全球八分之一的河流受到缺氧影响

一项全球研究发现，世界各地河流中的溶解氧含量低得危险。缺氧的真实发生率可能更高。

小型、低梯度的城市河流，例如图中北卡罗来纳州的那条河流，是最容易缺氧的河流之一。图片来源：乔安娜·布拉扎克

2023 年 3 月，《卫报》报道称，澳大利亚达令-巴卡河上覆盖着“死鱼墙”。10 公里（6 英里）长的河面上，肚皮朝上的鳕鱼、鲤鱼和鲈鱼的尸体相互碰撞。这是一个严峻的景象，但并不罕见。这是澳大利亚第三长河流上四个星期内第三次鱼类死亡。

罪魁祸首是缺氧，这是一种低氧条件，通常在袭击海岸和湖泊而不是河流时成为头条新闻。当水中的溶解氧含量低于每升 2 毫克（百万分之二）时，就会发生缺氧。

一系列环境条件都可能引发缺氧，但静止水和分层水尤其容易受到影响。人们普遍认为河流的湍流可以使氧气与大气进行充分的交换，因此缺氧的情况很少见。

但《湖沼学和海洋学快报》上的一项 新研究检查了 95 个国家的河流样本，发现全球八分之一的河流溶解氧条件较低。这种现象比研究人员之前理解的要普遍得多。

公共数据的力量

几十年来，科学家们一直在追踪河流中的溶解氧。这篇新论文引用了上个世纪的大量研究，包括 1925 年对美国俄亥俄河进行的氧气调查，以及 2018 年将河马粪便与巴西鱼类死亡联系起来的报告。 

“全球各地都有这些[缺氧]的例子，”该研究的主要作者、内华达大学里诺分校的生物地球化学家乔安娜·布拉兹扎克 (Joanna Blaszczak ) 说。 “缺少的是所有这些不同条件和地点的综合。”

“这远远超出了本文中 10 个人的衡量能力。”

这项新研究包括了除南极洲之外的每个大陆的数据，并且很大程度上依赖于公共政府数据集。对于南美洲和非洲数据稀缺的地区，研究人员利用他们的网络向同事询问信息。

“这远远超出了本文中的 10 个人单独所能衡量的范围，”Blaszczak 谈到共同努力时说道。“这太不可思议了。”

最终分析包括从 125,000 个河流位置采集的 1.18 亿对溶解氧和水温的观测结果。全球分析显示，令人惊讶的是，12.6% 的河流地点至少有一次缺氧测量。

缺氧的最大诱因

缺氧河流的普遍存在使研究人员能够比较不同地形、气候和流域的缺氧状况。

总体而言，最慢和最小的河流面临的风险最大。缓慢移动的水湍流较小，气体从空气中被吸出并溶解的机会也较少。浅水河流的水量较小，这意味着水生生物可获得的氧气较少，水体缺氧的风险更大。

然而，缺氧最重要的预测因素是最高水温。在温暖的环境中，水生生物需要更多的氧气。较温暖的水比较冷的水可以容纳更少的溶解气体。因此，温暖的河流将氧气释放回大气中，就像水生生物最需要的那样。澳大利亚生态学家认为，最近达令-巴卡鱼类死亡的部分原因是河流温度升高，以及鱼类数量增加，争夺有限的氧气。

在流域层面，缺氧河流最常见的特征是靠近湿地或城市中心。湿地和城市溪流的水流往往较慢且湍流较少。在这两种情况下，都有更多的有机物，它们可以促进细菌的产生并吞噬溶解的氧气。被湿地或城市包围的河流有 15% 至 20% 的机会出现缺氧，比靠近森林、草原甚至农业的河流的几率要高得多。

计数不足

“我真的很喜欢这项研究；据我所知，这是第一个真正量化河流缺氧的发生率、频率和持续时间的项目。”

“我真的很喜欢这项研究；据我所知，这是第一次真正量化河流缺氧的发生率、频率和持续时间，”匹兹堡大学水文学家约翰·加德纳说。他说，结果与研究人员的直觉相吻合。

通过关注缺氧的普遍性，该研究也鼓励了未来的研究。“我认为这只是打开了一扇门，”加德纳谈到研究结果时说道。

部署在溪流中的高频传感器（如图中亚利桑那州中部橡树溪的那些传感器）可以提供捕获夜间缺氧状况的连续数据。图片来源：乔安娜·布拉扎克

更多的河流可能受到低溶解氧的影响。该研究中大约 90% 的地点位于美国河流上，使用全天候自动传感器收集水体观测结果。在许多国家，河流样本是定期手动收集的，仅提供状况的快照。

同样，为了方便研究人员，手动采样通常在白天进行。但一旦光合作用停止，溶解氧就会在一夜之间减少。Blaszczak 和她的同事发现，仅白天的水样漏掉了大约 25% 的缺氧河流。

研究人员承认，这项研究严重偏向美国数据。但研究结果仍然表明了一个令人惊讶的普遍问题。如果目前的数据显示八分之一的河流经历了短期缺氧，那么随着全球全天候监测的普及，这一比例只会增加。