深圳湾人工生态岛缓解沿海缺氧的多指标评估

《Ecological Indicators》：Multi-indicator assessment of an artificial ecological island for mitigating coastal hypoxia in Shenzhen Bay, China

　　

沿海缺氧对海洋生态系统健康构成严重威胁。中国高度城市化的深圳湾长期经历低溶解氧（DO）条件。当地管理计划中已提出建设人工生态岛（AEI）方案，以改善水动力条件并减少淤积。研究人员采用水动力-生态耦合模型，对AEI对海湾关键区域缺氧的影响进行了多指标评估。模型结果表明，昼夜缺氧和周期性缺氧是持续低DO条件的主要驱动因素。AEI的建设及相关地形优化使原有潮滩永久淹没，并增强了与外部水域和沉积物的DO交换，从而在模拟条件下降低了昼夜缺氧和周期性缺氧的发生频率与严重程度。因此，AEI周围水道中DO浓度大于4 mg/L的水体比例超过90%，大沙河口外超过75%的区域年最低DO水平保持在3 mg/L以上。该方案还在2100年的高排放压力测试情景（SSP5–8.5）下进行了进一步评估。结果表明，AEI能够继续缓解模拟的昼夜缺氧，并相对于气候变化基线额外增加约0.51 mg/L的年平均DO。总体而言，多指标评估表明，在所检验的条件下，AEI可能为缓解深圳湾缺氧提供一种有前景的基于地形的选择，而该评估框架本身也为类似的城市化沿海系统提供了可转移的见解。在更广泛应用之前，还需要进一步的现场验证、生态权衡分析和替代措施比较。

论文解读：深圳湾人工生态岛缓解沿海缺氧的多指标评估

沿海缺氧是海洋生态系统面临的最严重威胁之一，可导致生物群落退化、水生生物死亡，甚至形成“死亡区”。深圳湾位于中国广东省，是高度城市化的半封闭河口湾，长期存在低溶解氧（DO）问题。尽管自2010年代以来陆源污染输入已得到控制，但内湾潮滩区域缺氧依然严重，沉积物耗氧（SOD）居高不下，泥沙淤积问题突出。当地管理计划提出建设人工生态岛（AEI）方案，旨在通过地形改造改善水动力并减少淤积。然而，该方案对缺氧的影响尚未系统评估。本研究针对这一问题，采用水动力-生态耦合模型，以多指标评估框架量化AEI的缓解效果，为类似城市化海湾提供借鉴。论文发表在《Ecological Indicators》。

研究人员基于Delft3D建模套件建立了深圳湾水动力-生态耦合模型。水动力模型涵盖整个深圳湾及邻近珠江口（PRE）和深圳河下游，以减小边界影响。生态模型模拟了浮游植物（绿藻和硅藻）、溶解氧、碳、氮、磷、硅等关键生物地球化学过程。模型以2016年为基线年，验证结果显示低氧条件下DO模拟的决定系数（R²）达到0.86，均方根误差（RMSE）为0.33 mg/L，表明模型适用于评估低氧变化。研究设计了多个情景：基线（Baseline）、实施AEI（AEI）、以及2100年SSP5-8.5高排放压力测试情景。SSP5-8.5假设高化石燃料使用和高排放，辐射强迫约8.5 W/m²。未来气候因子设置包括升温4.1°C、降水增加14.5%、太阳辐射增加7.9%和海平面上升0.5 m。评估指标包括缺氧频率、年最低DO、DO过程速率变化和水龄（water age）。统计上使用高斯混合模型（GMM）拟合每个半日潮周期最低DO的概率分布。此外，研究人员于2024年1-5月在大沙河口附近潮滩边缘布放浮游生物成像仪（PlanktonScope-Buoy PS-50B），监测中型浮游生物在低DO条件下的丰度。

3.1 深圳湾缺氧现象特征
模型模拟和观测表明，深圳湾的持续低DO主要由两类短期缺氧事件驱动。昼夜缺氧发生在大潮退潮期间，此时DO骤降至缺氧阈值（2 mg/L）以下，平均持续1.64小时，随后在涨潮时恢复。周期性缺氧发生在水动力较弱的小潮期间，DO较之大潮时平均降低约9.9%。这两类事件在雨季更严重，但全年均存在。潮滩附近多年平均SOD高达2.63×10⁴ mg/kg，说明沉积物中积累了大量营养盐并持续耗氧。野外观测显示，在半日潮最低退潮时，中型浮游生物如尾海鞘类、桡足