污染導(dǎo)致夏威夷的本地藻類岌岌可危！

2023年6月17日，一篇名為《環(huán)境變化的多重驅(qū)動(dòng)因素對(duì)近岸地下水依賴生態(tài)系統(tǒng)中本地和入侵大型藻類的影響》的文章發(fā)表于《水資源研究》（Water Resource Research）。該研究將實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與陸海建模相結(jié)合，從而評(píng)估環(huán)境變化下本地和入侵大型藻類的生長(zhǎng)情況。通過評(píng)估，該研究發(fā)現(xiàn)氣候變化、城市發(fā)展和原生森林的喪失改變了海底地下水排放（Submarine groundwater discharge）。最終，在這些變化下，本地大型藻類的對(duì)環(huán)境的適宜性降低，而入侵大型藻類的對(duì)環(huán)境的適宜性增加。

海底地下水排放是是指通過陸架邊緣由海底進(jìn)入海水中的所有水流,是海岸帶地下水-海水相互作用中重要的水文過程,也是全球水循環(huán)的重要組成部分。這種水文過程主要是從來自陸地的淡水和咸水通過地下水通道流入海洋，在參與水循環(huán)的同時(shí)攜帶大量物質(zhì)入海。當(dāng)前，海底地下水排放中最大的環(huán)境問題是人為造成的污染。沿海地區(qū)的各種人類活動(dòng)，包括使用化肥、工業(yè)生產(chǎn)和廢水排放都向地下水排放了許多營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)（和其他污染物）。這些增加的養(yǎng)分從通過地下水注入海洋，導(dǎo)致許多沿海水域富營(yíng)養(yǎng)化。人為污染的問題在當(dāng)今得到了普遍的關(guān)注。然而，沿海富營(yíng)養(yǎng)化到底會(huì)引起什么作用？針對(duì)這個(gè)問題，人們尚未得到很好的理解。本文將著眼于海洋藻類群體，從而幫助我們深化海底地下水排放活動(dòng)的理解。

海底地下水排放示意圖 圖源：http://www.adearth.ac.cn/CN/10.11867/j.issn.1001-8166.2021.115

該文的調(diào)查地點(diǎn)選在在夏威夷地區(qū)。當(dāng)?shù)氐谋镜卦孱愇锓N石莼（Ulva lactuca，在夏威夷語(yǔ)中被稱為limu）棲息在當(dāng)?shù)氐暮Ｑ笊鷳B(tài)系統(tǒng)中。石莼作為傳統(tǒng)食物來源，在當(dāng)?shù)鼐哂泻芨叩慕?jīng)濟(jì)價(jià)值和文化價(jià)值，并且也通常被本地魚類食用。然而，入侵藻類物種海洋紅藻（Hypnea musciformis）則對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)很不友好，其極高的繁衍速度很容易搶占其他沿海物種的生存空間。據(jù)悉，海洋紅藻的大量繁殖導(dǎo)致毛伊島每年花費(fèi)2000萬美元去清理。

被沖上夏威夷灘頭的海洋紅藻 圖源：https://www.staradvertiser.com/

通過構(gòu)建復(fù)雜的計(jì)算模型，該文章評(píng)估了鹽度，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)對(duì)石莼和海洋紅藻的生長(zhǎng)和分布的綜合影響。研究結(jié)果表明，三種活動(dòng)，即氣候變化、城市發(fā)展和原始森林減少都會(huì)對(duì)兩種藻類的生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。

在氣候持續(xù)變化的背景下，該地區(qū)地下水補(bǔ)給量將減少37%。因此，較小的水力梯度最終將導(dǎo)致海底地下水排放數(shù)量的損失。含鹽海水可能會(huì)倒灌進(jìn)入地下含水層，這會(huì)使地下水的平均鹽度增加。在城市化持續(xù)的背景下，人們將從高含水層地區(qū)抽取更多地下水。與氣候變化的一樣，這也將導(dǎo)致海水倒灌，地下水鹽度增加。此外，城市的廢水排放將導(dǎo)致沿海岸線預(yù)測(cè)的氮濃度顯著增加，從而導(dǎo)致沿海水體更加富營(yíng)養(yǎng)化。在原始森林持續(xù)減少的背景下，由于高用水森林物種的入侵而增加蒸散率，地下水補(bǔ)給減少的情況會(huì)更加嚴(yán)重，這將進(jìn)一步導(dǎo)致附近水體鹽度增加。

文章最后發(fā)現(xiàn)，上述三種情況最終都會(huì)指向水體含鹽量提升，營(yíng)養(yǎng)化程度上升的結(jié)局。這樣的變化無一例外地對(duì)外來入侵物種海洋紅藻有利，而對(duì)本地物種石莼不利。毫無疑問，研究結(jié)果指向一個(gè)嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)，即人類活動(dòng)對(duì)地下水的影響將會(huì)產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，威脅區(qū)域內(nèi)的其他物種，并最終可能威脅整個(gè)生態(tài)。我們需要采取更多行動(dòng)了解地下水與海水的關(guān)系，并應(yīng)對(duì)人類污染對(duì)其造成的不利影響。

參考文獻(xiàn)：

1. https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2023WR034593

2. https://www.usgs.gov/centers/pcmsc/science/submarine-groundwater-discharge

3. https://eorhawaii.org/education/marine-invasive-species/hookweed/

編譯：林楷東

審核：Sara

編輯：Tommy