近日，中國科學院南海海洋研究所熱帶海洋生物資源與生態重點實驗室（LMB）海洋浮游生物生態學研究團隊牽頭在人類活動引起的營養物質輸入背景下近海生態系統長期變化及穩態轉換研究方面取得新進展。相關成果以“Regime shift in a coastal pelagic ecosystem with increasing human-induced nutrient inputs over decades”為標題發表在《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系統中。長期持續的營養輸入導致近海等水體富營養化，生態系統功能也隨之變化調整。長期不斷增強的營養輸入可能迫使生態系統結構與功能變化到達臨界點，從而出現劇烈持續的改變，造成生態系統穩態轉換。
生態系統是一個錯綜復雜、相互關聯的系統，由大量動態相互作用的生物和非生物成分組成。描述生態系統功能與狀態的變化，判斷生態系統變化臨界點及穩態轉換是一項具有挑戰性的工作。
為探究人類活動引起營養物質輸入背景下近海生態系統長期變化及其臨界點，研究團隊整理分析了大亞灣1991-2018年無機營養鹽和浮游生物豐度數據。為闡釋浮游生態系統功能變化，該研究引入粒徑譜方法，根據浮游生物豐度數據構建簡化粒徑譜表征浮游生態系統功能。
研究結果顯示，隨著海水溶解無機氮濃度升高，浮游食物網整體能量傳遞效率持續降低，在2006-2007年左右浮游生態系統變化達到臨界點，營養鹽組成與結構、浮游生態系統功能等出現明顯變化，很可能發生了穩態轉換。這提示大亞灣漁業資源生產、氧化亞氮溫室氣體排放等過程都可能發生了顯著的改變，需要進一步研究關注。
本研究為浮游食物網能量傳遞效率隨營養水平增加不斷下降的觀點提供了有力的觀測證據。明確判斷大亞灣浮游生態系統長期變化臨界點，并提出浮游生態系統已發生穩態轉換的觀點，可為海灣生態系統管理、生態環境保護與修復提供參考。
我國生態環境監測工作積累了大量長期的有關湖泊、河流、近海等水域的理化與浮游生物調查數據，該研究可為基于這些歷史調查數據分析水生生態系統長期變化及其臨界點與穩態轉換判斷，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氮濃度不斷升高，營養鹽結構與浮游生態系統功能出現明顯變化，2006-2007生態系統變化達到臨界點，生態系統穩態轉換。這對該區域漁業資源生產、氧化亞氮排放和生態系統管理產生潛在重要影響
本研究得到了國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）項目、南海海洋所自主部署項目等資助。
相關論文信息：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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