叶绿素浓度到底如何变化？湖泊降低？沿海升高？全球海洋又降低？
How do chlorophyll concentrations really change? Lakes decrease? Coasts decrease? Decreased again in the global oceans?
2024年Nature上一项研究，基于从1900年代早期的分光光度法到现代的荧光测量法测量数据，分析了全球范围内的浮游植物叶绿素a浓度变化情况，全球浮游植物的数量在过去一个世纪中以每年约1%的速度下降。
另一项研究，以海洋颜色为研究对象，探究21世纪海洋颜色变化情况，全球52的海域海水变得更绿，浮游植物降低，也验证全球降低的观点。
近日，一项新的研究，通过对比湖泊和沿海叶绿素情况，发现他们竟然呈现相反的变化趋势，其中湖泊降低沿海海域升高，这又到底是怎么回事呢？
氮和磷是浮游植物生长的关键营养元素，自1980年以来，由于农业化肥使用、化石燃料燃烧、污水处理排放等原因，全球氮和磷的流动量增加了近40%，这种过量的营养盐输入导致水体富营养化，进而引发一系列生态问题，包括浮游植物暴发性增长、底层水体缺氧、鱼类和无脊椎动物死亡等。
浮游植物的生长不仅取决于营养盐供应，还受到气候变暖、土地利用变化、淡水输入、海洋环流等多种因素的调控。因此，浮游植物的生物量是一个关键指标，它直接反映了水体的营养状态和生态健康，并理解不同水体对全球变化的响应机制。
目前，通常用叶绿素a来测量浮游植物的数量，因为它直接反映藻类的光合作用能力。虽然，也有研究指出指出，在寡营养海域，叶绿素不是浮游植物生物量的可靠指标，但先不考虑这个问题。
湖泊和海域叶绿素浓度变化
研究团队整合了来自全球14个国家的350个长期监测点的数据，时间跨度为2000-2019年，最终的数据集包含了108,920个月度平均叶绿素a测量值，其中191个来自湖泊，159个来自沿海海域。
🚩通过季节性肯德尔斜率估计法（Seasonal Kendall Slope Estimator）分析了叶绿素a的变化趋势，研究结果显示，湖泊中叶绿素a的平均浓度为16.1 μg/L，而滨海湿地的平均浓度仅为5.3 μg/L，但变化趋势却呈现出明显的反差，68%的湖泊呈现下降趋势，而62%的沿海海域则呈现上升趋势。
具体而言，在研究的191个湖泊中，68%的湖泊叶绿素a浓度呈下降趋势，74%的湖泊下降幅度具有生态学意义，这一趋势表明，过去几十年间，全球许多湖泊的营养盐的管控如污水处理、农业径流控制等可能已初见成效。
而在在159个沿海水域监测点中，62%的站点叶绿素a浓度上升，72%的站点上升幅度具有生态学意义。但沿海水域的浮游植物增长受多种因素影响，并未完全遵循营养盐减少生物量下降的简单关系，许多地区的氮输入减少后，叶绿素a浓度反而上升，表明浮游植物的营养盐利用效率可能发生了变化。关于这个，可以看看这项研究，全球海洋碳、氮、磷的变化情况。
图：2000-2019年期间350个河口-海岸和湖治站点叶绿素a浓度的变化趋势
趋势幅度是利用季节性肯德尔斜率估计计算得出的。附图。根据季节性肯德尔检验，趋势绝对值超过0.01a-1的p值累积分布图。
湖泊和海域叶绿素浓度变化的原因
为何湖泊和沿海水域的响应不同？这可能跟湖泊和海洋的物理环境有关。湖泊相对封闭，营养盐输入易于控制，这些营养盐输入主要来源于流域内的农业、城市和工业排放，这些可以通过改进污水处理、减少化肥使用等措施，能够较直接地降低营养盐输入，从而减少浮游植物生物量。
而海洋环境复杂的多，沿海水域处于陆地与海洋的交界处，受多种自然和人为因素影响。全球约29%的人口居住在海岸线50公里范围内，人口密集，致污水排放、农业径流和城市化压力持续增加；同时，沿海水域受海水与淡水的混合，河流输入营养盐可能影响浮游植物的生长；此外，沿岸上升流可能带来额外的营养盐，而大尺度的大西洋经向翻转环流和太平洋年代际振荡等也会影响沿海海洋环境，这些复杂因素，导致沿海水域的浮游植物动态难以通过控制单一因素来影响它的变化。
叶绿素浓度变化研究数据局限性
最后，这项研究只是基于能收集到的有限数据，主要基于北美和西欧的湖泊和沿海水域数，其他地区的数据较少，可能无法完全反映全球趋势，另外，收集到的数据部分站点的时间序列长度和采样频率不一致，也可能会影响趋势分析的可靠性。
虽然研究指出了沿海可能受多种因素影响，但是没有明确区分不同驱动因素的贡献，同时，湖泊就确定是营养盐控制导致叶绿素浓度下降的？所以，还是可以进一步深化研究分析这些变化的机制。
不过，整体上，这项研究揭示了陆域湖泊和沿海生态系统对全球变化的差异化响应，也是定量的比较湖泊与沿海水域的叶绿素a趋势，提供了重要的数据支撑。
2000-2019年间叶绿素a的变化趋势
❓思考题：根据研究，全球湖泊和沿海水域的研究，2000-2019年间叶绿素a的变化趋势如何？
A. 湖泊和沿海水域均显著下降
B. 湖泊普遍下降，沿海水域普遍上升
C. 湖泊普遍上升，沿海水域普遍下降
D. 湖泊和沿海水域均无显著变化
参考答案：（点击查看）
B.
解析：研究显示，68%的湖泊叶绿素a浓度下降，而62%的沿海水域叶绿素a上升，这一差异反映了湖泊和沿海水域对营养盐管理的不同响应。
参考文献：J.E. Cloern,& A.D. Jassby, Chlorophyll trends are negative for lakes but positive for estuarine–coastal waters, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 122 (28) e2502289122, https://doi.org/10.1073/pnas.2502289122 (2025).