内部生态系统反馈加重了固氮蓝藻细菌藻华并使波罗的海管理复杂化

波罗的海的富营养化可能已潜在地增加了蓝藻细菌藻华发生的频率和规模。富营养化导致有机沉积物的增加,底层缺氧状况的加剧以及随后的系统内磷负荷的加重。此外,低氧水体积呈现与无机氮库负相关的关系,提示随低氧程度的增加,总氮的消除也会增加。系统内磷负荷加重和溶解的无机氮消除的增加将导致较低的氮磷比,而低的氮磷比是促进固氮蓝藻细菌藻华发生的主要原因之一。因为波罗的海开阔水域的蓝藻细菌藻华似乎被其内部作用所强有力地调控,因此,外部营养物质消减的影响与尺度相关。在较长的时间尺度上,外部磷负荷的减少可能会降低蓝藻细菌藻华的发生;然而,在较短时间尺度上,内部磷负荷可能会抵消外部磷负荷的降低。这些可诱导内部负荷(增加)、氮清除以及固氮蓝藻细菌占优势的耦合的过程,可被定性地描述为一种具有潜在自驱式的"恶性循环"。为了有效抑制蓝藻细菌藻华以及所有的富营养化征象,削减氮和磷外部负荷似乎是至关重要的。

为富营养化的芬兰湾寻找有效的保护战略:在海湾的长期状态情景高空间分辨率评估中联合应用一维和三维建模手段

为寻求芬兰湾(波罗的海)有效的保护战略,联合应用两个生态系统模型进行了试验。首先运行一维模型对整个波罗的海的7个主要盆地进行了参考和情景模拟,直到达到稳定状态。之后,将所获得的盆地无机氮(N)和磷(P),以及沉积易变磷(P)的分布,用于三维生态系模型5年模拟的初始化。结果表明,相对小的局部负荷量的减少("芬兰"情景)仅会显著地改善毗邻沿海水域的状态。即使模型运行期长达几十年,明显超出芬兰湾营养物质的滞留时间,情况也是如此。注入海湾的一个重要营养物负荷的显著减少("圣彼得堡"情景)将会减少整个芬兰湾及附近湾外的蓝藻细菌生物量。当前波兰营养物含量的减少会改善整个波罗的海本体的状况,并且会导致芬兰湾蓝藻细菌生物量的广泛减少。但是,要看到"波兰"情景中营养物含量减少导致的改善,需要几十年时间,而在"圣彼得堡"情景中对应的时间滞后间隔只有几年。我们的研究结果表明,波罗的海地区共同的水保护政策应该把最大的营养源作为它的主要目标,不论它们所处的地点和国家如何。

管理选择及对海洋生态系统的影响:评估波罗的海的未来

我们使用Nest决策支持系统中的耦合模型,评估海洋生态系统对通过各种管理选择引起的外来负荷变化的反应。模型涉及所有7个主要海盆和波罗的海的整个流域。在与赫尔辛基委员会的密切合作下,开发了一系列的未来情景,来了解改善废水处理和粪肥处理、无磷洗涤剂和较低强度的土地利用和家畜的可能作用。废水处理的改善和无磷洗涤剂在整个区域的使用,将明显地减少磷的负荷,并改善海洋环境,尤其是蓝藻细菌藻华的发生。但是,波罗的海仍是富营养的,而为了减少其它影响,必须实行大量减少氮的排放。在这些情景下只能通过强烈地改变土地利用方式来实现这一点。在最后的情景中,我们把所有农田的50%变成草地,实行高效率的废水处理和在洗涤剂中禁用磷。这将会大大地减少初级生产量和缺氧底层的扩大,增加富营养化最严重的海盆水的透明度,以及从根本上消灭蓝藻细菌藻华的大规模泛滥。