公司汪亚平教授团队与华东师范大学赵宁教授团队在长江口历史低氧演化研究领域取得新进展。研究发现，过去半个世纪以来，由于人类活动导致的富营养化，长江口的低氧强度显著上升，但由于物理层化强度相对较弱，目前观测到的低氧水平并未达到历史峰值。这项研究成果以“Anthropogenic eutrophication and stratification strength control hypoxia in the Yangtze Estuary”为题，近期发表于Nature旗下期刊Communications Earth & Environment，在线发表链接为：https://doi.org/10.1038/s43247-024-01403-w。
在过去的半个世纪中，人类活动排放的营养物质正在以前所未有的方式改变河口海岸区域的低氧演化，许多大型河口面临日益加剧的低氧威胁。然而，由于长期观测数据的缺乏，以及当前观测结果受到人为富营养化的显著影响，目前观测到的低氧强度是否达到了历史空前水平仍不确定。此外，准确区分气候变化与人类活动对低氧演化历史的相对贡献也是一项挑战。
针对这些科学问题，研究团队以长江口为典型研究区，在表层冲淡水向海扩展与底层盐水向陆入侵交互强烈（较高的水平和垂向盐度梯度）、沉积环境稳定且低氧频发的典型海域采集沉积岩心（图1）。通过运用地球化学和沉积硅藻指标，研究团队重建长江口过去300年的低氧、表/底层盐度以及营养盐水平等关键生态指标。同时，使用气候模型模拟长江流域过去300年的降水信号。综合流域与河口区的多项指标，深入探讨了气候变化和人类活动如何通过影响流域环境，进而对河口环境（包括盐度、营养物质和低氧现象）产生重要影响。
图1：长江流域、河口及河流主导的陆架系统。(a)东亚季风系统，（b）采样观测站位及东海区域海流模式，（c）盐度观测剖面，（d）低氧观测剖面。其中，红色圆点C12为岩心采样站位。
研究通过重建表/底层盐度，计算垂向盐度梯度，并以此为基础构建了一个反映层化强度的指标（图2）。综合分析低氧主要驱动因素，我们发现，在人为富营养化影响显现之前，低氧与层化之间存在显著相关性（图2）；随着时间的推移，低氧与营养盐的变化趋势基本一致。尽管人为富营养化导致了长江口观测到的低氧水平显著增加，但其并未达到历史高值水平，这主要是由于同一时期气候驱动的物理层化作用相对较弱（图2）。值得注意的是，另一个大型河流—密西西比河河口陆架区的低氧演化也呈现出了类似的特征。在深入探究气候变化与人类活动对低氧演变的决定性影响后，我们推测，人为因素导致的富营养化与气候驱动的层化在未来将交织并存，很可能将低氧灾害推向一个前所未有的严峻境地。
图2：低氧及其主要驱动因素之间的关系。（a）低氧与层化指标，（b）1740-1975年低氧与层化关系，（c）低氧与营养盐指标，（d）特征阶段低氧强度。
bwin盛辉博士为论文的第一作者，汪亚平教授和华东师范大学赵宁教授为共同通讯作者，其他共同作者包括英国南安普顿大学的Stephen E. Darby教授、华东师范大学刘东艳教授、美国科罗拉多大学博尔德分校Albert J. Kettner副教授、新加坡国立大学Xixi Lu教授、南京师范大学杨阳教授、bwin高建华教授和华东师范大学赵亚青同学。研究得到国家自然科学基金项目（U2240220、42030402、41625012和42306098）、共享航次计划2022年度长江口科学考察实验研究暨长江口锋面结构演变及其对陆海条件变异响应研究（航次编号：NORC2023-03+NORC2023-302，项目编号：42249903）、上海市教育委员会科研创新计划项目（2019-01-07-00-05-E00027）、上海市基础研究特区计划项目（TQ20220101）的支持。
文章信息：Hui Sheng, Stephen E. Darby, Ning Zhao, Dongyan Liu, Albert J. Kettner, Xixi Lu, Yang Yang, Jianhua Gao, Yaqing Zhao & Ya Ping Wang.Anthropogenic eutrophication and stratification strength control hypoxia in the Yangtze Estuary. Commun Earth Environ 5, 235 (2024). https://doi.org/10.1038/s43247-024-01403-w