黑海开放水域浮游植物生物量时间变异与藻华动态：后富营养化时期的卫星遥感解析

研究人员针对黑海开放水域后富营养化时期（1998–2022）浮游植物碳生物量（Csat）与藻华动态，通过卫星遥感叶绿素a（Chlsat）结合原位碳-叶绿素比，揭示了藻华集中于8–11月且与垂直密度梯度负相关，提出大型硅藻从深层获取营养的驱动机制，为气候变化与营养输入对浮游植物群落的长期影响提供关键证据。

　　

黑海作为全球最大的缺氧水体之一，其表层浮游植物动态长期受到自然气候变异与人类活动的双重影响。过去半个世纪，从富营养化到后富营养化的转变过程中，浮游植物群落经历了显著更替，但开放水域的长期监测数据却严重匮乏。传统依赖叶绿素a浓度（Chl_sat）的卫星遥感常误判藻华季节——例如将冬季峰值误读为生物量高峰，而实际碳生物量（C_sat）可能呈现完全不同的格局。这种认知偏差直接阻碍了对海洋生态系统响应机制的准确理解。

为破解这一难题，俄罗斯海洋水文研究所（MHI RAS）的Oleg Yunev团队联合国际学者，创新性地将卫星遥感Chl_sat数据与原位测量的碳-叶绿素a比率（C:Chl）结合，重建了1998–2022年后富营养化时期黑海开放水域浮游植物碳生物量的真实动态。研究通过Carstensen算法分离基线季节变化与藻华事件，首次揭示藻华实际集中于8–11月，而非传统认为的2–3月或11月。这一发现发表于《Progress in Oceanography》，不仅修正了长期认知误区，更阐明了垂直密度梯度与硅藻营养获取的调控关系。

关键技术方法包括：（1）采用NASA的OC2/OC4算法反演Chl_sat；（2）基于黑海原位测量的C:Chl比率将Chl_sat转换为C_sat；（3）应用统计模型分离基线值与藻华事件；（4）结合水文观测数据解析环境驱动因子。

主要研究结果

1. 生物量与藻华时序特征：C_sat分析显示藻华集中发生于夏末至秋季（8–11月），与Chl_sat指示的冬季高峰形成鲜明对比。这种差异源于冬季高C:Chl比率导致Chl_sat被低估。

2. 环境驱动机制：藻华频率与垂直密度梯度呈显著负相关，支持大型硅藻通过突破密度屏障从深层获取营养的假说。夏季光抑制（photoinhibition）与强密度梯度共同抑制生物量，直至8月条件缓解。

3. 历史时期对比：前富营养化期（1970年前）几乎无藻华；强富营养化期（1980–1990s）因低温与陆源营养输入导致冬季生物量激增；后富营养化期则呈现气候变暖与营养减少的新模式。

结论与意义
该研究通过多学科方法重构了黑海浮游植物的真实动态，证明气候变暖与人为营养输入的改变已彻底重塑了藻华格局。垂直密度梯度作为关键调控因子，其减弱可能促进硅藻优势种对深层营养的利用，这一机制对预测未来气候变化下的海洋生态响应具有范式意义。研究同时警示：单纯依赖Chl_sat可能导致对海洋初级生产力的系统性误判，为全球类似海域研究提供了方法学范本。