南美最东部河口与近海水域营养盐长期动态变化及其对富营养化风险的启示

本研究针对南美东部河口及沿海区域因人类活动导致的水体富营养化问题，系统分析了2005–2019年间氨氮（NH3）和磷（P）浓度的时空变化规律。研究运用广义可加模型（GAMLSS）揭示了溶解氧（DO）、距海岸距离、降雨和ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）是影响营养盐浓度的关键因子，并指出拉尼娜事件极端干旱期显著加剧污染，凸显气候变异与人为压力共同驱动河口生态风险。成果对区域水质管理与生态保护具有重要实践意义。

　　

在全球气候变化与人类活动加剧的背景下，河口和沿海生态系统作为陆地与海洋之间的关键界面，正面临日益严重的环境压力。这些区域不仅承载着丰富的生态服务功能——如维持渔业资源、提供生计支持与调节局部气候，同时也是城市化、工业和农业排放的主要接纳体。尤其是南美洲东海岸，快速的城市扩张与农业开发导致大量未经处理的污水和农业径流注入河流，最终汇入河口，引发营养盐过量输入、溶解氧耗竭与潜在富营养化问题。尽管已有研究指出营养盐污染与低氧现象在多个河口普遍存在，但其长期时空动态及驱动机制，尤其是大尺度气候现象如ENSO（厄尔尼诺-南方涛动）如何调制这些过程，仍缺乏系统评估。

为填补这一空白，一项发表在《Marine Pollution Bulletin》上的研究，以巴西南美最东端的伯南布哥州河口系统为研究对象，基于长达15年（2005–2019年）的水质监测数据，深入解析了氨氮（NH₃）和总磷（P）的浓度变化及其对环境因子与气候振荡的响应。研究不仅验证了空间与时间（年内与年际）变量对水质的重要影响，还揭示了拉尼娜事件所加剧的干旱条件如何显著提升富营养化风险，为区域环境管理与生态恢复提供了科学依据。

在研究过程中，团队依托巴西伯南布哥州环境署（CPRH）建立的57个监测站点网络，将研究区划分为北部、都市区和南部三个扇区，覆盖12个主要河口。监测变量包括NH₃、P、溶解氧（DO）、降雨及与海岸线距离等，同时引入ENSO指数以评估气候影响。数据分析采用广义可加模型（GAMLSS），针对“污染”（NH₃ > 0.7 mg·L^?1；P > 0.186 mg·L^?1）与“未污染”状态分别建立回归模型，并使用Zero Adjusted Gamma（ZAGA）和Gamma分布进行拟合，通过似然比检验筛选最优模型，所有分析在R语言环境中完成。

3.1. 氨氮水质建模

结果显示，无论污染与否，NH₃浓度均与DO呈负相关。在污染状态下，都市区NH₃平均浓度高达4.1 mg·L^?1，远超未污染状态（0.1 mg·L^?1）。都市区污染频率最高（50.6%），且近海岸区域因城市化与工业密集，NH₃浓度显著升高。ENSO对污染状态有显著负效应（β = ?0.146, p < 0.001），表明拉尼娜期（ENSO负相位）可导致NH₃浓度上升约13%。年份与季节交互分析进一步发现，干旱期拉尼娜事件（如2006、2007、2017年）会显著推高都市区与北部扇区的NH₃水平。

3.2. 磷浓度建模

磷的浓度变化与NH₃类似，与DO呈负相关，且污染状态下P平均浓度（0.7 mg·L^?1）为未污染状态（0.07 mg·L^?1）的10倍。都市区在2005、2006、2014及2019年污染频率超65%，而北部与南部扇区在2006年也出现半数以上污染状况。距海岸距离的影响因扇区而异：都市区近岸P浓度升高，而南部扇区因干季海水入侵稀释作用，呈现相反趋势。ENSO同样对污染状态有负效应（β = ?0.072, p = 0.014），拉尼娜相关的干旱年份（如2006年北部、2007年都市区）均观测到P浓度峰值。

4. 讨论

本研究强调，河口营养盐动态受多重因子驱动：人为排放（都市区污水与农业径流）、水动力条件（潮汐与淡水输入）及气候振荡（ENSO调制干旱事件）共同塑造了污染格局。都市区的高污染负荷与低DO条件显著增加了富营养化与缺氧风险，而拉尼娜事件通过延长干旱期、减少稀释作用，进一步放大了污染效应。这一发现与全球多个河口的研究一致，如巴西伊瓜苏河口与孟加拉红树林系统均报告了类似DO-营养盐拮抗关系。

研究结果警示，若不采取针对性措施，营养盐过量输入将危及河口生态功能，包括渔业资源衰退、生物多样性丧失及生态系统服务受损。建议的管理策略包括：强化污水与径流处理、保护河岸植被以截留面源污染、恢复河口-海岸水文连通性，并将ENSO预测纳入水质预警系统。此外，都市区需持续监控，而北部与南部扇区应关注干旱年与拉尼娜期的季节性污染峰值。

5. 结论

本研究通过长时序数据与统计建模，证实了空间与时间变量对南美东部河口营养盐浓度的显著影响，揭示了都市区为污染热点，且拉尼娜事件可加剧干旱期污染风险。成果强调需采取分区管理策略，并整合气候因素与人为压力进行统筹治理，以保障河口生态健康与可持续利用。

该研究由巴西北部伯南布哥联邦大学（UFPE）团队主导，第一作者单位属国内机构。多位作者来自水利资源与土木工程领域，体现了多学科合作应对复杂环境问题的趋势。