马尔马拉海黏液质爆发的系统动力学建模与可持续性政策评估

本研究针对2020-2021年马尔马拉海爆发的严重黏液质污染事件，首次采用系统动力学（SD）方法构建数学模型，量化分析了污染对渔业、旅游业和海运业的复合影响。通过模拟总氮（TN）和总磷（TP）负荷控制等四种政策情景，发现强化废水生物处理可最有效实现环境可持续性，为决策者提供了科学依据。

　　

马尔马拉海作为连接黑海与地中海的关键水道，近年来因工业废水、农业径流和气候变暖引发了史无前例的黏液质（mucilage）污染。这种由有机-无机复合物形成的胶状物质不仅威胁海洋生态，更导致渔业产值暴跌61%、旅游业萧条和海运效率下降。尽管已有研究提出控制营养盐排放等对策，但缺乏量化评估政策效果的数学模型。

为解决这一难题，伊斯坦布尔文化大学的研究团队创新性地将系统动力学（System Dynamics, SD）方法引入黏液质研究领域。通过构建包含18个反馈环路的因果模型，首次实现了对TN/TP负荷、水温、海流等多因素耦合作用的动态模拟。研究发表在《Ecological Modelling》，为地中海沿岸国家的海洋治理提供了科学工具。

研究采用三阶段方法：首先基于历史数据（2007-2021）建立因果循环图（CLD），识别关键变量如Susurluk河营养盐输入量；继而转化为包含非线性方程的存量-流量模型，使用Vensim软件进行校准；最后通过蒙特卡洛模拟验证模型灵敏度。特别整合了渔业捕获量、游轮班次等经济指标，使模型兼具生态-经济双重评估功能。

模型验证
通过对比2021年实测黏液质覆盖率与模拟结果（误差<8.3%），证实模型能准确反映TN/TP负荷与黏液质爆发的指数增长关系。基准情景预测显示，若不干预，2040年黏液质覆盖率将达海表面积的73%。

政策情景分析

1. 废水处理升级：将三级处理比例提升至85%，可使黏液质峰值降低62%，但需20年见效；
2. 农业径流控制：减少Susurluk河TP负荷50%，能快速（5年内）改善近岸水质；
3. 生态工程：人工增氧方案因成本过高被证明不可持续；
4. 综合政策：结合前两项措施可实现黏液质零增长，但需持续投资GDP的0.3%。

讨论与结论
该研究突破性地揭示了黏液质爆发的非线性阈值效应——当TN>1.2 mg/L且TP>0.08 mg/L时系统会突变。通过政策杠杆分析指出，短期应优先控制农业TP，而长期需依靠废水处理基础设施升级。模型首次量化证明：仅靠概念性措施无法阻止黏液质复发，必须实施基于SD模型的动态环境管理。这一成果不仅为马尔马拉海治理提供决策支持，更为全球半封闭海域的可持续发展研究建立了方法论范式。