里加湾蓝藻群落演替的环境驱动机制：1976-2024年冬季磷储库的关键作用与盐度梯度调控

《Frontiers in Marine Science》：Diverging temporal trends and environmental drivers of dominant cyanobacteria in the Gulf of Riga, 1976–2024

本研究通过分析波罗的海里加湾近50年（1976-2024）的监测数据，揭示了固氮蓝藻水华动态与环境因子的非线性响应关系。研究发现冬季溶解无机磷（DIP）是调控水华强度的关键预测因子，其"遗留效应"可提前数月决定夏季生物量；而盐度梯度通过改变营养盐可利用性间接影响水华空间格局。研究创新性地采用位置尺度广义可加模型（GAM-LSS）解析环境变量对生物量均值与变异度的双重调控，为海湾生态系统精准管理提供科学依据。

　　

引言

蓝藻作为波罗的海生态系统的重要组成，其夏季水华对初级生产力具有显著贡献。研究聚焦里加湾1976-2024年监测数据，旨在解析营养盐浓度、盐度与河流径流如何调控水华组成与强度。尽管水华通常由水华束丝藻（Aphanizomenon flosaquae）和节球藻（Nodularia spumigena）共同形成，但前者生物量贡献更显著，为统计分析提供理想模型。

材料与方法

研究选取代表近岸至外海梯度的4个监测站点（165、101A、119、121），整合夏季浮游植物样本与理化参数数据。通过斯皮尔曼秩相关检验趋势显著性，并采用位置尺度广义可加模型（GAM-LSS）解析环境变量对蓝藻生物量均值与变异度的非线性影响。针对盐度梯度设置三个重叠区间（4.00-5.17 PSU、5.16-5.46 PSU、5.40-6.14 PSU）进行条件绘图分析。

结果

理化特征显示各站点间盐度与营养盐浓度存在显著空间异质性，而夏季温度分布均匀。长期趋势表明冬季DIP浓度与水温显著上升，夏季溶解无机氮（DIN）和盐度则呈下降趋势。水华束丝藻生物量在三个外海站点（101A、119、121）呈现显著增长，并存在3-5年周期波动；而节球藻生物量无显著变化。相关性分析揭示冬季DIP、夏季DIN和盐度与水华束丝藻生物量关联最强（r > 0.45）。GAM-LSS模型证实冬季DIP对生物量均值与变异度均具极显著影响（p < 0.001），夏季DIN次之（p < 0.01），模型整体解释度达69.5%。条件绘图进一步显示，冬季DIP与生物量的正相关关系仅在高盐区间（5.40-6.14 PSU）显著增强（R²=0.27），暗示盐度梯度通过改变磷限制强度调控水华格局。

讨论

水华束丝藻的长期增长与周期性波动印证了气候水文变异对营养盐循环的调制作用。节球藻对环境变化无响应可能源于其盐度适应广度与DIN:DIP比例不适宜。冬季DIP的"遗留效应"凸显磷储库对水华预测的重要性，而盐度则通过塑造空间异质性间接影响营养盐可利用性。道加瓦河径流虽无直接效应，但通过调节淡水资源输入持续影响海湾生境结构。

结论

研究明确冬季DIP是里加湾水华束丝藻水华的核心驱动因子，其效应受盐度梯度空间调制。该发现强调将营养盐动态与水文梯度耦合分析的必要性，为波罗的海区域差异化治理提供理论支撑。未来需加强环境因子交互作用机制研究以提升预测精度。