人类活动影响下近海生态系统长期变化及稳态转换研究取得新进展

近日，中国科学院南海海洋研究所热带海洋生物资源与生态重点实验室（LMB）海洋浮游生物生态学研究团队牵头在人类活动引起的营养物质输入背景下近海生态系统长期变化及稳态转换研究方面取得新进展。相关成果以“Regime shift in a coastal pelagic ecosystem with increasing human-induced nutrient inputs over decades”为标题发表在《Water Research》上。副研究员周林滨与高级工程师杨熙为共同第一作者，研究员谭烨辉与研究员李开枝为共同通讯作者。

人类大量使用化肥与化石燃料以获得食物和能源，排放大量的活性氮至自然生态系统中。长期持续的营养输入导致近海等水体富营养化，生态系统功能也随之变化调整。长期不断增强的营养输入可能迫使生态系统结构与功能变化到达临界点，从而出现剧烈持续的改变，造成生态系统稳态转换。

生态系统是一个错综复杂、相互关联的系统，由大量动态相互作用的生物和非生物成分组成。描述生态系统功能与状态的变化，判断生态系统变化临界点及稳态转换是一项具有挑战性的工作。

为探究人类活动引起营养物质输入背景下近海生态系统长期变化及其临界点，研究团队整理分析了大亚湾1991-2018年无机营养盐和浮游生物丰度数据。为阐释浮游生态系统功能变化，该研究引入粒径谱方法，根据浮游生物丰度数据构建简化粒径谱表征浮游生态系统功能。

研究结果显示，随着海水溶解无机氮浓度升高，浮游食物网整体能量传递效率持续降低，在2006-2007年左右浮游生态系统变化达到临界点，营养盐组成与结构、浮游生态系统功能等出现明显变化，很可能发生了稳态转换。这提示大亚湾渔业资源生产、氧化亚氮温室气体排放等过程都可能发生了显著的改变，需要进一步研究关注。

本研究为浮游食物网能量传递效率随营养水平增加不断下降的观点提供了有力的观测证据。明确判断大亚湾浮游生态系统长期变化临界点，并提出浮游生态系统已发生稳态转换的观点，可为海湾生态系统管理、生态环境保护与修复提供参考。

我国生态环境监测工作积累了大量长期的有关湖泊、河流、近海等水域的理化与浮游生物调查数据，该研究可为基于这些历史调查数据分析水生生态系统长期变化及其临界点与稳态转换判断，提供方法和案例参考。

图1 过去几十年间人类活动引起大亚湾溶解无机氮浓度不断升高，营养盐结构与浮游生态系统功能出现明显变化，2006-2007生态系统变化达到临界点，生态系统稳态转换。这对该区域渔业资源生产、氧化亚氮排放和生态系统管理产生潜在重要影响

本研究得到了国家重点基础研究发展计划（973计划）项目、南海海洋所自主部署项目等资助。

相关论文信息：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.

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122147