西北欧陆地-海洋交界处社会生态系统的过去演变轨迹：以布列斯特湾北部流域过去150年的情况为例

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Past trajectory of a Northwest Europe socio-ecosystem at the land-sea interface: Case study of the northern watersheds of the Bay of Brest over the last 150 years

该研究基于法国布列塔尼湾五个沉积芯分析，结合花粉、浮游有孔虫及沉积地球化学数据，识别出1925-1938、1960-1967、1980-1987和2005年四个关键阈值时期，揭示了人类农业活动与自然气候变化共同驱动海岸生态系统退化。

　　

C. Valero | A. Penaud | M. Vidal | E. Goubert | P.A. Dessandier | S. Schmidt | E. Glémarec | P. Brigode | L. Bosseboeuf | Y.M. Paulet | J. Sutton | P. Ailliot | J.M. Derrien | N.C. Niass | C. Liorzou | L. Saguet | T. Guérin | C. Lambert

Geo-Ocean, 布雷斯特大学, 南布列塔尼大学, CNRS, Ifremer, UMR6538, IUEM, 法国 F-29280 Plouzané

摘要

布雷斯特湾（BB）是一个受潮汐影响显著的河口环境，在过去几十年中，尤其是自第二次世界大战以来，一直承受着强烈的人为压力。这使得布雷斯特湾成为研究工业革命以来沿海生态系统变化的理想地点。我们分析了在两个不同海洋动力过程影响下的关键区域采集的五个沉积物岩芯：i) Elorn 区域（3 个岩芯）和 ii) Daoulas 湾（2 个岩芯），后者位于 Daoulas 河口附近。我们的研究使用了花粉和甲藻囊壳的孢粉学数据、底栖有孔虫组合、沉积学数据以及元素地球化学数据，并实现了非常精细的时间分辨率（2 至 16 年）。在局部空间尺度上的分析揭示了过去 150 年中不同驱动力与环境变化之间的密切关联。对这些古生态时间序列的统计分析揭示了四个关键转折点：1925–1938 年、1960–1967 年、1980–1987 年和 2005 年，这些转折点对于理解该时期原生生物群落的变化及布雷斯特湾景观的演变至关重要。结合 1850 年以来的区域降水模式重新分析、营养物质浓度数据以及土地利用的历史记录，我们能够识别出沿海生态系统变化的主要驱动因素。我们的研究结果强调了农业活动对营养变化和布雷斯特湾水质下降的显著影响，这与观测数据一致，后者显示自 20 世纪 80 年代以来有毒藻类水华的发生频率显著增加。

引言

在 20 世纪和 21 世纪，沿海生态系统面临着日益增加的人为压力，如二氧化碳排放、土壤人工化以及集约化的农业活动。这些活动导致营养物质（主要是硝酸盐和磷酸盐）、植物保护产品和其他化学污染物释放到环境中（Meybeck 等人，2006；Tett 等人，2013；Tréguer 和 De la Rocha，2013）。自 20 世纪 60 年代以来，这种直接且巨大的环境影响加剧了全球沿海水域的退化（Billen 等人，2007；J. Cloern，2001；J. E. Cloern 等人，2016；Diaz 和 Rosenberg，2008；Erisman 等人，2013）。诸如人为富营养化（即向环境中提供有机物的速率增加；Nixon，1995）等重大影响扰乱了海洋生态系统，导致绿潮、微藻水华、细菌生长和缺氧现象的增加（Bricker 等人，2008；Doney，2010；Gao 等人，2017；Henson 等人，2016）。这些变化带来了严重的健康风险，并在陆地-海洋连续体上引发了不同使用者之间的利益冲突。在法国西北部的布列塔尼地区，这些问题尤为严重，不仅在科学文献（例如 Troadec 等人，1997；Pucheux 等人，2011；Siano 等人，2021；Le Goff 等人，2023；Bosseboeuf，2024）中有所体现，也在调查性新闻报道（例如 Léraud 和 Van Hove，2019；Léraud 和 Van Hove，2024）中得到关注。

在这种背景下，预测由于自然和人为因素导致的生物多样性和生态健康的时间变化是科学界的首要关注点（Dornelas 等人，2013）。通过分析社会-生态系统轨迹可以评估这种生态系统变化（Degroot 等人，2021；Ostrom，2007）。然而，要解读人为因素与自然变化之间的关系，需要与人类压力最小的时期进行对比。这种方法使我们能够更准确地定义一个“初始”状态（Godet 等人，2022），并利用这一选定的基准对系统的演变进行彻底分析（Atmore 等人，2021；Rodrigues 等人，2019）。在此基础上，通过识别时间序列中的“阈值”（即必须超过的幅度或强度，以便某种反应或现象发生；ODE，2024），可以突出系统中过去发生的转变（Atmore 等人，2021；Mahanty 等人，2023）。

采用这种方法，我们利用来自布雷斯特湾（BB，法国西北部）的河口沉积物档案，进行了新的高分辨率古重建（约 2 至 16 年）。本研究整合了 Daoulas 河口沉积序列（岩芯 SRQ1-I09a，Lambert 等人，2018 年首次分析）中的孢粉学和底栖有孔虫数据，以及其孪生岩芯（岩芯 SRQ1-I09b）的新沉积学数据，还有两个布雷斯特港（岩芯 PALM-KS03 和 PALM-KS06）和一个 Elorn 河口（岩芯‘Elorn’）的沉积学-孢粉学数据。这些数据与 Klouch 等人（2016）的现有沉积 DNA 数据以及气候、仪器和历史记录进行了对比。这种多学科的“回顾性观察”方法使我们能够追溯从 1800 年至今的布雷斯特湾环境历史，主要探讨了两个问题：

1. -
   从 Daoulas 河口流域到河口的观察到的环境变化是否与其他布雷斯特湾区域（特别是 Elorn 河口）一致？
2. -
   自然气候波动和人为因素如何影响沉积学和古生态数据中观察到的环境变化？
这些目标旨在阐明布雷斯特湾社会-生态系统的演变轨迹，从而通过严格的多学科研究，为人类世期间的社会影响与沿海生态系统之间的联系提供全球性的认识。

地貌和水文背景

布雷斯特湾（BB）是一个半封闭的巨潮河口盆地，面积约为 180 平方公里，位于法国西北部的布列塔尼地区（图 1A），处于陆地环境与大西洋的交界处。其地形及其支流的分布主要受该地区地质结构的控制，该地质结构围绕一条与 Elorn 河口对齐的断层系统形成。这一系统将该地区划分为两个不同的地质区域：北部为花岗岩/变质岩构成的赫尔辛尼亚纪区域

研究沉积物岩芯的一般信息

在本研究中，我们重点关注 Daoulas 和 Elorn 流域，使用了来自 Daoulas 和 Elorn 河口河口的潮下沉积物档案（图 1C，表 1），这些区域的沉积速率低于 0.5 厘米/年（Gregoire，2016）。在 SERABEQ1 航次（2014 年，R/V Albert-Lucas，Ifremer）期间，使用 Ronanberg 接口岩芯采集了 SRQ1-I09a 和 SRQ-I09b 两个岩芯。PALM-KS06 和 PALM-KS03 岩芯则是在布雷斯特附近采集的

结果

对 Daoulas 河口岩芯的沉积学和古生态数据的分析使我们发现了基于每个数据集中最显著变化点（即表 2 中的 p 值 = [0.001] 的时间分区（参见第 3.6 节中的统计方法）。每个分区之间由一个过渡区间分隔（参见图 4、图 5、图 6 中的阴影区域），该区间对应于破裂阈值的置信区间。这一分区过程

1990 年以来的景观/花粉数据概览

目前布雷斯特湾周围的植被分布（图 7A；Sellin 等人，2020）在 Daoulas 和 Elorn 流域之间似乎相当相似，树木的比例较低（约 25%），而草本植被占主导。大部分植被与农业活动（草地和耕地）或城市化区域相关。荒地和水域面积有限，而沿海植被在调查中几乎未被考虑（图 7A）。现在

结论

这项在布雷斯特湾（BB，法国西北部）进行的高分辨率沉积学和孢粉学研究提高了我们对这一社会-生态系统从 1870 年至今演变轨迹的理解。通过比较两个受海洋动力过程影响程度不同的布雷斯特湾区域（Elorn 和 Daoulas 河口），我们发现了具有地域特异性的生物组合，这可能是由以下因素驱动的：i) 当地的土地利用方式和花粉数据的水动力条件；ii) 河流与海洋环境的影响

CRediT 作者贡献声明

C. Valero：撰写初稿、正式分析、数据管理、概念构建。 A. Penaud：撰写初稿、监督、项目管理、资金获取、数据管理、概念构建。 M. Vidal：撰写、审稿与编辑、监督。 E. Goubert：撰写、审稿与编辑、正式分析。 P.A. Dessandier：撰写、审稿与编辑。 S. Schmidt：撰写、审稿与编辑、正式分析、数据管理。 E. Glémarec：撰写、审稿与编辑。 P. Brigode：

未引用的参考文献

Cloitre-Quéré, 1992 Fouet 等人, 2022

利益冲突声明

作者声明以下可能被视为潜在利益冲突的财务利益/个人关系：

Aurelie Penaud 表示获得了法国国家研究机构的财务支持。如果还有其他作者，他们声明没有已知的可能影响本文研究工作的财务利益或个人关系。

致谢

这项工作是 Clara Valero 的博士论文以及 PACTE（‘def’）项目的一部分，这两个项目都得到了 ISblue 项目的资助：蓝色星球跨学科研究生院（ANR-17-EURE-0015）。该项目还得到了法国政府“Investissements d'Avenir”计划下的资助，作为 France 2030 计划的一部分。

我们感谢参与此次研究的各项航次中的船长、船员和科学团队，他们采集了用于本研究的岩芯：SRQ1-I09a 和 SRQ-I09b 岩芯