人为压力正在重塑布尔卢斯泻湖（尼罗河三角洲）的生态系统：阿斯旺大坝建成后的硅藻证据

《Marine Policy》：Anthropogenic pressures reshaping the ecosystem of Burullus lagoon (Nile Delta): Diatom evidence of post-Aswan Dam perspective

尼罗河布卢鲁斯潟湖硅藻群空间分布及驱动机制研究，揭示阿斯旺高坝后人类活动与盐水入侵导致硅藻群落分化及生态退化。摘要：

　　

王雅娜|杨中鹏|王华为|朱婷|Said A. Shetaia|Alaa Salem|李欣欣|李茂田|陈静|陈中原

中国上海华东师范大学河口与海岸研究国家重点实验室

摘要

由于干旱气候条件下淡水输入量稀少，尼罗河三角洲极其脆弱。湖泊生态系统的状况因尼罗河提供的沉积物和水量极少而恶化，而自1964年阿斯旺高坝建成后，废水量增加更是雪上加霜。这种受环境限制的湖泊中的生态反应引起了全球的关注。本研究详细分析了Burullus湖泊中硅藻群落的空间分布，旨在探究其背后的驱动因素。我们采用了多种地球生物学方法分析了整个湖泊的沉积物-水样。硅藻的生态特征表现为两种不同的群落类型：I型群落主要分布在湖泊西部和两端，以纯淡水或海洋物种为主；II型群落则分布在湖泊东部，包含混合的咸淡水物种。虽然泥质沉积物中硅藻保存较好，但在湖泊两端记录到了更高的丰度和多样性。西部湖泊中的淡水物种与较高的人为排放量有关，这体现在优势种Stephanocyclus meneghinianus上，该物种与富含有机碳的栖息环境相关。水污染也排除了耐污染的淡水物种，如Navicula aegyptiaca。在湖泊中东北部至中部区域，以Podosira stelligera为代表的海洋-咸淡水群落占主导地位，这反映了通过水利工程引入了大量海水。我们的数据进一步表明，与中部湖泊中较低的硅藻丰度相比，较高的叶绿素a含量和总碱度表明藻类的大量繁殖是由其他浮游植物种群引起的。此外，富营养化导致Burullus湖泊中的硅藻群落以底栖和附生类型的羽状硅藻为主。建立硅藻群落变化与人为因素之间的定量关系为应对环境压力提供了对策。

引言

全球超过50%的人口居住在低洼的三角洲沿海地区，这是人类社会发展的资源丰富地带（Day等人，2021年）。作为对陆海相互作用高度敏感的生态区，三角洲海岸的生态地貌变化过程机制一直是国际组织（如Future Earth Coast，FEC）和相关社区（Beylich，2024年）关注的热点。FEC进一步强调，更好地理解动态变化的三角洲海岸不仅是实现可持续地球生态转型的前提，也是理论基础（https://www.futureearthcoasts.org/international-project-office/）。

全球三角洲的环境退化问题日益严重，尤其是在气候变暖和人类活动双重压力下（Chen等人，2021年）。位于干旱气候区的尼罗河三角洲对环境压力极为敏感，使其成为世界上最脆弱的生态栖息地之一（Day等人，2021年；Chen等人，2024年）。该三角洲连接着世界上最长的河流——尼罗河和地中海（图1a）。其优越的地理位置不仅孕育了古埃及文明，也推动了现代社会发展。然而，双重压力加上尼罗河三角洲人口快速增长，导致了一个典型的脆弱生态系统（Nicholls等人，2007年）。

尼罗河三角洲拥有四个大型湖泊：Manzala、Burullus、Edku和Mariut（东西走向，图1a），这些湖泊位于三角洲海岸的前沿，对气候-海洋相互作用和人类活动非常敏感（Chen等人，2021年）。其中，本研究关注的Burullus湖泊遭受了严重的生态退化（Oczkowski和Nixon，2010年）。该湖泊曾经是最大的湖泊之一，但由于过去几十年的开垦，其水域面积减少了42.8%（目前约为460平方公里，EI-Asmar等人，2013年）。湖泊水深在0.4至2.0米之间，通过密集的人工排水系统与尼罗河相连，并通过EI-Bughaz入口与地中海相通，从而引入海水（图1b）。湖泊内的盐度从西南向东北逐渐增加，导致不同区域的生物群落发展存在空间差异（El-Gamal，2017年）。

值得注意的是，大量污水直接从三角洲中部平原排放到湖泊中，而这里正是埃及重要的农业基地（Ali，2011年；Shetaia等人，2022年）。过去几十年，埃及的化肥使用量增加了六倍以上（联合国粮食及农业组织，FAO，2024年），其中超过95万费丹（约占三角洲总面积的74.3%）的农田向Burullus湖泊排放农业废水（4.1×10^6立方米/年），含有高浓度的氮（TN）、磷（TP）和重金属（Shetaia等人，2022年）。

Burullus湖泊的环境退化也受到1964年完成的阿斯旺高坝建设的严重影响。该大坝减少了95%以上流入三角洲的河流沉积物（Chen等人，2021年）。Gu等人（2013年）测量到Burullus湖泊的沉积速率极低（<1.0毫米/年）。此外，在干旱气候条件下，由于灌溉和/或蒸发作用，坝下很少有淡水能够到达海岸（Chen等人，2021年）。

尼罗河湖泊中的浮游植物具有从淡水到海洋水生栖息地的广泛生态范围，是食物来源，同时对环境变化非常敏感，因此被用作评估生态平衡的水生健康状况的可靠指标（Oczkowski和Nixon，2010年）。阿斯旺高坝建设后食物链的层级变化可能对人类社会产生了影响（Chen等人，2021年；El-Kassas和Gharib，2016年；Abd El Fatah等人，2022年）。由于大量污水进入湖泊，水生环境的退化极大地改变了浮游植物群落的发展，通过食物链导致了严重的人类健康问题（Shetaia等人，2025年）。硅藻作为浮游植物的关键组成部分，是探索环境变化的有效生物指标（Smol和Stoermer，2010年）。沉积物中保存的硅藻壳代表了曾经生活在上层水域的整个硅藻群落。因此，本研究从沉积物中收集的硅藻数据不仅可以用于探究生态系统演变，还可以评估大坝建成后人为因素引起的环境变化。通过指示性硅藻物种，可以评估湖泊的生态退化情况，特别是在人为影响下，从而为未来预测提供参考（例如，U?cinowicz等人，2007年；Carvalho do Amaral等人，2012年；Koutsodendris等人，2017年）。

基于以上原因，本研究选择Burullus湖泊作为例子，探讨硅藻分布的变化及其背后的机制，特别是提出一个科学假设：在淡水匮乏的尼罗河三角洲中，硅藻群落如何应对大坝建成后的湖泊水文条件。为此，我们使用了从湖泊沉积物中鉴定出的硅藻群落综合数据集以及文献中测量和记录的多种人为因素，以：1）探索人为改变的Burullus湖泊中硅藻群落的空间分布特征；2）说明诊断性硅藻群落与关键参数之间的关系；3）明确环境退化的驱动因素。这将有助于更好地理解淡水匮乏的尼罗河三角洲的水生环境退化，从而为海岸管理提供对策。

章节片段

水和沉积物采样

2018年和2020年，我们在Burullus湖泊进行了水和沉积物采样。采样点的选择基于水体的混合情况、流动循环、湖泊地形、与沿海排水系统和运河的连接以及与地中海的连通性（图1b）。

在水面下30厘米处，使用Kemmerer水采样器在21个站点采集了水样（图1b）。现场使用多参数手持仪测量了盐度和溶解氧（DO）（模型

颗粒大小

Burullus湖泊沉积物的平均颗粒大小在15至39微米之间（平均28微米）。分析结果显示，湖泊中的沙粒成分占22%，泥粒成分占73%（图2a，b）。总体而言，泥粒主要集中在排水系统附近，尤其是在湖泊的两端（图2b）。北部地区的泥粒含量高于南部地区。沙粒的分布与泥粒相反（图2a，b），显示出较粗的颗粒集中在

讨论

Burullus湖泊中硅藻群落的空间分布特征不仅与物理控制因素密切相关，也与人类活动对湖泊环境改变的影响有关，尤其是在淡水匮乏的情况下。我们的研究结果如下所示。

结论

自1964年阿斯旺高坝建设以来，人类活动产生的废水加剧了尼罗河三角洲Burullus湖泊的生态状况。这明显改变了硅藻群落的生态特征，表现为两种不同的群落类型：I型群落主要由西部和两端的纯淡水或海洋物种组成；II型群落则包含混合的咸淡水物种，主要分布在湖泊的中东部

CRediT作者贡献声明

王雅娜：撰写——初稿、可视化、验证、软件应用、方法论、调查、数据分析、数据管理、概念化。杨中鹏：撰写——审稿与编辑、数据分析、数据管理。王华为：撰写——审稿与编辑、可视化、方法论、数据分析、数据管理。朱婷：撰写——审稿与编辑、可视化、方法论、数据分析、数据管理。Said A. Shetaia：撰写——初稿、方法论、调查

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者还非常感谢埃及Kafrelsheikh大学在野外工作期间提供的后勤和科学支持。该项目得到了国家自然科学基金（项目编号：42106161）和上海河口与海岸研究国际联合实验室（项目编号：21230750600）的财政支持。