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2020-10-14 作者:地理与海洋学院 来源:科学技术处

邹欣庆教授团队在人类活动影响下的边缘海物质源-汇过程研究中取得重要进展

边缘海作为陆源物质入海的重要""区,对于全球物质循环过程有重要调控意义。其中,河流影响下的陆架边缘海由于陆源物质输入丰富,沉积速率快,沉积环境稳定,且受人类活动影响剧烈,其物质"-"过程较为复杂。近年来,随着流域工程建设强度不断加剧(水库建设、水土保持等),入海陆源物质组成和通量发生了明显变化,改变了边缘海的沉积动力环境影响了物质循环过程。在此背景下,边缘海物质循环过程的响应机制,是长期受到关注的科学问题,也是重要的前沿科学问题。

我国东海属于典型的受大河影响的陆架边缘海,长江每年向其输送大量颗粒有机质。巨量陆源物质入海后在长江河口-陆架区形成典型的泥质沉积体,为颗粒有机质提供了良好的埋藏场所。随着流域工程活动不断加剧,长江入海泥沙通量显著减少,并导致长江河口-陆架区的底床沉积物发生再分配,从而可能影响颗粒有机质的输运和沉积过程。地理与海洋科学学院邹欣庆教授团队,围绕这一问题,开展了全面深入的研究,取得了一系列新进展。近期,他们在国外重要学术刊物Geophysical Research Letters, Water Research, Journal of Geophysical Research: Oceans等发表多篇论文,论证流域工程影响下长江河口-陆架区沉积有机质的时空分布变化及其响应机制

研究团队以三峡水库蓄水为时间节点,通过分析前人研究发现2006年长江河口-陆架区的沉积环境相较于水库蓄水前并没有发生明显变化。研究团队以长江河口-陆架区2006年和2018年两期表层沉积物为研究对象,总有机碳及其稳定碳同位素(TOCδ13C),生物标志物(正构烷烃(n-alkanes)、四醚膜脂(GDGTs)),人为源有机质多环芳烃(PAHs),典型环境污染物有机氯农药(OCPs)以及沉积物粒度参数等为示踪指标,探究了流域水库建设背景下研究区沉积有机质来源、组成、空间分布格局及沉积通量的变化特征。研究结果发现,三峡水库蓄水后长江河口-陆架区表层沉积物组成及空间分布格局均发生明显变化(图1)。表层沉积物粒度粗化明显,且表现出明显的空间分异性,沉积物粒度由北向南逐渐细化(图1a,e)。粘土组分含量在整个研究区均表现为显著下降(图1b,f),粉砂组分含量表现为北部河口区显著降低,南部浙-闽沿岸泥质区有一定程度的升高(图1c,g),砂质组分含量则表现为河口区显著升高,浙闽沿岸泥质区有一定程度升高(图1d,h)。在此背景下,表层沉积物中有机质的含量、空间分布格局以及沉积通量等关键参数均发生了明显变化。

- 1 三峡水库蓄水前后长江河口-陆架区表层沉积物粒度及不同组分含量的空间分布图;a, e) 沉积物粒度;b, f) 粘土组分;c, g) 粉砂组分;d, h)砂质组分

沉积有机质的研究结果显示,2018年研究区表层沉积物中TOCn-alkanes含量相较于2006年显著降低(图2),河口外陆架区和浙-闽沿岸泥质区的下降幅度最为明显。C/N比值的结果显示,陆源有机质的相对含量有所下降,尤其是在河口区的下降趋势明显,但δ13C的变化特征并不一致。ALKter%C27C29C31 n-alkanen-alkanes总量的相对比例)的研究结果显示,2018年长江河口-陆架区表层沉积物的ALKter%相较于2006年表现出明显的下降趋势。此外,2018年研究区表层沉积物的CPI25-33指数相较于2006年也表现出较为明显的下降趋势。由以上多个指标的研究结果发现,研究区表层沉积物中陆源有机质的相对比例呈下降趋势,而流域工程建设导致的陆源颗粒有机质输入通量减少可能是导致这一现象的关键影响因素之一。

- 2 长江河口-陆架区表层沉积物中n-alkanes含量,陆源比例及CPI25-33值的空间分布格局

从空间分布格局的变化特征来看,沉积有机质的变化特征与沉积物粒度具有很好的一致性,可以反映出沉积物输运的影响。皮尔逊相关分析结果显示,沉积有机质含量与沉积物粒度及细颗粒组分含量呈显著正相关关系,说明研究区沉积有机质的含量和空间分布格局受细颗粒沉积物的控制效应显著。由此可见,入海泥沙通量减少导致的研究区沉积物再分配过程可能是影响沉积有机质空间分布格局的另一个关键因素。另外,有机碳沉积通量的估算结果表明,2018年研究区的有机碳沉积通量相较于2006年减少了约48%(图3)。海陆源贡献率的计算结果表明,水库蓄水以后研究区表层沉积物中陆源有机碳的比例有所下降(约下降6%),其中河口区的下降幅度较大。

- 3 三峡水库蓄水前后长江河口-陆架区有机碳沉积通量的空间分布图

持久性有机污染物的研究结果发现,2018年研究区表层沉积物中的OCPsPAHs的含量组分和空间分布格局相较于2006年也均发生了明显变化。原本存在于河口水下三角洲的污染物堆积中心发生了南向迁移,与研究区的沉积物输运方向一致。皮尔逊相关分析的结果表明,OCPsPAHs的含量均与沉积物粒度以及细颗粒组分含量呈显著正相关关系。

这一系列研究讨论了流域工程建设对长江河口-陆架区沉积环境和物质分配格局的影响,明确了研究区沉积有机质含量、组成、空间分布格局以及沉积通量的变化特征,探究了研究区沉积有机质"-"格局对流域变化的响应过程,为全球变化背景下的边缘海系统状态转换提供了新证据,同时对全球其他受人类活动影响剧烈的陆架边缘海碳循环研究具有一定的借鉴、参考意义。

三篇论文的第一作者均为地理与海洋科学学院2017博士研究生王成龙,邹欣庆教授为论文的通讯作者。这些研究工作得到了江苏省海洋科技创新专项,国家自然科学基金项目以及南京大学"双一流"建设经费的资助。


相关论文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135419309996?via%3Dihub

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019JC015773

https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2020GL087357