了千岛湖系统的“营养诊断”框架。由于筑坝形成的深水分层条件强化了磷的沉降与滞留，千岛湖整体上表现为“磷限制”。基于此，团队对应不同水华风险等级，为千岛湖量身定制了一套总磷浓度与入湖负荷的控制阈值。此外，千岛湖在受河流输入直接影响、悬浮颗粒物较多的河流区，出现了“氮磷共同限制”。这一发现打破了传统“一刀切”的管理思维，强调分区治理、差异施策的重要性。

图3. 散点图和约束线揭示千岛湖养分（lnTN mg/L和lnTP μg/L）与lnChla μg/L之间的关系

图4. 2018年5月和8月进行的营养盐添加实验中，不同处理组的Chla浓度

    进展三：解析了极端洪水对氮污染源的调控效应

    团队基于硝酸盐氮氧双同位素指纹溯源技术与贝叶斯混合模型（SIAR），解析了不同水文情境下的流域氮污染源贡献格局，揭示了极端洪水事件对污染源结构的动态调控效应。在常态水文期，千岛湖流域以农业面源污染为主；但在极端洪水期，洪水扮演了  “污染源切换器”  的角色，显著改变了氮输入格局。洪水不仅剧烈冲刷坡地和农田，使土壤氮和化肥在新安江上游河流段的贡献率高达74%；更通过支流平时藏污纳垢积累的污染物冲刷和污水处理厂超负荷溢流，使生活污水和畜禽废水在千岛湖库体的氮输入贡献跃升至53%，放大了点源污染冲击。这一发现强调，气候极端化条件下，污染源的空间格局与主导类型具有显著的动态可变性，传统基于常年平均的治理策略可能难以应对。

图5. 基于SIAR模型估算的不同硝酸盐来源的比例贡献。NW、NE、SW、SE和C分别代表千岛湖的西北、东北、西南、东南及中央区域。

    基于上述研究进展，团队构建了一个从“预警-诊断-溯源”到“调控”的完整科学认知链条，并据此提出了 “分时预警、分区断症、溯源控源” 的千岛湖富营养化控制策略：

    分时预警，抓住关键窗口：建立气象-水文-生态联动预报预警系统，重点锁定“暴雨后20天窗口期”，实施前置性、针对性的应急管理。

    分区断症，实施精准调控：水库主体严格执行 “控磷” 战略，落实磷负荷总量控制；在河流区等敏感地带，推行 “氮磷协同控制” 或布置生态浮床等原位修复技术。

    溯源控源，强化流域治理：在流域层面，必须“两手抓，两手硬”：一方面强化水土保持与农业面源控制；另一方面，必须全力补齐村镇污水收集与处理的短板，以应对极端天气对点源污染的“激活”效应。

    上述研究成果不仅为千岛湖的保护与管理提供了行动指南与实践路径，其提出的从机制解析到精准调控的系统性框架，也为全球同类深水水库应对气候变化下的生态安全挑战，提供了可借鉴的中国方案。系列研究成果分别发表在国际学术期刊《Limnology  and Oceanography》《Water Research》《Journal of Hydrology》和《Journal of  Environmental Sciences》上。