有毒的死亡区——氮的激增已将马尾藻变成了世界上最大的有害藻华
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本周拍摄的一张照片显示，马尾藻堆积在佛罗里达州棕榈滩县的海滩上。图片来源：Brian Lapointe 博士
FAU Harbour Branch 独特的历史基线（1983-2019）揭示了马尾藻成分的巨大变化。
几个世纪以来，中上层马尾藻（漂浮的棕色海藻）生长在北大西洋的低营养水域中，由鱼类和无脊椎动物的排泄物、上升流和固氮等天然营养来源提供支持。佛罗里达大西洋大学海港分校海洋研究所的研究人员和合作者使用 1980 年代独特的历史基线并将其与 2010 年以来收集的样本进行比较，发现马尾藻的化学和成分发生了巨大变化，将这种充满活力的生物体转变为有毒的“死者”区。”
他们的研究结果发表在 《自然通讯》上，表明来自自然和人为来源（包括污水）的氮可用性增加正在支持马尾藻的大量繁殖，并将关键的苗圃栖息地变成有害的藻类大量繁殖，对沿海生态系统、经济和人类健康造成灾难性影响。在全球范围内，有害藻类大量繁殖与养分污染增加有关。
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马尾藻是一种漂浮的棕色海藻，几个世纪以来一直在北大西洋的低营养水域中生长。科学家们发现马尾藻的化学和成分发生了巨大变化，将这种充满活力的生物体转变为有毒的“死区”。图片来源：Brian Lapointe 博士
该研究由 FAU Harbour Branch 牵头，与南佛罗里达大学、伍兹霍尔海洋研究所、南密西西比大学和佛罗里达州立大学合作，旨在更好地了解氮和磷供应对马尾藻的影响。研究人员使用了 1980 年代的碳 (C)、氮 (N) 和磷 (P) 以及摩尔 C:N:P 比率的基线组织数据集，并将它们与自 2010 年以来收集的最新样本进行了比较。
结果表明，从 1980 年代到 2010 年代，组织 N 的百分比显着增加（35%），而马尾藻组织中的磷百分比（42%）下降。元素组成在长期研究中显着变化，C:N:P 比率也是如此。值得注意的是，最大的变化是氮磷比 (N:P)，显着增加 (111%)。碳：磷比率（C：P）也同样增加（78％）。
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Brian Lapointe 博士，资深作者，马尾藻领域的主要专家和 FAU 港口分部的研究教授，于 2014 年从佛罗里达群岛小棕榈岛的马尾藻中出现。图片来源：Tanju Mishara
“我们研究的数据不仅支持磷限制生产力的主要作用，而且表明磷作为限制养分的作用正在因陆地径流、大气输入和可能的环境氮供应的相对大幅增加而得到加强。其他自然资源，如固氮，”高级作者、马尾藻研究的主要专家、FAU 港口分部的研究教授 Brian Lapointe 博士说。
在 1983 年至 1989 年以及最近的 2010 年至 2019 年期间，在北大西洋盆地的各种研究项目和航行期间，共收集了 488 个马尾藻组织样本，其中包括佛罗里达群岛下游的卢基礁近海季节性采样（1983 年和 1984 年） ) 和更广泛的地理抽样（1986 年和 1987 年）在佛罗里达群岛、墨西哥湾流（迈阿密、查尔斯顿和开普菲尔）和中美洲伯利兹近海。海洋站包括马尾藻海的北部、中部和南部。
受富氮陆地径流影响的沿海水域组织氮含量最高，而较低的C:N和C:P比率发生在冬季和春季河流流量高峰期。N:P 比率的总体范围为 4.7 至 99.2，其中佛罗里达湾西部的平均值最高（89.4），其次是墨西哥湾和加勒比海地区。在东加勒比的圣托马斯 (20.9) 和巴巴多斯 (13.0) 观察到最低的 N:P 比率。
由于氮氧化物 (NOx) 的人为排放，NOx 沉积率大约是前工业时代的五倍，这主要是由于能源生产和生物质燃烧。自 1980 年代以来，合成肥料氮的产量增加了 9 倍，而磷酸盐的产量增加了 3 倍，导致全球 N:P 比率增加。值得注意的是，自 1985 年以来，85% 的合成氮肥都是在 1983 年卢基开始马尾藻基线采样后不久生产的。
“在其广泛的分布中，新形成的大大西洋马尾藻带可以得到来自各种来源的氮和磷输入的支持，包括刚果河、亚马逊河和密西西比河的排放、非洲海岸的上升流、垂直混合、赤道上升流、撒哈拉沙漠尘埃造成的大气沉降，以及中部和南非植被的生物质燃烧，”Lapointe 说。
长期卫星数据、数值粒子追踪模型和实地测量表明，大大西洋马尾藻带自 2011 年以来每年都会出现一次，并从非洲西海岸延伸到墨西哥湾长达 8,850 公里，于 2018 年 7 月达到顶峰。
“考虑到大大西洋马尾藻带对非洲、加勒比海、墨西哥湾和南佛罗里达沿海社区的负面影响，迫切需要更多的研究来更好地为社会决策提供关于缓解和适应各种陆地，马尾藻开花的海洋和大气驱动因素，”Lapointe 说。
在较早的、不太严重的洪水中，从德克萨斯州海滩清除马尾藻的费用估计为每年 290 万美元，仅佛罗里达州的迈阿密-戴德县就估计最近每年的清除费用为 4500 万美元。2018 年加勒比海地区的清理工作耗资 1.2 亿美元，其中不包括旅游业损失带来的收入减少。马尾藻搁浅也会影响海洋生物，并在腐烂过程中引起呼吸问题和其他人类健康问题，例如粪便细菌增加。
“人类活动极大地改变了全球碳、氮和磷的循环，现在氮输入被认为是‘高风险’并且超过了安全的行星边界，”拉波恩特说。“根据科学研究，至少自 1950 年代以来，人口增长和土地利用变化增加了氮污染以及河口和沿海水域的退化。尽管一些沿海流域的氮负荷有所下降，但与历史值相比，许多河流的 N:P 比率仍然较高。大西洋盆地主要河流中 N:P 比率升高的趋势与我们现在在马尾藻中看到的 N:P 比率增加平行。”