西太平洋浮游植物群落对自然和人为营养输入的响应：来自化学分类分析的见解

《Marine Structures》：Phytoplankton community responses to natural and anthropogenic nutrient inputs in the Western Pacific Ocean: Insight from chemical taxonomy analysis

珠江口藻华年际变化受水文动力调控，基于2021-2024年浮标数据与三维模型分析，发现冬季长驻留时间（RT）、低营养及锋面交汇是藻华高发关键因素，西部以RT主导，东部以垂直稳定性为核心，风场季节差异显著影响RT与锋面强度，为区域藻华预报提供新指标。

　　

张恒|张子健|赵新峰|杨红|李彤|史振|胡凯凯|张光

中山大学海洋科学学院，珠海，519082，中国

摘要

由于人类活动的加剧，珠江口（PRE）的藻华频率有所增加。虽然水动力和水质对藻华的季节性影响已为人所知，但由于缺乏高频长期观测数据，月内和年际时间尺度上的影响仍不清楚。本研究利用每日浮标数据和海岸海洋模型，探讨了水动力对藻华年际变化的控制机制。

结果显示，2021年至2024年间共发生了55次藻华事件（叶绿素a浓度>10 μg/L），其中35次发生在干旱季节（10月至4月），此时水体停留时间较长且营养物质含量较低。大多数藻华形成于盐度锋面附近，这些锋面使得营养物质和生物量得以积累。最强烈的藻华事件发生在2024年12月（叶绿素a浓度>35 μg/L）。干旱季节藻华的年际变化受到风的影响：2022年和2023年的冬季风暴增强了海洋冲刷作用，缩短了水体停留时间并抑制了藻华；而2021年和2024年的强东风则增加了近岸艾克曼输运，延长了水体停留时间，有利于藻华的发生。2024年12月的藻华尤为严重，因为那时的风较弱，水柱稳定性更高。在珠江口西部，水体停留时间是控制藻华的主要因素；而在东部，垂直稳定性更为关键。

这些发现强调了水体停留时间、垂直稳定性和锋面强度在调节藻华方面的综合作用，表明它们可以作为珠江口藻华预测的关键指标。

引言

海洋浮游植物在全球初级生产及碳循环中起着重要作用（Lu等人，2025年），并支撑着海洋生态系统和营养循环，尤其是在沿海和河口水域（Breitburg等人，2018年）。因此，了解浮游植物动态的驱动因素对于沿海环境管理和可持续性至关重要。浮游植物动态受局部因素和物理输运过程的双重影响（Qin和Shen，2017年）。局部因素包括营养物供应、温度、光照可用性和捕食压力，这些直接调控其生长（Glibert，2016年）。物理过程如水平平流和垂直混合影响浮游植物的分布和积累（Qin和Shen，2019年）。研究表明，营养物输入增加和氮磷比改变会加剧河口和沿海水域的藻华（Jia等人，2025年；Kumar等人，2018年；Oduor等人，2023年；Turner和Rabalais，1994年；W?hlstr?m等人，2024年；Zheng和Zhai，2023年；Zhou等人，2008年），并可能导致群落从硅藻向有害物种转变（Anderson等人，2002年；Glibert和Burford，2017年；Xiao等人，2018年）。沉积物负荷减少（Gao和Wang，2008年）和气候变化导致的海水温度上升（Dai等人，2023年）也使得藻华更加频繁。然而，与局部因素相比，物理输运过程在塑造浮游植物动态中的作用研究较少。

浮游植物动态受物理输运过程的影响，包括通过平流和扩散实现的水平混合和垂直混合。由潮汐、风和河流排放驱动的水平环流调节河口水体交换，重新分配藻类生物量和营养物质（Paerl等人，2014年）。在台风或冬季风暴等极端天气条件下，这种交换显著增强（Zhang等人，2021年）。环流减弱会减少河口与沿海水域之间的水体交换，通常导致浮游植物积累增加和藻华频率上升（Andrade等人，2022年；Wan等人，2013年）。此外，海洋锋面的作用也不容忽视，这些狭窄的过渡带是不同水团相遇的地方，其特征是温度和盐度的急剧变化（Cao等人，2026年）。锋面可以通过横锋汇聚作用聚集营养物质和浮游植物，或者相反地限制其分布（Cao等人，2026年；Lv等人，2022年；Woodson等人，2012年）。上升流和下降流循环强烈影响海湾和河口的水体交换：上升流将富含营养的冷水带入光合作用带，提高生产力并增强海洋交换（Pitcher等人，2010年；Shute等人，2022年），而下降流则通过近岸输运抑制交换（Likumahua等人，2026年）。河口和沿海洋流也可能将藻类带到有利于有害藻华发生的区域（Kuang和Lee，2005年）。垂直分层将浮游植物限制在阳光照射的表层，有利于在高光照条件下生长（Masson和Pe?a，2009年）。相反，由潮汐或风事件引起的强烈垂直混合通常会抑制藻华的形成（Wong等人，2007年）。

珠江口（PRE）位于中国南部的粤港澳大湾区（图1）。在该区域，影响浮游植物生长和物种组成的主要局部因素包括营养物输入增加、氮磷比升高以及沉积物负荷减少带来的光照衰减减弱（冬季：4.33；夏季：2020年为242.50）（Ma等人，2022年；Ke等人，2023年）。尽管营养物输入量较大，但PRE的藻华频率较低，规模也比许多其他富营养化沿海系统小。这归因于动态的物理过程，如河流排放、河口环流、风驱动的洋流和风/潮汐混合，以及潜在的磷限制（Harrison等人，2008年）。在这些物理-生物共同作用下，藻华通常发生在干旱季节（10月至4月）的水体停留时间较长的中部河段；而在湿润季节（5月至9月）则转移到水体停留时间较短的下部河段或近海区域（Lu和Gan，2015年）。此外，PRE香港水域的藻华发展还需要垂直混合强度保持在一定阈值以上（Guo等人，2020年；Wong等人，2009年）。尽管月度/双月和航次观测揭示了藻华的季节性和年度模式，并突出了局部因素的作用，但水动力对藻华偶发性和年际变化的控制机制仍不明确。这一不足源于该地区缺乏长期、高频（如每日尺度）的水动力和环境监测。

为了解决这一问题，本研究利用六个海洋环境浮标的长期每日观测数据和三维水动力模型，1）探讨了2021年至2024年间PRE藻华的年际变化，2）确定了控制这种变化的关键物理过程，3）评估了水体停留时间（RT）与垂直稳定性的相对重要性。

部分摘录

海洋环境浮标的观测数据

2021年至2024年间，广东省生态与环境监测中心（GDEEMC）收集了PRE六个浮标的海洋环境数据（图1）。这六个浮标分别是横琴（HQIN）、洪奇里（HQLI）、宝安西（BANW）、内岭丁岛（NLDI）、九洲岛东（JZIE）和赤湾南（CHWS）。气象参数（包括风速/方向、气温、气压、相对湿度和降水量）每10分钟记录一次，使用的是Hach WS600智能设备

PRE物理过程、水质过程和藻华事件的年际变化

2021年至2024年间，珠江口（PRE）的河流排放量存在显著的季节性和年际变化，范围从3000到58,000立方米/秒（图2a）。2022年和2024年等湿润年份的夏季流量峰值分别为58,000和40,500立方米/秒，而2021年和2023年等干旱年份的峰值较低（21,000–25,000立方米/秒）。结合季节性降雨、太阳辐射和风的变化模式（图2b–d），这些变化影响了河口的

水动力对藻华年际变化的控制

研究表明，在湿润季节，珠江口（PRE）的藻华发生受到水体停留时间短、磷限制和浊度升高的制约。而在干旱季节，由于水体停留时间延长、氮磷比降低和浊度降低，藻华变得更加频繁。尽管这些物理和局部因素的影响已得到充分证实（Harrison等人，2008年；Lu和Gan，2015年；Shi等人，2017年），但我们的高频浮标观测数据进一步证实了这一现象

结论

本研究通过浮标观测和数值模拟，研究了2021年至2024年间PRE藻华年际变化的水动力控制机制。结果表明，PRE内部的藻华事件（叶绿素a浓度>10 μg/L）主要发生在干旱季节，此时水体停留时间较长且营养物质含量较低。PRE西部浅水区和MDM出口外的区域是藻华的高发区，这主要是由于盐度锋面、水体停留时间和

CRediT作者贡献声明

张恒：撰写初稿、可视化处理、验证、方法论设计、资金筹集、概念构思。张子健：可视化处理、验证、软件使用、方法论设计、数据收集。赵新峰：监督工作、数据整理。杨红：监督工作、数据整理。李彤：监督工作、资金筹集、数据整理。史振：方法论设计、数据收集。胡凯凯：可视化处理、验证、软件使用。张光：撰写修订稿、监督工作

利益冲突声明

我们声明与任何可能不当影响我们工作的个人或组织没有财务和个人关系，对本文中提到的“2021年至2024年珠江口藻华年际变化的水动力控制：基于浮标数据和水动力模型的证据”中所表达的观点没有任何专业或其他个人利益。

致谢

我们感谢相关编辑和三位匿名审稿人提出的宝贵建议和评论，这些意见有助于改进本文。本研究得到了国家自然科学基金（资助编号41506102、42306015和41890851）的财政支持。张光还得到了中国博士后科学基金（资助编号2023M743988）的资助。此外，本研究还得到了“早期预警系统增强的财政支持