廣州地化所在珠江河口氮循環(huán)研究中取得重要進(jìn)展
河口是陸地與海洋的主要聯(lián)系通道。河流物質(zhì)入海經(jīng)過(guò)河口的過(guò)程中所發(fā)生的地球化學(xué)變化,特別是其中氮的轉(zhuǎn)化過(guò)程,越來(lái)越受到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。然而,河口地區(qū)氮的地球化學(xué)行為極為復(fù)雜,除受到咸淡水物理混合作用、化學(xué)和生物過(guò)程控制以外,還與隨時(shí)間變化的多種人為輸入有關(guān)。作為我國(guó)第二大的河流控制型河口,目前對(duì)于珠江口是否存在顯著的氮生物地球化學(xué)過(guò)程存在很大爭(zhēng)議。一方面,氮的分布受到物理混合作用的強(qiáng)烈影響,水體滯留時(shí)間較短,似乎難以維持較強(qiáng)的氮循環(huán)程度。另一方面,河口浮游植物生長(zhǎng)限制因素的變化表明氮的遷移轉(zhuǎn)化速率要比磷更快。
近年來(lái),中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所韋剛健研究團(tuán)隊(duì)(穩(wěn)定同位素地球化學(xué)學(xué)科組)葉豐博士及合作者運(yùn)用海水中各種形態(tài)氮的同位素分析技術(shù)(溶解態(tài)硝酸鹽的氮氧同位素、銨鹽與顆粒氮的氮同位素),對(duì)珠江口及其鄰近海域氮的生物地球化學(xué)過(guò)程開(kāi)展了深入研究,取得如下主要認(rèn)識(shí):
(1)硝酸鹽氮氧同位素表明城市生活廢水是珠江口陸源硝酸鹽的重要來(lái)源,其相對(duì)貢獻(xiàn)可達(dá)19%;河口內(nèi)共同發(fā)生了強(qiáng)烈的浮游植物同化作用和硝化作用,其中河口東部硝化程度要比西部更高,這與東部海域更長(zhǎng)的水體滯留時(shí)間和與之相關(guān)的生物過(guò)程有關(guān)。
(2)顆粒氮、硝酸鹽和銨鹽的氮同位素比值揭示了珠江口洪季浮游植物對(duì)無(wú)機(jī)氮的同化吸收和顆粒氮的再礦化之間存在強(qiáng)烈的耦合;而在枯水季,沉積物-水界面的氮交換和顆粒物再懸浮很大程度上主導(dǎo)著河口不同形態(tài)氮的分布;另外,枯水季河口外極高的硝酸鹽氧同位素比值揭示大氣沉降是該區(qū)域硝酸鹽的重要外源之一。
(3)懸浮顆粒物的氮同位素的季節(jié)和年際變化主要受控于水文循環(huán)和由溫度調(diào)控的生物過(guò)程(再礦化作用和浮游生物同化作用)。在洪水事件過(guò)后,陸源有機(jī)質(zhì)與淡水浮游植物是珠江口與陸架海域顆粒有機(jī)質(zhì)的主要來(lái)源,而海洋浮游植物是沿岸海域的主要來(lái)源,表明季節(jié)性洪水事件對(duì)珠江口顆粒有機(jī)質(zhì)的影響集中在沿岸海域。
這些研究對(duì)于估算海洋氮的收支平衡和追蹤河口生產(chǎn)力的氮來(lái)源有重要意義。
研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFA0601204),國(guó)家自然科學(xué)基金(41325012,41306102和41506095)和廣州地化所135計(jì)劃項(xiàng)目(Y234091001)的聯(lián)合資助,相關(guān)研究成果已發(fā)表于本領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威期刊Journal of Geophysical Research-Oceans和Biogeosciences上。
文章信息:
1)Ye, Feng; Guo, Wei; Shi, Zhen; Jia, Guodong; Wei, Gangjian. Seasonal dynamics of particulate organic matter and its response to flooding in the Pearl River Estuary, China, revealed by stable isotope (δ13C and δ15N) analyses. Journal of Geophysical Research-Oceans, 2017, 122: 6835-6856.
2)Ye, Feng; Jia, Guodong; Xie, Luhua; Wei, Gangjian; Xu, Jie. Isotope constraints on seasonal dynamics of dissolved and particulate N in the Pearl River Estuary, south China. Journal of Geophysical Research-Oceans, 2016, 121: 8689-8705.
3)Ye, Feng; Ni, Zhixin; Xie, Luhua; Wei, Gangjian; Jia, Guodong. Isotopic evidence for turnover of biological reactive nitrogen in the Pearl River Estuary, south China. Journal of Geophysical Research-Biogeosciences, 2015, 120: 661-672.

圖1 珠江口東部與西部海域硝酸鹽氮、氧同位素比值的關(guān)系圖

圖2 穩(wěn)定同位素揭示的珠江口不同季節(jié)顆粒有機(jī)質(zhì)的來(lái)源和生物地球化學(xué)過(guò)程
(中國(guó)科學(xué)院邊緣海地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 & 所綜合辦公室 供稿)

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