自工业革命以来，人类不仅向大气排放了巨量的温室气体，亦通过河流向海洋排放了巨量的人类活动产生的陆源物质。相比于温室气体，人类活动产生的陆源物质所导致近岸水体的富营养化并没有得到那么强烈的关注，这其中一个关键的原因是水体富营养化所导致的生态效应并不像气候变暖那么直观。近几十年来，人类对温度的升高有切身感受，但海洋在富营养化下的变化却是令人难以捉摸的。

人类活动产生的陆源物质十分复杂，陆源无机盐输入海洋后被生物摄取从而成为海源有机物，并在矿化分解的过程中导致海洋脱氧与海洋酸化。相比于陆源无机盐，陆源有机质的生物地球化学循环过程不仅更为复杂，在与河口地区多变的物理环境相耦合后，其在边缘海生态环境演变中所起的作用更加令人捉摸不清。以中国长江口及东海为例，虽然长江每年向海洋输送了世界上第二多的陆源有机质，但是有基于同位素的研究认为造成长江口及东海低氧/脱氧问题的主要物质依然是海源有机质。这就让人不禁要问：难道只需要通过减排无机盐而不需要减排有机质来缓解长江口及东海的脱氧问题？从渤海综合治理的经验来看，情况似乎并不是这样，长江输入的陆源有机质一定以某种隐秘的方式对长江口及东海的低氧/脱氧起了作用。

2022年10月1日水资源领域著名期刊Water Research在线刊登了华东师范大学河口海岸国家重点实验室、崇明生态研究院灾害风险防控研究中心张文霞副研究员《Unexpected high indirect impacts of riverine organic matter to coastal deoxygenation》的研究成果，通过海洋数值模型对陆源有机质在高浊度大河口区域近海脱氧过程中所起的作用进行了量化评估。

图1 生物地球化学循环模块（左）与河口及邻近区域近岸低氧形成的概念图（右）。

本研究通过对高时空分辨率的区域性海洋生态动力学模型加入陆源有机质的生物地球化学循环过程（图1左中RDOM与RPOM）阐明了陆源有机质在河口及邻近海域导致脱氧的机制，并量化了陆源有机质在长江口及东海脱氧过程起到的直接与间接效应。在浊度不高的河口区域，比如珠江口，陆源有机质在入海后很快地矿化，释放无机盐并刺激初级生产力的爆发，导致河口区域附近形成低氧环境（图1右A），在这里，陆源有机质对低氧的形成起了直接作用。在浊度较高的河口区域，比如长江口，虽然陆源有机质在入海后矿化释放无机盐，但是水体携带的泥沙强烈地抑制了河口附近藻类的生长，这些无机盐将随水体进入宽阔的边缘海，刺激这些区域的初级生产力爆发，对边缘海的脱氧造成巨大的间接影响。

图2 陆源有机质对长江口及东海脱氧的直接与间接影响。

图2从底层溶解氧与溶解氧垂向积分两个方面清晰地量化了长江输入的陆源有机质对长江口及东海脱氧的直接与间接效应。长江输入的陆源有机质对该区域的直接影响只局限于长江口附近，主要表现为矿化耗氧。然而，长江输入的陆源有机质对该区域的间接影响不仅强度高而且范围大。这里最让人惊奇的是，人类竟然通过长江口这一个单点向如此巨大的区域施加了如此巨大的影响！这让人不禁要问：这里的生态系统对脱氧敏感吗？需要减排来控制脱氧对生态系统的影响吗？

图3 脱氧的生态效应及减排措施对脱氧的敏感性。东海鱼类的物种数与溶解氧及pH值的关系（左）。陆源有机质减排量与低氧区域之间的关系。

从现有的东海渔业调查数据来看，脱氧及相伴而生的酸化对该区域非常重要的生态系统健康状态的指标——鱼类物种数有十分显著的影响（图3左）。请注意，这里的溶解氧尚未降低到低氧的阈值63 mmol m^-3，很难想象低氧一旦大面积发生，这里是否也会形成像北墨西哥湾一样的“死亡区”，以限制脱氧为目的陆源物质减排措施应该是必要的。本研究量化了不同陆源有机质的减排量对限制低氧区域面积的影响（图3右），发现虽然低氧区面积对陆源有机质的减排量的响应是逐渐变化的，没有临界阈值，但是减排量在30%-70%的范围时，减排对低氧区面积的效应可以加倍，这为相关政策的制定提供了参考。

本研究受到上海市科委项目21ZR1421400，国家自然基金项目41706015和上海市教委创新计划2021-01-07-00-08-E00102的资助。

来源|崇明生态研究院灾害风险防控研究中心张文霞研究团队