城市富营养化加剧了南加州海湾中伪尼茨奇藻（Pseudo-nitzschia）产生的软骨藻酸（domoic acid）的数量

《Harmful Algae》：Urban eutrophication enhances domoic acid production by Pseudo-nitzschia in the Southern California Bight

研究耦合Pseudo-nitzschia藻类神经毒素domoic acid（DA）生成模型与三维海洋生物地球化学模型，模拟2006-2017年Southern California Bight地区DA循环。结果显示人为营养输入（来自污水排放和河流）使近岸氮增加25%，触发硅限制转为氮限制，显著增强DA生产力。模型在San Pedro和Santa Barbara Channels区域表现最佳，提示需改进局部HAB动力学参数化。研究为量化人为因素对DA事件的影响提供了新方法。

　　本研究探讨了太平洋沿岸有害藻类繁殖（HABs）的重要因素，特别是由硅藻属 *Pseudo-nitzschia* 引起的有害藻类爆发及其产生的神经毒素——二甲基氨基甲酸（DA）。这些有害藻类在加州海域的频繁出现对海洋生态系统和人类健康构成了严重威胁。DA 能够在海产品中积累，进而引发健康风险。因此，理解 DA 的产生机制及其驱动因素对于制定有效的应对策略至关重要。

研究团队采用了一种机制性模型，该模型结合了实验室实验的数据，以模拟 DA 的生产过程。他们将这一模型嵌入到一个三维的海洋生物地球化学模型中，以评估 DA 在南加州湾（Bight）的动态变化。南加州湾是一个受人类活动影响较大的区域，拥有2300万人口，且该地区经常出现 DA 事件，甚至记录到历史上最高的 DA 浓度。研究团队通过高分辨率（1公里）的模拟，对比了两种情景：一种是包含人类活动影响的场景（ANTH），另一种是控制场景（CTRL），后者仅考虑自然的淡水输入和零营养负荷。通过这种方式，他们试图厘清人类活动和自然因素在 DA 事件中的相对作用。

研究发现，ANTH 情景能够较好地再现 DA 的季节性变化、垂直分布和水平梯度，表明该模型在模拟 DA 动态方面具有较高的准确性。然而，模型在圣佩德罗海峡和圣巴巴拉海峡的模拟效果最佳，而在其他区域则表现较弱，这提示需要进一步改进模型以更好地捕捉局部的 HAB 动态。比较两种情景的结果显示，陆源氮输入显著提高了沿海硅藻的生产量，并改变了营养限制的类型，从氮限制转向硅限制，从而放大了 DA 的生产。沿海地区的 DA 浓度在包含人类活动输入的情景下平均增加了约25%，这表明该地区对 DA 事件的自然易感性得到了显著增强。

在研究过程中，团队发现南加州湾的 DA 事件受到多种因素的影响。例如，中央湾（位于圣莫尼卡湾和圣佩德罗海峡之间）接收了该地区60%的人类活动氮输入，这使得近岸地区的氮浓度翻倍，从而促进了藻类的生长。这些输入可能正在扩大 DA 事件的发生窗口，使得有害藻类的繁殖更加频繁和严重。此外，该地区还存在“隐秘繁殖”现象，即在水下层的 *Pseudo-nitzschia* 种群会产生 DA，但不会在水面形成明显的藻类聚集，这种现象与上升流和废水排放密切相关。

相比之下，北部湾的圣巴巴拉海峡（SBC）虽然人口较少，但仍然记录到较高的 DA 浓度和贝类污染，这表明物理过程在该地区起着主导作用。例如，上升流和涡旋滞留是重要的自然因素，而来自中央湾的营养丰富水体的输送则进一步支持了这些过程。在更南部的圣地亚哥地区，春季 *Pseudo-nitzschia* 繁殖在 Scripps 海岸站被观察到，似乎与当地的风力或上升流关系不大，这提示可能有其他因素在起作用，如密集的沿海种群、废水排放以及来自墨西哥下加利福尼亚地区的跨境输入。这些输入可能来自老旧的污水处理系统，从而影响 DA 的发生频率。此外，该地区的 DA 事件可能还受到特定毒素产生硅藻种类的丰度和组成的影响。

观察数据表明，藻类生物量的增加提高了 DA 事件发生的概率，而区域因素，如上升流强度、营养物质的化学比例（例如硅限制）以及繁殖的时间和持续时间，是影响 DA 变异的关键驱动因素。然而，DA 产生与环境驱动因素之间的机制性联系仍然不明确，且人类活动的影响难以仅凭观测数据进行区分。此外，南加州湾的 DA 事件驱动因素与其他相邻区域存在差异，这使得不同地区的比较变得复杂，也进一步强调了对局部繁殖动态进行深入研究的必要性。

例如，在2015年的一次大规模 *Pseudo-nitzschia* 繁殖和 DA 爆发事件中，该事件从北部湾（圣巴巴拉海峡）蔓延至阿拉斯加，这与温暖的厄尔尼诺现象有关。然而，在这一事件期间，中央和南部湾的 DA 浓度几乎无法检测到，这表明 DA 事件的发生可能受到温度的影响，当水温高于约19°C时，DA 事件几乎不会发生，而更可能在冷的拉尼娜现象或其他增强上升流的气候模式下出现。这一发现进一步揭示了 DA 事件的复杂性，表明其发生不仅受到营养输入的影响，还受到气候条件的调控。

由于观测研究的局限性，研究团队采用了机制性建模方法，以更全面地解析复杂的本地驱动因素。此前，已有研究将物理–生物地球化学模型应用于南加州湾，以评估人类活动对生产力、酸化和缺氧的影响。然而，这些模型尚未被扩展到模拟 DA 的动态变化。因此，本研究首次将 DA 产生模型嵌入到一个真实的海洋生物地球化学模型中，以模拟 DA HABs 的空间变异性和复杂性。这种方法不仅提升了对 DA 事件的理解，也为全球范围内的预测模型提供了新的思路和工具。

此外，研究团队还利用了多种观测数据，包括溶解相和颗粒相的 DA 浓度、浮游生物和沉积物的 DA 分布，以及溶解营养物质的测量，以改进模型的参数化，校准模型并评估其性能。这些数据的整合使得模型能够更准确地反映南加州湾的生物地球化学过程，为研究 DA 事件的驱动因素提供了坚实的基础。研究结果表明，持续的营养物质富集可能会加剧 HABs 的严重性，这对全球范围内的预测模型具有重要的启示意义。

研究团队在模型构建过程中也面临了一些挑战。例如，如何准确模拟 DA 的化学和生物过程，如吸附、光降解和再矿化，是模型成功的关键。此外，如何将实验室实验的数据与实际环境条件相结合，以确保模型的适用性和可靠性，也是一个重要的研究方向。这些挑战促使研究团队不断优化模型，以提高其在不同区域的适用性。

总的来说，本研究通过机制性建模方法，深入探讨了 DA 事件的驱动因素，为理解人类活动和自然因素在 HABs 中的相对作用提供了新的视角。研究结果不仅有助于评估南加州湾的生态风险，也为制定有效的管理策略提供了科学依据。未来的研究可以进一步探索不同气候条件对 DA 事件的影响，以及如何通过减少人类活动对营养物质的输入来缓解 HABs 的严重性。此外，还可以结合更多的观测数据和模型改进，以提高预测的准确性，为海洋管理和环境保护提供更加全面的支持。