全球变暖背景下酸碱度变化对浮游植物生长随机动力学的影响研究

《Mathematical Biosciences》：The impact of acid-base changes on the stochastic dynamics of phytoplankton growth under global warming

本文通过建立确定性及随机性营养盐-浮游植物（NP）模型，首次系统探讨了pH值与全球变暖协同作用下浮游植物的生长动力学机制。研究发现，适当调节pH值可有效抑制水华发生，为水生生态保护提供了新思路。

　　

主要结果

本节主要呈现确定性NP模型（1）和随机NP模型（4）的理论结果。首先，我们给出确定性NP模型（1）的理论结果。

数值结果

本节通过数值模拟探讨pH值和全球变暖在确定性与随机环境中如何影响营养盐-浮游植物动力学。以表1参数集为例进行模拟分析。首先展示pH值和全球变暖对确定性NP模型（1）动力学的影响。

讨论

本研究发现存在一个最适pH值有利于浮游植物生长，偏离该值会限制其生长（图3(d)），该结果支持了Wolffia在最适pH值下生长最佳、偏离后生长受抑的实验结论[22]。在随机环境中，微碱性或酸性条件可能通过改变营养盐可得性与浮游植物代谢活性间的平衡，进而影响水华发生概率。全球变暖则通过温度依赖性代谢速率直接调控浮游植物种群动态，与pH变化形成协同效应。随机扰动（LOU过程）的引入进一步揭示了环境波动对系统稳定性的双重作用：适度噪声可促进物种共存，而高强度噪声可能导致生态平衡重构。

结论

自然水生环境中，全球变暖、水体pH值及随机环境波动对浮游植物生长具有显著影响。本文通过建立确定性及随机性营养盐-浮游植物（NP）模型，首次系统揭示了多因子耦合作用下的浮游植物生长机制。研究表明，pH值的适度调控可有效抑制水华发生，全球变暖通过温度效应直接改变浮游植物代谢轨迹，而随机环境波动则通过LOU过程重塑系统稳定性边界。该研究为理解复杂环境下浮游植物动态机制提供了新范式。

作者贡献声明

田才廖：综述撰写–审阅编辑、可视化、形式分析、验证、调查、初稿撰写、方法论、概念化。尹洪辉：可视化、形式分析、数据整理。

利益冲突声明

我们声明不存在任何可能不适当地影响我们工作的财务或个人关系，也不存在任何可能影响稿件评审结果的个人或专业利益。

致谢

本研究受江苏省高校自然科学基金一般项目（24KJB110003）资助。