近日，厦门大学海洋生物地球化学全国重点实验室、海洋与地球学院高光教授团队在浮游生态系统重构研究领域取得新进展，相关成果以“Responses of ecological stability in subtropical coastal phytoplankton communities to varying N:P ratios under present and future scenarios”为题，发表于Water Research.
该研究基于东山近海的中尺度围隔实验，探究了调控氮磷比输入对近海浮游植物群落的重构效果，发现气候变化会显著减弱浮游植物群落的韧性与恢复力，增加重构难度，从而明确了营养盐调控与气候变化减缓措施协同推进的重要性，为保障近海生态系统可持续性提供了关键科学依据。
人类活动导致大量氮素排入海洋，使得近海海域氮磷比严重失衡，部分海域氮磷比已从海洋生态系统经典的 Redfield 比值 16:1，升高至约40:1。氮磷比失衡不仅会改变浮游植物种群结构，还会加剧赤潮等有害藻华的爆发风险。与此同时，海洋酸化、暖化等气候变化现象，也被证实与藻华爆发趋势密切相关。在此背景下，一个亟待解决的科学与实践问题是：将氮磷比恢复至16:1能否有效重构浮游植物生态系统，助力其抗性、韧性、恢复力及生态服务功能的恢复？气候变化是否会影响这一重构效果？
针对上述问题，研究团队在中国东山湾的亚热带近海水域开展了为期32 天的中尺度围隔实验（2000 L），设置了对照组（N:P比16:1），当前情景组（NP比40:1）和未来情景组（N:P比40:1+暖化酸化），通过整合分析不同组别叶绿素 a（chl a） 含量、初级生产力、浮游生物群落结构、细菌丰度、摄食率及颗粒有机物化学计量特征的高频监测数据，验证了以下核心假说：未来升温（温度升高3℃）与酸化（pH降低0.4个单位）会放大浮游植物群落对氮磷比升高的响应强度，同时削弱其生态系统稳定性，进而增加生态修复的难度。
实验结果显示，N:P比输入升高（从16:1到40:1）导致浮游植物快速生长，形成藻华，硅藻成为优势类群，在未来气候变化情景下，这种趋势更加显著；降低N:P输入比（从40:1到16:1），进行浮游生态系统重构，5天后当前情景组的Chl a浓度、总初级生产和净初级生产均恢复到对照组水平，显示重构取得初步成功，但未来情景组的各项指标仍显著高于对照组，重构效果大打折扣。生态系统稳定性参数显示，未来情景组浮游植物群落的抵抗力、韧性及恢复力均弱于当前情景组，更难实现有效重构。
值得注意的是，重构第6-16天，当前情景组和未来情景组的Chl a、总初级生产和净初级生产随时间均呈现反弹上升趋势，暗示重构效果无法长期维持。这主要是由以下原因造成：1）高氮磷比条件下细菌丰度升高，强化了细菌介导的氮素再生过程，持续为浮游植物提供营养，成为生物量反弹的重要诱因；2）海水的季节性升温，提升了浮游植物获取无机氮、磷等营养物质的能力，同时加速细菌的再矿化作用，进而削弱了氮减排的实际效果；3）摄食率变化趋势与硅藻丰度高度相关，表明硅藻是浮游动物的主要摄食对象，而实验后期微微型浮游绿藻占比提升，其难以被浮游动物摄食，导致摄食率下降，进而削弱了对浮游植物的下行控制。
图1. 中尺度围隔重构实验设计及主要结果
该研究表明，近海浮游生态系统重构需充分考虑多因子协同效应以及浮游生物之间的相互作用机制，同时暗示输入海洋的氮通量可能存在临界点，一旦越过该临界点，仅依靠减少氮输入来实现生态系统重构的难度将大幅增加。相关成果为我国近海浮游生态系统的修复与治理提供了重要的实验数据支撑和理论参考。
该论文共同第一作者为厦门大学博士研究生陈基琛和熊永龙，通讯作者为高光教授，其他作者包括高坤山教授、王大志教授、薛惠洁教授、杨进宇副教授、中国科学院海洋研究所张武昌副研究员和山东大学张超副教授等。该研究得到厦门大学东山太古海洋观测与实验站的大力支持与赵文艳、曾祥兰工程师的技术协助，获得国家重点研发计划（2022YFC3105304）、“海洋十年”中国行动国际合作种子基金重点项目(GHZZ3702840002024020000020)、福建省科技计划项目(2022L3001）等的联合资助。
图2. 中尺度围隔重构实验现场
（厦门大学东山太古海洋观测与实验站）
Chen, J., Xiong, Y., Ge, J., Zhao, X., Feng, Y., Li, X., Song, C., Yang, X., Zhang, R., Yang T. J., Zhang, W., Sun, S., Zhang, C., Xue, H., Wang, D., Gao, K. & Gao, G*. (2026). Responses of ecological stability in subtropical coastal phytoplankton communities to varying N:P ratios under present and future scenarios. Water Research, 293, 125438.
https://doi.org/10.1016/j.watres.2026.125438
供稿 | 高光教授团队
编辑 | 朱佳 苏颖
排版 | 陈蕾
审核 | 肖武鹏 柳欣 曹知勉
