密歇根大学 信用:CC0公共领域 伊利湖底部的机器人实验室揭示，那里的淤泥沉积物向周围水域释放的营养磷，几乎相当于每年从河流及其支流进入该湖中央盆地的磷
过量的磷，主要来自农业来源，导致每年夏季的蓝藻爆发，困扰着伊利湖西部盆地和中部盆地一年一度的“死亡区”，这是一个缺氧区域，覆盖了数千平方英里的湖底，减少了鱼类和其他生物的栖息地
自20世纪70年代以来，人们就已经认识到，在低氧时期，磷会从伊利湖沉积物中释放出来，这种现象被称为自肥或内部负荷
但是密歇根大学领导的这项新研究标志着第一次使用湖底传感器一步一步地监测整个季节的过程
这项新研究的作者于2月16日在网上发表
在《环境科学与技术水》杂志上发表的文章称，随着气候持续变暖，自肥可能会增加伊利湖中央盆地死区的严重性，并使其在未来更难控制
“到目前为止，我们缺乏证据来确定这种现象何时何地发生在伊利湖，以及它对湖中营养物质的贡献有多大，”该研究的主要作者汉娜·安德森说，她是U-M大湖研究合作研究所的研究技术员，曾在环境与可持续发展学院撰写硕士论文
该研究所的助理研究科学家、该论文的合著者凯西·戈德温(Casey Godwin)说:“这些新的测量结果使我们能够估计，这种自肥过程每年夏天向湖水中排放多达11000公吨的磷，这一数量接近每年从河流和支流流入湖中心的磷总量。”
控制伊利湖营养物污染或富营养化的努力集中在减少来自农场和其他来源的富磷径流，这些富磷径流从河流及其支流流入伊利湖
2016年，美国
S
加拿大政府采纳了40%的磷减排目标
新的环境科学与技术水研究的作者说，湖底沉积物释放的磷的自肥也需要考虑
他们写道:“当决定如何平衡总磷负荷时，承担减少支流负荷任务的环境管理者必须考虑内部负荷估算。”
“历史和持续的沉积物磷负荷代表了湖泊对富营养化的延迟反应，当仅考虑外部磷负荷时，会妨碍系统的成功管理
" 除了几位U-M科学家，该论文的作者还包括来自美国国家海洋和大气管理局五大湖环境研究实验室的研究人员
U-M科学家和该研究所的工作人员与GLERL国家海洋和大气管理局合作开展了一系列项目，例如
研究人员于2019年7月下旬在伊利湖中央盆地的湖底地点部署了两个小型自主实验室——一个在67英尺的深度，另一个在79英尺的深度——并让他们在那里呆了两个多月
由海鸟科学公司制造并归该小组的美国国家海洋和大气管理局合作者所有的独立化学实验室是22英寸长、7英寸宽的圆柱体
实验室和它们的电池被放置在一个从船尾降下的保护性钢框架内
这个金属笼子附着在一个150磅重的物体上，两个白色的漂浮物使它远离底部
自动分析仪被编程为每六小时测量一次水中的磷浓度
他们还监测水温和溶解氧水平
在10月初回收这些装置之前，在每个地点进行了300多次磷测量
这个以前无法获得的数据集产生了一些令人惊讶的发现
例如，早期的研究表明，当周围水中的溶解氧浓度下降到非常低的水平时，营养物质开始从湖底沉积物中流出，这种情况被称为缺氧
但是化学机器人表明，磷的流动并不是在缺氧时开始的——即使氧气水平下降到鱼能够存活的水平以下
相反，沉积物中的“正磷通量”在湖底水中溶解氧水平降至零(一种称为缺氧的情况)后12至24小时开始
在伊利湖的两个中央盆地，这个时期开始于夏末，持续到十月初
“在氧气完全消失的24小时内，我们记录了水中磷的快速增加，这种情况一直持续到湖底的浓度比表面高100多倍，”该研究的资深作者、U-M大湖合作研究所主任托马斯·约翰逊说
“我们关于磷释放相对于水中氧气水平的时间的发现在五大湖中是首次，并且代表了这项技术的一个新应用，”约翰逊说
了解磷释放开始的时间、沉积物的流速和缺氧期的持续时间，研究人员能够估计每年因内部负荷而添加到伊利湖中央盆地的磷总量
研究人员估计，伊利的湖底沉积物每年释放2000到11500公吨的磷
这个范围的高端相当于大约每年从河流和支流流入伊利湖中央盆地的磷:10000到11000公吨
释放的磷是一种容易获得的形式，叫做可溶性活性磷，或称SRP，它可能会促进中央盆地藻类的生长
当这些藻类死亡并下沉时，细菌分解有机物并在此过程中消耗氧气
结果是:在中央盆地的底部和接近底部的水域出现缺氧区，称为死区
戈德温说:“湖底沉积物中磷的内部负荷可以成为正反馈回路:缺氧导致沉积物中磷的释放，从而导致更多的藻类生长，死亡和垂死的藻类消耗水中的氧气，并在接下来的夏天导致缺氧。”
“这种类型的反馈已经在世界各地的湖泊中看到，它与正在进行的减少伊利湖支流磷负荷的努力相互作用，”他说
根据研究作者的说法，由于人类引起的气候变化，五大湖在未来几年将继续变暖，预计伊利湖的中央盆地死区将每年形成得更早，持续时间更长，导致沉积物中释放出更多的磷
根据作者的说法，目前的研究表明了使用机器人实验室来监测这些变化的潜力，以及由于从河流和支流流入伊利湖的营养物质减少而可能发生的任何变化
研究人员称，来自中央盆地沉积物的内部负荷可能不会影响伊利湖西部盆地藻类大量繁殖的严重程度
“国家海洋和大气管理局在五大湖的任务包括观察、理解和预测重大事件，如内部负荷
美国国家海洋和大气管理局五大湖环境研究实验室的高级科学家、该研究的合著者史蒂夫·鲁伯说:“通常，像这样的先进技术的开发和应用可以证实一个假设，或者提供以前不可能的新见解。”
“这一重要的观测结果将有助于美国国家海洋和大气管理局与美国环保署大湖国家项目办公室在《大湖水质协议》下的合作，显著提高我们对缺氧区磷负荷以及随后对伊利湖生态系统的影响的理解，”鲁伯说
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