《Science of The Total Environment》：Environmental assessment of tide-driven spatiotemporal dynamics of fecal coliform as a microbial hazard along Canada's coasts
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粪大肠菌群（fecal coliforms, FC）作为病原微生物危害的指示物，是一种重要的环境污染物，对加拿大多样海岸线的沿海水质、公共卫生和贝类安全构成显著风险。潮汐动态是粪便指示细菌短期变异性的主要驱动因素，然而，在加拿大对比鲜明的海岸体系中，潮汐的定量
粪大肠菌群（fecal coliforms, FC）作为病原微生物危害的指示物，是一种重要的环境污染物，对加拿大多样海岸线的沿海水质、公共卫生和贝类安全构成显著风险。潮汐动态是粪便指示细菌短期变异性的主要驱动因素，然而，在加拿大对比鲜明的海岸体系中，潮汐的定量影响仍未得到充分表征。本研究利用超过10年的国家监测数据，量化潮汐和降雨对加拿大西（太平洋）和东（大西洋）海岸FC浓度的影响，填补了这一空白。研究人员应用了两种广义加性混合模型（Generalized Additive Mixed Models, GAMMs）。时间平均的扇区模型映射了潮汐和降雨的平均效应，而带有季节性平滑函数的动态GAMMs描述了年内和区域特定的变化。在西海岸，潮汐效应呈现季节性反转，夏季冲刷和稀释更明显，冬季近岸滞留增强。在东海岸，空间格局随地貌和潮差而变化。芬迪湾（Bay of Fundy）的潮汐盆地、河口、海湾、暴露海岸区域和半封闭内陆水域之间的差异与冲刷和FC滞留的对比有关。降雨经常改变这些潮汐关系，并在冲刷不良的系统中放大污染脉冲。这些发现提供了对海岸污染行为的见解，并支持开发考虑潮汐相位和季节性的预测风险评估框架和适应性管理策略，从而有助于在不断变化的气候条件下保护贝类捕捞和娱乐水域。
粪大肠菌群（fecal coliforms, FC）作为病原微生物危害的指示物，对沿海水质、公共卫生和贝类安全构成显著风险。加拿大海岸线超过240,000公里，潮汐类型多样（从芬迪湾的巨型潮汐到不列颠哥伦比亚省太平洋海岸的峡湾式群岛，再到乔治亚海峡的半封闭微潮系统），但潮汐对FC的定量影响尚未被充分表征。现有研究局限于特定站点，缺乏海岸尺度模型。为此，研究人员利用加拿大六个沿海省份约15,000个贝类采集点长达40余年（1980–2023年）的国家监测数据，采用广义加性混合模型（Generalized Additive Mixed Models, GAMMs）分析潮汐和降雨对FC浓度的时空影响。研究发表在《Science of The Total Environment》。
关键技术方法：研究使用加拿大贝类卫生计划（CSSP）监测数据，FC浓度以最可能数（Most Probable Number, MPN）/100mL报告。潮汐高度来自加拿大水文服务局（CHS），降雨量（5天累积）来自加拿大气象服务局（MSC）。数据预处理包括排除2011年前和2020年数据，东海岸限定夏季（第20–34周），西海岸分夏季和冬季（第20–34周和第45–51周及第2–13周）。采用时间平均GAMMs（Eq.1和Eq.2）和动态GAMMs（Eq.3和Eq.4），其中平滑函数为三次回归样条，随机效应包括扇区水平和站点水平截距。变量经标准化和log10转换。
研究结果：
3.1 West coast（西海岸）：通过时间平均GAMMs和动态GAMMs分析，西海岸9个重点区域（如乔治亚海峡的Courtenay、Baynes Sound，暴露太平洋海岸的Northern Pacific Rim等）显示潮汐效应呈现季节性反转。夏季主要在乔治亚海峡发现负的落潮系数（如Baynes Sound，β1= ?0.322，p<0.001），表明落潮时潮高降低伴随FC增加，体现稀释/冲刷作用；而在暴露太平洋海岸的Northern Pacific Rim，负的涨潮系数（β1= ?0.234，p=0.004）表明涨潮输入清洁水体。冬季乔治亚海峡则转为正的涨潮系数（如Courtenay涨潮β1=0.450，p=0.039；Nanoose Bay涨潮β1=0.704，p<0.001），指示滞留或再分布。动态GAMMs进一步揭示，部分区域的落潮效应在夏季低于零，冬季转为正值，证实季节转换。降雨调整后，夏季显著落潮扇区减少，部分区域（如Courtenay）冬季出现正降雨系数（β2=0.269，p=0.002），表明降雨在冬季增强污染。
3.2 East coast（东海岸）：东海岸9个重点区域（包括芬迪湾的Passamaquoddy Bay、Annapolis Basin，半封闭内陆海Bras d'Or Lake等）夏季分析显示，时间平均GAMMs中负潮汐系数占主导。Passamaquoddy Bay落潮系数β1= ?1.383（p<0.001），说明落潮时潮高降低伴随FC剧增（约24.2倍），体现强潮汐冲刷；Annapolis Basin落潮系数β1= ?0.226（p<0.001）类似。Bras d'Or Lake则显示正的涨潮系数（β1=0.177，p=0.009）和落潮系数（β1=1.063，p<0.001），对应FC随潮高增加而上升，反映滞留或再悬浮。动态GAMMs显示，Bras d'Or Lake两种潮相平滑函数在整个夏季均为正，而Outer Miramichi Bay多为负。降雨调整后，Inner Miramichi Estuary的正落潮系数不再显著，而Nepisiguit Bay的负涨潮系数仍保持。部分区域（如Nepisiguit Bay涨潮β2=0.319，p<0.001）出现正降雨系数，表明降雨输入放大污染。
总结讨论：
讨论指出，西海岸潮汐效应的季节性反转与夏季上升流增强稀释、冬季淡水输入和逆流促进滞留有关，暴露太平洋海岸的稳定负涨潮关联进一步支持海洋主导的冲刷。东海岸的潮汐效应差异源于地貌决定性：芬迪湾区域（如Passamaquoddy Bay）强潮导致高效冲刷，而半封闭内陆海（Bras d'Or Lake）和局部海湾（Grand Manan）因有限交换呈现滞留。降雨并非独立控制，而是与潮汐相互作用，在冲刷不良系统（如Courtenay冬季）放大污染脉冲；在东海岸，大部分区域降雨正系数出现在涨潮和落潮阶段（如Nepisiguit Bay），暴露海岸（Aspy Bay）则出现负降雨系数，可能与快速交换有关。研究局限包括缺乏土地利用和点源数据、东海岸仅夏季采样、时间-空间覆盖不均匀；GAMMs作为关联模型而非高分辨率预测模型，残留空间自相关提示需引入空间平滑或更高分辨率数据。管理启示强调应结合潮汐相位、降雨条件和局部地貌进行区域特异性监测，而非统一标准，以优化贝类捕捞和娱乐水域管理。
研究结论翻译：
在整个沿海环境中，潮汐对粪大肠菌群污染的影响遵循可推广的机制，具有全球适用性。潮汐稀释和冲刷通过引入清洁水或输送污染羽流减少FC，这一过程在暴露海岸占主导；而截留和滞留限制了半封闭海湾中的污染物，这些海湾具有区域环流或淡水流入。沉积物再悬浮进一步在软质底栖栖息地动员底栖微生物，作为重要的二次污染源。这些机制受到季节调节，夏季上升流增强稀释，冬季降雨和逆流促进滞留。地貌决定弹性：开放海岸有利于冲刷，而遮蔽的小潮系统易于在泥滩或群岛中滞留。准确表征这些动态需要结合时间平均和动态模型。在时空异质性数据集中，风暴等极端事件可能扭曲长期平均值并掩盖超出典型季节性趋势的短期污染脉冲。这项研究首次对加拿大沿海潮汐和季节性对FC污染的影响进行了大规模基于模型的评估。将长期监测数据与动态建模相结合，提供了关于潮汐动态、降雨和海岸形态相互作用如何塑造FC污染模式的机制见解。这些发现有助于基于过程的沿海水质理解，并可为在不断变化的气候条件下的适应性贝类管理和微生物风险预测框架提供信息。
