在国家自然科学基金重点项目等资助下，海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室李克强教授课题组与德国亥姆霍兹基尔海洋研究中心Eric P. Achterberg教授团队合作，通过波罗的海与渤海对比研究，在近海硅藻-甲藻转变的富营养化驱动作用与治理路径方面取得新的进展（图1），该成果发表于环境领域顶尖学术期刊Water Research。论文第一作者为2019级海洋化学专业博士研究生陈衎，通讯作者为李克强教授和Eric P. Achterberg教授。
图1：1950-2020年代波罗的海和渤海陆源输入、溶解无机氮（DIN）、氮磷比值（N:P）、硅氮比值（Si:N）、海表盐度（SSS）, 硅藻和甲藻组成指数（DCSI）和人均国民生产总值（GDPpc）格局转变示意图
在人类活动和气候变化双重压力下，波罗的海和渤海在不同历史时期均发生了硅藻-甲藻群落结构转变现象，这种非稳态的浮游生态系统造成了海洋生态系统的调节、供给、支持等服务功能的退化。因此，寻找恢复浮游植物群落结构功能稳定和减轻富营养化症状的解决方案至关重要。文章借助DPSIR理论框架，即“驱动因素(经济发展指标如人均GDP)-压力(化肥输入通量)-状态(海水环境参数)-影响(硅藻和甲藻的组成比例)-响应(富营养化治理计划)”框架，指导分析了波罗的海和渤海沿海生态系统中各种环境成分之间的因果关系。基于收集的1950年代至2010年代波罗的海和渤海地区的人均GDP、化肥输入通量、海水环境参数和浮游植物调查观测数据，应用序列t检验（STARS）分析了硅藻和甲藻组成指数（DCSI）与环境要素的变化规律（识别突变点和划分突变期），通过冗余分析（RDA）确定了影响DCSI的关键环境因子，采用广义加模型（GAM）预测了DCSI对各环境要素变化的响应，明确了DCSI、营养盐和富营养化状态等生态环境指数的格局转变进程（图2），并利用“环境库兹涅兹曲线理论”分析了富营养化治理投入对硅藻和甲藻群落结构的调控作用。
图2. 波罗的海和渤海的硅藻和甲藻组成指数（DCSI）(a 和 c)和富营养化状态（EI）格局转变进程 (b 和 d)
文章将波罗的海视作是一台“时间机器”，发现其海岸富营养化治理路径、硅藻和甲藻群落结构以及环境因子的格局转变均比渤海早了约20年，这给渤海的富营养化治理路径提供了重要参考。通过对比研究，发现波罗的海中调控硅藻占比的关键因子是SiO3-Si的浓度，调控甲藻占比的关键因子是海表盐度和N:P比；在渤海中调控硅藻占比的关键因子是PO4-P浓度和Si:N比，调控甲藻占比的关键因子是DIN浓度、N:P比和Si:P比（图3）。
图3. 波罗的海（a）和渤海（b）硅藻和甲藻组成占比与环境因子之间关系的冗余分析（RDA）结果
文章在最后预测渤海将于2020年代中期之后进入富营养化恢复阶段。重要的启示是，在富营养化治理过程中，除了关注陆源输入与浮游植物生物量间表现出的“剂量-响应”关系外，还应更多的考虑N/P/Si的化学计量比例对浮游植物群落结构的影响，这也反映出当前的富营养化治理迫切需要提高对浮游植物生物多样性如何响应营养负荷变化的机制理解，以及我们应该如何最终应对由此产生的挑战。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.watres.2023.121042
Citation: Kan Chen, Eric P. Achterberg, Keqiang Li, Jingyu Zhang, Ming Xin, Xiulin Wang. Governance pathway for coastal eutrophication based on regime shifts in diatom- dinoflagellate composition of the Bohai and Baltic Seas. Water Research, 2024, 250, 1211042.
