厦门大学海洋与地球学院

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戴民汉院士课题组发表文章揭示大型亚热带河口-陆架系统中富营养化、缺氧与海洋酸化的相互作用
COE COE 2020/3/27 1126 返回上页

2020年1月,我院戴民汉院士课题组在《Limnology and Oceanography》期刊上发表了题为“Dynamics of inorganic carbon and pH in a large subtropical continental shelf system: Interaction between eutrophication, hypoxia and ocean acidification”的研究论文,揭示了富营养河口-珠江口底层缺氧与表层净群落生产的关系,同时评估了富营养化、缺氧以及河海水混合作用对近岸水体酸化的影响。实验室博士研究生赵秧秧为论文第一作者,戴民汉院士为论文通讯作者。

经河流输入到近海的人为营养盐刺激浮游植物的大量繁殖与生长,造成富营养化;由此产生的有机物经沉降、输运至次表层水体并被微生物降解矿化,从而不断消耗水体中的氧气; 夏季河口大量淡水的输入使得水体分层明显,次表层水体氧气得不到及时补充,极易形成底层大范围的低氧甚至缺氧环境。同时,生物新陈代谢过程和河-海水混合过程均会引起水体酸度变化。近海富营养化、缺氧和酸化是工业革命以来全球性的环境问题,对水生生态系统构成严重威胁。然而,目前对富营养化、缺氧和海洋酸化的相互作用及其机制的认识尚存不足,缺乏定量刻画。

受珠江径流和风生流的影响,珠江口及其邻近陆架水域在垂向上呈明显的双层结构。表层河水与海水混合形成大面积冲淡水;而底层在珠江口口门外的20至30米等深线区域存在严重缺氧。为定性、定量解析表层富营养化与底层缺氧的耦合关系以及两者与海洋酸化之间的相互作用过程,本研究于2017年夏季在珠江口-南海北部陆架近岸水域采集了表、中、底层海水样品,测定了溶解无机碳(DIC)及其碳稳定同位素(δ13CDIC)、pH、总碱度(TA)和溶解氧(DO)等参数。

基于珠江口-南海北部陆架夏季航次观测数据,课题组通过半分析诊断方法结合多端元混合模型和碳稳定同位素质量守恒,量化了表层富营养化产生的有机物对底层水体耗氧的贡献(图一)。研究结果表明,表层富营养化产生的海源有机物对底层氧气消耗的贡献为67±18%。进一步通过双层箱式模型估算得到,这部分支持底层耗氧海源有机物占表层富营养化净群落生产的有机物总量约为45±13%。

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图一 珠江口及其邻近陆架水域底层实测δ13CDIC×DIC和DIC相对于保守混合的偏离值(分别为D(δ13CDIC×DIC)和DDIC)。底层样品水深大于12 m。粉色方形标记为Su et al. (2017)报道的2014年夏季珠江口数据。黑色实线和红色虚线分别为基于2017年和2014年数据的线性回归曲线,其斜率指征耗氧有机物的δ13C值(来源:ASLO)

 

富营养化使表层pH升高、减缓海洋酸化,而缺氧使底层pH降低、加速海洋酸化。引入酸碱缓冲因子(βDIC),该研究定量解释了富营养化和缺氧对海水酸化的减缓(富营养化)或增强(缺氧)的放大效应(图二);但是与河流淡水输入相比,这两者对海水酸碱缓冲能力的影响较弱。

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图二 珠江口及其邻近陆架水域(a)ΔDIC vs. ΔDO、(b)ΔpHT,25 vs. ΔDIC、(c)ΔpHT,25 vs. ΔDO、(d)保守混合βDIC(βDICcons)vs. ΔDIC、(e)ΔβDIC vs. ΔDO和(f)βDICcons vs. ΔDO的关系。三角形和圆形标记分别代表陆架水域表层和底层样品,而灰色方形标记代表珠江口内伶仃洋样品。(a)图中蓝色、黑色和红色实现分别指示陆架水域表层、底层以及伶仃洋样品的ΔDIC相对于ΔDO的变化速率。(b)图中黑色和红色实线分别指示陆架水域底层和伶仃洋样品的ΔpHT,25相对于ΔDIC的变化速率;而蓝色虚线表示陆架水域表层样品的ΔpHT,25相对于ΔDIC的变化速率范围。图中均采用II型线性回归(来源:ASLO)

 

论文来源

Zhao, Y., J. Liu, K. Uthaipan, X. Song, Y. Xu, B. He, H. Liu, J. Gan and M. Dai, 2020. Dynamics of inorganic carbon and pH in a large subtropical continental shelf system: Interaction between eutrophication, hypoxia and ocean acidification. Limnol. Oceanogr. doi:10.1002/lno.11393.

 

原文链接

https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lno.11393




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