近日，我院陈能汪教授团队在海陆界面生态环境研究方面取得进展，相关成果以“Exploring Seasonal and Annual Nitrogen Transfer and Ecological Response in River-Coast Continuums Based on Spatially Explicit Models”为题，在线发表于国际期刊Journal of Geophysical Research: Biogeosciences上。该研究通过流域模型与海洋模型的联合应用与多学科合作，强调了流域-近海整体研究的重要性，相关研究成果可为陆海统筹生态环境治理提供有益参考。

研 究 背 景

在人类活动和气候变化（全球变化两大特征) 干扰下，流域营养盐失衡, 过量的活性氮通过河流输送进入海洋，造成近海水体富营养化、有害藻华、酸化、缺氧等一系列生态环境问题。虽然河流-河口-近海水生态连续体（aquatic continuum）的概念已提出多年，但流域-近海的关系缺乏量化研究。台湾海峡是世界上独特的生态系统，关于季风气候影响下的南海暖流、上升流、浙闽沿岸流以及黑潮水如何调控海峡生态系统已开展大量的研究，但河流氮的输入对近岸海域生态的影响还缺乏清晰的认识。

研 究 成 果

本研究将流域分布式营养盐模型（IMAGE-GNM）的年总氮通量输出结果降维到月尺度，以点源输入形式驱动区域海洋模型系统（ROMS），研究了2001-2010年我国长江至珠江范围7条主要河流的径流与无机氮（氨氮和硝氮）输入、河口羽流和沿岸流交互作用下，台湾海峡西侧近岸水域（盐度小于33）的生态环境状态响应（以叶绿素含量为评估指标）。基于观测资料校验与本地化模型参数，采用标准模拟（有河流输入）与关闭河流营养盐的模拟实验相对比的策略，从季节和年际尺度上定量评估河流无机氮输入对近海生态系统的影响。研究结果表明：1）河流氮输入导致台湾海峡近岸水域表层水的叶绿素增加2.1-2.7倍。2）如果没有河流氮输入时（此时主要利用海流氮源），海峡北部近岸水域叶绿素只在秋季出现峰值；有河流氮输入时，春秋两季均有叶绿素峰值。3）海峡南部春季升温导致浮游植物生长速率增加较快，出现藻华的时间（4-5月）早于北部（5-6月）。4）在湿季（4-9月）无机氮是调控台湾海峡（南部与北部）近岸水域叶绿素年际变化的主要因子（正相关）；在枯季（10-3月），海峡南部近岸水域叶绿素的年际变化仍然受控于无机氮，但北部因东北季风增强垂向混合，加上低温影响，表层水叶绿素含量降低。       研究区域7条主要河流通过直接输入或通过沿岸流进入台湾海峡，无机氮通量约占总输入量的30%。综合来看，台湾海峡南部近岸生态系统对河流无机氮的输入更敏感，如果未来增加河流氮输入将加速富营养化过程。

影响台湾海峡近岸海域生态的水文过程，包括七大河流、南海暖流（SCSWC）与上升流、浙闽沿岸流（ZMCW）、黑潮水（KBW）。NTWS：台湾海峡北部；STWS：台湾海峡南部。

台湾海峡无机氮源结构（a. 湿季；b. 枯季）。氮源包括：（1）河流源，闽江与九龙江直接输入，其他河流（长江、钱塘江、殴江、韩江、珠江）通过沿岸流影响台湾海峡；（2）海源，夏季南海水（SCSWC）与上升流，冬季浙闽沿岸流（ZMCW），常年有黑潮水（KBW）；（3）大气沉降氮（Atmospheric deposition）。

台湾海峡2001-2010年叶绿素平均值逐月变化（动图）

左：标准模拟结果（有河流输入）；右：关闭河流营养盐的模拟结果

研 究 团 队

厦门大学陈能汪教授、集美大学王佳副教授、荷兰乌特勒支大学刘晓臣博士为共同通讯作者，厦门大学张彩云副教授、黄邦钦教授，荷兰乌特勒支大学Arthur Beusen、Jack  Middelburg和Alexander Bouwman为共同署名作者。研究获得国家重点研发计划（2016YFE0202100）、国家自然科学基金（41376082; 41676098；41877515；U1805241）的资助。

论 文 来 源

Chen N, Wang J, Liu X, Zhang C, Huang B, Beusen AHW, Middelburg JJ, Bouwman AF. 2022. Exploring seasonal and annual nitrogen transfer and ecological response in river-coast continuums based on spatially explicit models. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 127: e2021JG006634.

编辑 | 曾鹏