◇ A comprehensive documentation was provided of algal blooms in China lakes (surface areas ranging from 0.1 to 2398.3 km2).

◇ Significant spatial heterogeneities were observed in bloom intensities and phenologies of the lakes nationwide.

◇ The algal blooms in lakes nationwide were mainly related to temperature, while lake size also had a considerable influence.

- 研究背景 -

湖泊藻华是湖泊表面浮游植物过度繁殖的结果，已经成为当今社会面临的最严重环境问题之一。藻华暴发会削弱水下光线的可利用性，一些藻类（如蓝藻等）甚至会释放毒素，对水生生物和人类的饮用水安全构成威胁。随着气候变暖和水体富营养化的不断加剧，全球淡水湖泊的藻华问题变得越来越突出。

我国太湖、巢湖和滇池等湖泊频繁暴发藻华，引起社会各界的广泛关注。目前，我国湖泊藻华的关注主要集中在大型湖泊（面积大于 100 km2），但实际上小型湖泊数量占比更大（17,216 个湖泊面积小于 10 km2），大型湖泊仅占湖泊总数的4.6%。事实上，许多小型湖泊也面临着藻华问题，尤其是城市湖泊，这些小湖泊同样具有重要的生态价值。然而，由于小湖泊数量众多且离散分布，目前大多数小湖泊的藻华暴发情况并不清晰。

该研究利用10米分辨率的Sentinel-2多光谱仪器（MultiSpectral Instrument, MSI）观测数据，并结合作者团队开发的基于CIE颜色空间的湖泊藻华自动识别算法，监测了2019至2021年期间我国17,549个湖泊（面积大于 0.1 km2）的藻华暴发情况。通过统计分析每个湖泊每年的藻华暴发月数、最大藻华暴发面积、藻华暴发起始月份和最大藻华暴发面积出现的月份，揭示了我国湖泊在2019年至2021年期间藻华暴发的强度和物候变化。

- 结果与讨论 -

研究结果显示，17,549个湖泊中有522个湖泊（占我国淡水湖泊总面积的52.4%）在2019-2021年间暴发了不同程度的藻华。在这三年间，每年约65%的湖泊藻华暴发月数 （BMs）不超过6个月（半年），只有不到2%的湖泊BMs超过10个月（见图1）。湖泊的藻华暴发强度在纬度上呈现明显差异，东北地区的湖泊整体藻华暴发频率较低，而中南部地区的湖泊整体藻华暴发频率较高。大部分湖泊的最大藻华暴发面积（MBEs）相对较小，这表明绝大多数湖泊的藻华覆盖范围并不广泛。通过分析各湖泊的藻华暴发起始月份（BSms）和最大藻华暴发面积出现月份（MBEm），发现61%的湖泊BSms发生在每年6月之前，仅有2.2%的湖泊BSms发生在11月和12月。冬季藻华主要出现在低纬度地区（如北纬30°以南区域），而中高纬度地区的湖泊的藻华主要出现在夏季或秋季。研究还比较了2019-2020年、2020-2021年和2019-2021年三个时期的BMs、MBEs、BSms和MBEm，结果显示过去三年，我国湖泊藻华的强度和物候变化并不明显。

Fig. 1. 2019-2021年全国湖泊藻华强度分布。(a-c)藻华暴发月数（BMs）；(d-e)最大藻华暴发面积百分比（MBE，单位%）；(g-h) 2019-2021年不同大小湖泊的BMs和MBE。

研究通过将所有湖泊分为三个类别（小型：<10 km2，中型：10-100 km2，大型：>100 km2）以对比分析不同大小湖泊的藻华暴发情况。结果表明，许多小型湖泊，如一些城市湖泊（例如武汉市沙湖）或旅游景点湖泊（例如黑龙江省镜泊湖），也存在藻华问题（图2）。在过去三年中，小型、中型和大型湖泊的藻华暴发月数（BMs）分别为4个月、5个月和5.5个月，表明小型湖泊具有与大型湖泊同等严重的藻华暴发强度。

Fig. 2. 研究湖泊的位置和一些典型小型湖泊藻华示例图。左侧图为Sentinel-2 MSI真彩色RGB合成图，右侧为对应的藻华范围（绿色）。

为了探究影响我国湖泊藻华暴发的潜在原因，研究分析了温度、风速、农业化肥使用量（包括氮肥和磷肥）、水深及湖泊换水周期对藻华暴发的影响。结果显示，温度对湖泊藻华暴发强度影响最显著，这反映了温度对湖泊表面浮游植物的生长起着重要作用。此外，风速与湖泊藻华暴发强度呈现显著的负相关关系，说明强风对藻华暴发不利。有趣的是，研究还发现相比温度和风速，湖泊周围的肥料使用量与湖泊藻华暴发强度之间的相关性并不显著，这可能与使用的化肥使用量数据有限等因素有关。这同样也表明在探究湖泊藻华暴发机制时，化肥使用量的影响可能还需要进一步深入研究。

- 总结与展望 -

基于2019-2021年的Sentinel-2 MSI L2A观测数据，研究首次综合评估了我国17,549个湖泊（面积范围：0.1-2398.3 km2）的藻华状况。研究结果显示，在这17,549个湖泊中，有522个湖泊存在藻华问题。

通过对这些湖泊藻华暴发情况进行分析，研究团队获得了以下几个新的发现：（1）在2019-2021年期间，我国湖泊的藻华暴发强度及物候变化并不明显，但湖泊藻华强度和暴发时间在空间分布上显示出明显的纬度差异，这主要与温度有关；（2）小型湖泊与大型湖泊的藻华暴发强度差异不明显。许多小湖泊，特别是一些城市湖泊，如南昌的瑶湖和武汉的沙湖，也出现了严重的藻华问题。这些湖泊分布在人口密集区，具有重要的环境和经济价值。该研究结果可为地方政府在科学管理和恢复小湖泊水质方面提供重要信息。