5123导航、海洋与地球学院戴民汉教授团队在近海富营养化与缺氧领域开展了一系列高水平的研究工作，获得了国内外同行的广泛关注。近期应Cambridge Prisms: Coastal Futures邀约，戴民汉团队与国内外合作者撰写的题为“Persistent eutrophication and hypoxia in the coastal ocean”的综述论文已正式上线。该论文全面总结了全球近海富营养化与缺氧的现状与驱动机理，聚焦社会经济活动与近海生态环境的复杂关系，提出未来评估与治理近海生态环境的举措和建议。
近几十年来，农业化肥使用、化石燃料燃烧、水产养殖以及污水排放等人为活动使得近海营养盐输入量急剧增加进而引发富营养化，导致近海有害藻华和缺氧频发，造成生物多样性下降、海草消亡、珊瑚白化、鱼类死亡以及人类健康受到威胁等严重的生态与社会危害。尽管许多发达国家和地区已投入大量精力和资金对其进行研究、管控和修复，但近海富营养化和缺氧现象在欧洲、北美洲以及亚洲发达国家地区依然十分普遍，并且已迅速扩散至亚洲发展中国家以及南美洲和非洲等地区。
然而，目前富营养化与缺氧的强度、规模和变化速率及其驱动机制尚不清晰，且不同区域存在显著差异，富营养化和缺氧治理依然困难重重。因此，甄别和量化调控近海富营养化和缺氧的物理、生物地球化学和社会经济等一系列过程，仍然是一个极具挑战性且亟待解决的问题。
本论文从近海营养盐输入、富营养化、缺氧和有害藻华的现状、调控机理和相互作用以及社会经济-生态因素的长期演化等方面，对近海富营养化和缺氧进行系统归纳、总结经验教训并提出建议与展望。
通过收集、整合现有文献资料与数据库，研究团队发现化肥使用是全球近海人为氮输入的最大来源，其中亚洲占据全球总使用量的一半以上。全球近海富营养化、缺氧和有害藻华在发生频率和强度上呈增加趋势，亚洲发展中国家因其人口和经济的迅猛发展成为新的增长极（图1）。东亚和南亚有害藻华的发生频次占全球观测到的总频次的近50%；同时，河流主控型近海系统已逐步发生状态转换，形成季节性缺氧。
图1. 2018年人类足迹（a）、2020年氮输入量（b，kg N yr–1）、叶绿素浓度（c， μg L–1）和缺氧系统（d）的全球分布图
目前富营养化驱动缺氧发生的观点已被广泛接受。然而，不同的有机物来源及其对氧气消耗的贡献使得缺氧的形成对近海营养盐输入的响应更加复杂。跨尺度的物理和生物地球化学过程的交互作用常常造成近海缺氧形成与藻华爆发的时空错位（图2）。此外，缺氧条件下沉积物-水界面过程可反作用于近海富营养化，如沉积物中生物可利用氮的损失和活性磷酸盐的释放可改变表层藻华的群落结构。
图2. 近海富营养化与缺氧的调控机理与相互作用示意图
本论文回顾了全球六个典型近海生态系统，梳理了不同发展阶段的社会经济活动与近海富营养化发展程度及生态环境演化之间的联系，指出半封闭的近海生态系统比开放系统对人类活动与气候变化等外部扰动更为敏感，更易达到系统临界点，进而触发系统状态的改变（图3）。特别强调的是，与造成系统退化的压力相比，生态系统的恢复需要减少更多的环境压力，且人为破坏的时间越长，生态系统越难以恢复。
图3. 近海生态系统的社会经济驱动因素与生态响应、示意图
最后，为提高对人类-近海耦合系统的认知，本论文提出需要从复杂系统的角度系统研究近海系统的相互作用与韧性，识别关键节点强度和临界点；同时，构建区域地球系统模式，将人类社会经济活动和气候变化均纳入其中。此外，建立更科学的近海富营养化指标体系和进行全生命周期营养盐足迹决算将有助于更好地评估近海生态系统状况并制定高效的政策和管理措施。
图4. 近海社会经济与人类维度模型系统示意图
本论文的通讯作者为5123导航戴民汉教授和赵秧秧博士。除戴民汉团队成员外，论文共同作者还包括清华大学关大博教授，香港科技大学甘剑平教授和余柳倩博士，香港大学Moriaki Yasuhara教授，香港城市大学Kenneth Mei Yee Leung教授，马来西亚马来亚大学Phaik Eem Lim教授、马来西亚登嘉楼大学Wan Izatul Asma Wan Talaat教授，泰国海洋与近海资源部Chalermrat Sangmanee研究员，美国普林斯顿大学万显会博士，德国亥姆霍兹张周凌博士，自然资源部第二海洋研究所王云涛教授，南方科技大学刘志强助理教授，5123导航柴扉教授、林森杰教授、王大志教授、陈能汪教授、柳欣教授、罗亚威教授、张增凯教授、林昕副教授等。该研究受到香港研究资助局（T21-602/16-R）、中国科学院学部咨询评议项目（2022-DX01-B-006）、中国工程院战略研究与咨询项目（2022-XBZD-11）以及国家自然科学基金基础科学中心项目（42188102）的联合资助。
期刊简介
Coastal Futures 隶属于英国剑桥大学出版社Cambridge Prisms系列期刊，该系列期刊旨在构建不同学科领域之间的联系，寻求解决现实问题的方案。Coastal Futures覆盖近海系统及其复杂性和演化过程的所有方面，包括物理、化学、生物、工程、人文地理、社会科学和法律等学科，于2023年1月创刊，创刊一年半内邀约的综述论文将为该期刊的主题奠定基本框架。
论文来源
Dai, M.*, Zhao, Y.*, Chai, F., Chen, M., Chen, N., Chen, Y., Cheng, D., Gan, J., Guan, D., Hong, Y., Huang, J., Lee, Y., Leung, K. M. Y., Lim, P. E., Lin, S., Lin, X., Liu, X., Liu, Z., Luo, Y.-W., Meng, F., Sangmanee, C., Shen, Y., Uthaipan, K., Wan Talaat, W. I. A., Wan, X. S., Wang, C., Wang, D., Wang, G., Wang, S., Wang, Y., Wang, Y., Wang, Z., Wang, Z., Xu, Y., Yang, J.-Y. T., Yang, Y., Yasuhara, M., Yu, D., Yu, J., Yu, L., Zhang, Z. and Zhang, Z. (2023) Persistent eutrophication and hypoxia in the coastal ocean. Cambridge Prisms: Coastal Futures 1, e19, doi: 10.1017/cft.2023.7
论文链接
https://www.cambridge.org/core/journals/cambridge-prisms-coastal-futures/article/persistent-eutrophication-and-hypoxia-in-the-coastal-ocean/08B740C894A7895A354FBE7194BC6489
供稿：赵秧秧
审核：王大志、刘志宇
