南非近岸水域和淡水系统中的溶解有机物质动态：与人类活动变化、偶发事件及生物多样性的关联

南非大花地区沿海与内陆水域有机溶解物（DOM）的光学特性及卫星监测研究表明，区域土地利用和干旱/洪水事件显著影响DOM输运与质量，遥感数据结合地面观测为长期监测提供方法支持。

　　

摘要

南部非洲生物多样性丰富且变化迅速的大开普植物区（GCFR）由沿海海湾构成，这些海湾接收来自河流的溶解有机物质（DOM），而这些河流的流域涵盖了自然、农业和城市用地等多种类型。作为NASA BioSCape野外考察活动（2023年10月至11月）的一部分，我们研究了三个GCFR沿海海湾（圣海伦娜湾、沃克湾和阿尔戈阿湾）以及四个内陆系统（里特弗莱湿地、泽科夫莱湖、特沃特斯克鲁夫大坝和克莱因河口）的光学特性，以及它们与DOM生物地球化学和碳循环之间的关系。通过对有色DOM（CDOM）的光学特性进行测量，包括300纳米处的吸收值（a_g300）、光谱斜率（S275–295）和荧光强度，我们发现了该地区由于陆地影响、城市活动、强烈的生物活动以及快速的地貌变化所导致的复杂光学现象。与上游水域相比，沿海海湾中的CDOM具有较低 的a_g300值（0.5–2.8 m^-1）和较高的S275–295值（0.020–0.031 nm^-1），这表明该地区存在强烈的生物生产和/或光化学降解过程。沿海水域中的CDOM主要由类似蛋白质的化合物组成，反映了初级生产活动；而内陆水域中的CDOM则主要由陆地来源的腐殖质构成，并具有更强的荧光信号。利用Sentinel-3 OLCI和Sentinel-2 MSI卫星图像的数据分析显示，不同河流对沿海DOM动态有显著影响，尤其是干旱期与强降水事件之间的交替，是导致这一全球重要生物多样性热点地区生物地球化学变化的主要因素。

通俗语言总结

南非沿海水域受到人类活动和偶发事件的严重影响，这些因素会改变其生物多样性和生物地球化学特性。内陆和沿海水域都会从周围陆地接收有机物质，而陆地的类型（农业、城市或自然）会影响这些有机物质的光学特性。这些独特的光学特征使得利用卫星传感器开发区域算法来估算这些特性变得必要。卫星遥感是评估这些水域中有机物质数量和类型变化的关键地球观测工具。在本研究中，我们结合了卫星遥感和实地观测数据，研究了南非大开普植物区内圣海伦娜湾、沃克湾和阿尔戈阿湾的季节性有机物质输送情况。研究发现，在这三个流域类型不同的海湾中，南半球冬季的河流洪水为沿海水域带来了大量有机物质。有机物质的质量受到河流流量和流域组成的共同影响。这些发现揭示了土地利用和极端气候如何影响沿海水域，对未来对该生态多样性地区的监测具有重要意义。

要点

• 大开普植物区沿海海湾和内陆水体的DOM光学特性受河流输入、土地利用和季节性因素的影响

• 利用卫星算法（OLCI/MSI）结合实地数据可长期监测南非沿海水域的a_g300和S275–295值

• 偶发的干旱/洪水事件通过减少/增加输送到海湾的有机物质量来改变DOM的分布

利益冲突

作者声明与本研究无关的任何利益冲突。

数据可用性声明

本研究使用的所有数据均可在SeaBASS数据库中获取：https://doi.org/10.5067/SeaBASS/BIOSCAPE_COASTAL_CARBON/DATA001；网站：https://seabass.gsfc.nasa.gov/experiment/BIOSCAPE_COASTAL_CARBON。