近日，中國科學(xué)院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態(tài)重點(diǎn)實(shí)驗室（LMB）海洋浮游生物生態(tài)學(xué)研究團(tuán)隊牽頭在人類活動引起的營養(yǎng)物質(zhì)輸入背景下近海生態(tài)系統(tǒng)長期變化及穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換研究方面取得新進(jìn)展。相關(guān)成果以“Regime shift in a coastal pelagic ecosystem with increasing human-induced nutrient inputs over decades”為標(biāo)題發(fā)表在《Water Research》上。副研究員周林濱與高級工程師楊熙為共同第一作者，研究員譚燁輝與研究員李開枝為共同通訊作者。
人類大量使用化肥與化石燃料以獲得食物和能源，排放大量的活性氮至自然生態(tài)系統(tǒng)中。長期持續(xù)的營養(yǎng)輸入導(dǎo)致近海等水體富營養(yǎng)化，生態(tài)系統(tǒng)功能也隨之變化調(diào)整。長期不斷增強(qiáng)的營養(yǎng)輸入可能迫使生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能變化到達(dá)臨界點(diǎn)，從而出現(xiàn)劇烈持續(xù)的改變，造成生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換。
生態(tài)系統(tǒng)是一個錯綜復(fù)雜、相互關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，由大量動態(tài)相互作用的生物和非生物成分組成。描述生態(tài)系統(tǒng)功能與狀態(tài)的變化，判斷生態(tài)系統(tǒng)變化臨界點(diǎn)及穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換是一項具有挑戰(zhàn)性的工作。
為探究人類活動引起營養(yǎng)物質(zhì)輸入背景下近海生態(tài)系統(tǒng)長期變化及其臨界點(diǎn)，研究團(tuán)隊整理分析了大亞灣1991-2018年無機(jī)營養(yǎng)鹽和浮游生物豐度數(shù)據(jù)。為闡釋浮游生態(tài)系統(tǒng)功能變化，該研究引入粒徑譜方法，根據(jù)浮游生物豐度數(shù)據(jù)構(gòu)建簡化粒徑譜表征浮游生態(tài)系統(tǒng)功能。
研究結(jié)果顯示，隨著海水溶解無機(jī)氮濃度升高，浮游食物網(wǎng)整體能量傳遞效率持續(xù)降低，在2006-2007年左右浮游生態(tài)系統(tǒng)變化達(dá)到臨界點(diǎn)，營養(yǎng)鹽組成與結(jié)構(gòu)、浮游生態(tài)系統(tǒng)功能等出現(xiàn)明顯變化，很可能發(fā)生了穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換。這提示大亞灣漁業(yè)資源生產(chǎn)、氧化亞氮溫室氣體排放等過程都可能發(fā)生了顯著的改變，需要進(jìn)一步研究關(guān)注。
本研究為浮游食物網(wǎng)能量傳遞效率隨營養(yǎng)水平增加不斷下降的觀點(diǎn)提供了有力的觀測證據(jù)。明確判斷大亞灣浮游生態(tài)系統(tǒng)長期變化臨界點(diǎn)，并提出浮游生態(tài)系統(tǒng)已發(fā)生穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換的觀點(diǎn)，可為海灣生態(tài)系統(tǒng)管理、生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)提供參考。
我國生態(tài)環(huán)境監(jiān)測工作積累了大量長期的有關(guān)湖泊、河流、近海等水域的理化與浮游生物調(diào)查數(shù)據(jù)，該研究可為基于這些歷史調(diào)查數(shù)據(jù)分析水生生態(tài)系統(tǒng)長期變化及其臨界點(diǎn)與穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換判斷，提供方法和案例參考。
圖1 過去幾十年間人類活動引起大亞灣溶解無機(jī)氮濃度不斷升高，營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)與浮游生態(tài)系統(tǒng)功能出現(xiàn)明顯變化，2006-2007生態(tài)系統(tǒng)變化達(dá)到臨界點(diǎn)，生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換。這對該區(qū)域漁業(yè)資源生產(chǎn)、氧化亞氮排放和生態(tài)系統(tǒng)管理產(chǎn)生潛在重要影響
本研究得到了國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃（973計劃）項目、南海海洋所自主部署項目等資助。
相關(guān)論文信息：Linbin Zhou,Xi Yang,Kaizhi Li,Chenhui Xiang,Yunchao Wu,Xiaoping Huang,Liangmin Huang,& Yehui Tan. Regime shift in a coastal pelagic ecosystem with increasing human-induced nutrient inputs over decades. Water Research,2024,122147.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122147
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