我所生态系统动力学重点实验室（MED）海洋生物地球化学研究团队以“Decoupling of high-resolution surface pH and DO reveals temporal algal bloom dynamics on the East China Sea”为题，在《Water Research》上发表了最新研究结果。该研究分析了海洋二所LORCE项目高空间分辨率生化要素的走航观测资料，发现长江口部分区域表层海水溶解氧和大气氧气基本平衡，而pH值显著高于周围海水pH，指出溶解氧和二氧化碳海-气交换速率的差异导致了浮游植物旺发后期溶解氧和pH的不耦合，基于此机制半定量估算了该浮游植物旺发事件的发生时间。该研究利用生化传感器观测方法，从海洋化学的视角阐释藻华动态过程，为认识富营养化河口的生态动力学过程、开展生态环境预警监测提供了新思路。论文第一作者为李德望副研究员，通讯作者为陈建芳研究员。
在近海，丰富的营养盐输入经常引起上层海洋浮游植物旺发，甚至导致赤潮、缺氧、酸化等一系列的生态问题。浮游植物旺发最直接证据是叶绿素a升高，而从生物地球化学的角度看，水体溶解氧和pH也是评判浮游植物旺发的重要指标，而且二者也是海洋业务化监测工作中的固定参数。藻类生长时的光合作用导致水体中溶解氧和pH升高（二氧化碳降低），且升高比例遵循一定的规律（以Redfield ratio为基础）。随着藻类生长的进程发展，该比例可能会发生变化，捕捉该变化并阐释导致该变化的原因，可以在一定程度上解析浮游植物旺发背后的信息。
本研究在长江口及邻近东海陆架海域开展了包括溶解氧和pH在内的高空间分辨率走航观测，使用SeaFET传感器和Aanderaa溶解氧传感器分别记录pH值和溶解氧。同时，通过CTD采水器获取离散水样，进行经典法和仪器测定结果的比对验证。
研究观测到了长江口表层海水pH和DO的耦合和不耦合现象（图1）。在长江口外观测到了高pH（8.36）和过饱和DO（171%）的表层海水，耦合结果表明发生了浮游植物旺发事件。回归分析表明该区域pH和DO之间存在显著相关性，回归斜率为0.0029，接近以Redfield为基础的计算比值，符合浮游植物生长活动导致的氧和二氧化碳相对变化。
图1长江口走航高分辨率溶解氧和pH等参数的关系
而在长江口北部的低盐度区域，表层海水pH值高达8.40，溶解氧饱和度约为123%，该区域二者的回归斜率为0.0088，远高于长江口外观测数据的回归结果。本研究推测浮游植物旺发导致了高pH，海-气界面氧气交换导致溶解氧逐渐回归平衡，相对而言二氧化碳的海-气交换速率较慢，因而pH不容易降低，平衡速率的差异导致了二者的脱耦。另外，基于溶解氧和pH的耦合和非耦合机制，利用端元混合模型等分析手段，半定量估算了藻类旺发的时间，模拟结果显示其可能较航次观测时间早6-10天。
本研究得到国家重点研发计划、海洋二所青年英才项目、海洋二所LORCE项目及国家自然科学基金等项目的资助。
论文引用：
Li, D.W., Wang B., Jin H.Y., Miao Y.Y., Sun Q.W., Lin H, Li H.L., Liu Q.Y., Zhou F, Chen J.F.* (2024). Decoupling of high-resolution surface pH and DO reveals temporal algal bloom dynamics on the East China Sea.
