地中海环境中稀土元素从大陆到海洋的迁移：自然过程与人为排放的影响

推荐：研究人员针对巴西Concei??o Lagoon因2021年污水排放事件引发的富营养化问题，结合贝叶斯动态广义加性模型（DGAM）和Sentinel-2遥感数据，揭示了叶绿素a（Chl-a）动态变化及水体恢复能力。研究证实污水排放导致系统向超富营养化转变，并开发了实时水质监测平台，为海岸带管理提供科学依据。

　　

研究背景

海岸泻湖作为高生产力生态系统，正面临人类活动导致的营养盐过量输入威胁，全球范围内富营养化与死亡区现象日益严重。巴西Concei??o Lagoon是一个典型案例——这座平均深度仅1.7米的微咸水泻湖，因2021年1月中央区域污水处理厂事故性排放事件，引发了前所未有的生态危机。传统水质监测受限于采样频率和空间覆盖，而遥感技术虽能提供大范围观测，但在浅水区易受底质反射干扰。如何量化此类突发污染事件的生态影响及系统恢复能力，成为海岸带管理的核心挑战。

研究方法与技术

西班牙国家研究委员会（CSIC）安达卢西亚海洋科学研究所（ICMAN）的Mar Roca团队创新性地采用双轨研究策略：

1. 贝叶斯动态广义加性模型（DGAM）：分析2001-2024年893组原位叶绿素a数据，通过高斯过程捕捉非线性趋势

2. 多光谱遥感解析：处理359幅Sentinel-2影像（2017-2024），利用ACOLITE处理器进行大气校正，提取叶绿素a（NDCI算法）、悬浮颗粒物（SPM）、PAR光衰减系数（K_dPAR）等参数

3. 浅水效应校正：基于年际Secchi深度动态阈值，采用Otsu方法区分光学深水区

研究结果

3.1 原位叶绿素a动态

DGAM模型（贝叶斯R²=0.38）揭示：

• 2021年后叶绿素a浓度波动幅度增加300%，最高值达108.4 mg/m³

• 季节性模式改变：5-12月成为藻类暴发主峰期（图4）

• 系统呈现"双稳态"特征：2001-2007年高基线→2008-2020年相对稳定→2021年后超富营养化

3.2 遥感监测发现

• 时空异质性：南部区域持续受污水羽流影响，K_dPAR值较事件前增加2.3倍（图8）

• 延迟响应：污水排放21天后出现有害藻华（HAB），优势种为Fibrocapsa japonica

• 浅水干扰：SPM在<1米区域被高估36.6%，但整体趋势仍可靠（补充材料5）

3.3 生态效应

• 光合抑制：PAR光穿透深度从2.5米降至0.8米，威胁沉水植被

• 死亡区扩张：西北深水区形成持久缺氧带，与沉积有机质积累正相关

研究意义与创新

该研究通过融合长期原位观测与高频遥感数据，首次量化了Concei??o Lagoon对突发污染事件的响应阈值：

1. 方法学贡献：建立DGAM-遥感联合分析框架，解决稀疏数据建模难题

2. 管理应用：开发的水质监测平台（http://eo.csic.es/marine-observatory）实现5天更新周期

3. 生态预警：证实海岸泻湖对营养盐冲击的恢复周期>3年，为《Marine Pollution Bulletin》强调的"海岸带韧性管理"提供量化依据

研究同时指出，未来需重点关注浅海海草床（seagrass meadow）的遥感监测技术开发，这类"水下草原"的退化可能引发渔业资源崩溃等级联效应。该成果为全球6000多个海岸泻湖的可持续发展管理树立了技术标杆。