《中国科学院海洋研究所研究揭示长江口海域多因素驱动下的营养盐循环机制》

  • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
  • 编译者: liguiju
  • 发布时间:2024-08-05
  • 近日,中国科学院海洋研究所宋金明、袁华茂团队在揭示长江口海域多因素驱动下的营养盐循环机制方面取得新认识,研究成果发表于国际学术期刊Marine Pollution Bulletin。

    营养盐是海洋生态系统的物质基础,控制着海洋初级生产的水平与规模,对海洋生态系统的稳定至关重要。探讨多因素驱动下的营养盐空间异质性对明晰海洋生态系统的物质循环过程具有重要意义,特别是大河河口海域的营养盐循环受到自然和人为双重影响,展现了独特的分布格局和空间异质性,厘清该区域的营养盐循环过程和受控因素显得尤为重要。

    研究团队基于2020年8月对长江口海域的综合调查,阐明了NO3-N、PO4-P、SiO3-Si等3种营养盐的分布格局,解析了水文、化学、生物、地形等环境因素对营养盐循环的控制作用。结果表明,研究区域的NO3-N、PO4-P、SiO3-Si浓度总体呈近岸高于远岸,表层低于底层的特征。海流驱动着营养盐的分布格局,上层水体中长江冲淡水(CDW)、黄海沿岸流(YSCC)的输送提高了研究区域的营养盐水平,而上层水体和下层水体中台湾暖流(TWC)分别降低和升高了该区域营养盐水平。地形、天气等因素引起的沉积物再悬浮,导致部分站位底层水体营养盐的异常升高。三种营养盐的主控因素不尽相同,NO3-N受人类活动影响显著,受CDW、YSCC等近岸输送的影响最为强烈。PO4-P和SiO3-Si受人类因素影响相对较小,其中PO4-P与有机物分解作用关系最为密切;SiO3-Si也与有机物分解有一定的联系,但其生物利用性较PO4-P相对较弱。

    研究通过对长江口海域营养盐水平、水文环境、化学参数和生物因素等的深入分析,探明了长江口海域多因素驱动下的营养盐空间异质性、循环过程,及其与生态环境的相互作用关系,对揭示以长江口为代表的典型河口营养盐循环调控机制及其与生态环境的内在关系具有重要意义。

    论文第一作者为中国科学院海洋研究所博士研究生温丽联,通讯作者为宋金明研究员。研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金、崂山实验室等项目的支持。

    论文信息:

    Wen, L., Song, J., Dai, J., Li, X., Ma, J., Yuan, H., Duan, L., Wang, Q., 2024. Nutrient characteristics driven by multiple factors in large estuaries during summer: A case study of the Yangtze River Estuary. Marine Pollution Bulletin 201, 116241.

  • 原文来源:https://qdio.cas.cn/2019Ver/News/kyjz/202407/t20240727_7237197.html
相关报告
  • 《中国科学院海洋研究所研究揭示大洋生源物质对长江口邻近海域赤潮发生至关重要》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2021-11-21
    • 近日,中国科学院海洋研究所尹宝树课题组联合澳大利亚联邦工业组织海洋研究所海洋生态学专家Jim Greenwood以及中国科学院海洋所赤潮专家于仁成研究员,在大洋生源物质输入对长江口邻近海域赤潮影响研究方面取得新认识,研究成果以论文形式发表于国际学术期刊Journal of Geophysical Research-Biogeosciences。 长江口邻近海域赤潮频发,对生态环境、渔业资源等造成巨大的影响。因此,弄清该区域营养盐的来源对赤潮形成机理的认识具有重要科学意义和实用价值。长江径流、台湾暖流及黑潮是长江口邻近海域营养盐输入的重要来源,但它们的相对贡献及对赤潮形成的影响一直悬而未决,没有明确答案。此外,长江口邻近海域约60%的有害藻华由甲藻引起,但该海域甲藻赤潮的种群来源仍不清楚。这些重要科学问题严重阻碍了对该区赤潮发生机理的认识及准确预测预报。 该团队研究发现,舟山群岛以南和以北区域的赤潮受到不同来源营养盐控制:北区赤潮主要受陆源输入营养盐控制,南区主要受大洋输入营养盐控制;黑潮不仅为长江口邻近海域赤潮提供营养盐,还能为该海域甲藻赤潮提供种源;尽管台湾海峡的台湾暖流输入的营养盐对该海域赤潮的贡献很小,但其也可作为该海域甲藻赤潮的一个种源区。这些新发现不仅为长江口邻近海域赤潮营养盐的来源及预测预报提供了新思路,同时也为甲藻非局地孢囊的寻找提供了目标海域。 研究团队通过构建适用于我国东海海域的物理-生态耦合模式,研究发现夏季舟山群岛以北海域的赤潮主要由长江径流输入的营养盐控制,同时大洋次表层黑潮输入营养盐对其有重要调制作用,而台湾暖流输入的营养盐几乎无贡献。舟山群岛以南海域的赤潮主要由大洋次表层黑潮输入的营养盐控制,特别是其输入的磷酸盐对南部海域甲藻及叶绿素高值区具有决定性的贡献,长江径流及台湾暖流输入的营养盐贡献很小。同时,团队首次将伴随模式与物理-生态耦合模式有机结合,模拟研究发现,春季台湾海峡和台湾以东海域是长江口邻近海域甲藻赤潮的两个非局地种群源区,两个非局地源区初始细胞出现的时间显著影响长江口邻近海域甲藻的生物量及赤潮暴发范围。同时,长江口邻近海域的甲藻生物量随台湾海峡初始种群密度的减少显著减少,而台湾以东海域即使很小的甲藻初始种群密度也可能在长江口邻近海域引起大规模甲藻赤潮的暴发。 研究结果揭示了大洋生源物质对长江口邻近海域赤潮发生起至关重要的作用,提升了对长江口邻近海域赤潮暴发机制的认识,具有重要的科学意义。该耦合模式包含碳循环过程,在东海碳收支研究方面具有重要的应用价值。论文第一作者为中国科学院海洋所在站博士后许灵静,杨德周研究员、尹宝树研究员为共同通讯作者。研究得到了国家自然科学基金、中国科学院战略性先导科技专项等项目资助。    文章信息及链接如下: Xu, L., Yang, D*., Yu, R., Feng, X., Gao, G., Cui, X., Bai, T., Yin, B*. (2021). Nonlocal population sources triggering dinoflagellate blooms in the Changjiang Estuary and adjacent seas: A modeling study. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 126, e2021JG006424. https://doi.org/10.1029/2021JG006424. Xu, L., Yang, D*., Greenwood, J., Feng, X., Gao, G., Qi, J., Cui, X., Yin, B*. (2020). Riverine and Oceanic Nutrients Govern Different Algal Bloom Domain Near the Changjiang Estuary in Summer. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 125(10): e2020JG005727.
  • 《中国科学院海洋研究所研究发现长江口砷迁移的微生物地球化学新机制》

    • 来源专题:中国科学院文献情报系统—海洋科技情报网
    • 编译者:liguiju
    • 发布时间:2024-08-05
    • 近日,宋金明、袁华茂研究团队在揭示季节性氧化还原变化下长江口沉积物-水界面砷(As)迁移转化的微生物地球化学介导新机制上获得新进展,这对探明海洋重金属As的生态毒理效应评估具有重要的科学意义。相关成果发表于国际学术期刊Science of the Total Environment。  砷是一种有毒元素,其在沉积物-水界面(SWI)的迁移对于生态系统健康至关重要,是评估海洋溶解态As的累积是否达到潜在毒性水平的重要过程之一。目前关于季节性氧化还原变化对海洋沉积物-水界面As迁移转化的微生物和地球化学过程影响效应知之甚少。 该研究聚焦不同季节、不同底栖氧化还原条件下长江口SWI上As的迁移过程,获得了一些新发现。研究表明,As的释放与铁-硫氧化还原和微生物过程密切相关。在含氧层,As主要以As(V)形式存在,并与铁氧化物结合,导致溶解态As浓度较低。在As(V)还原层,微生物通过呼吸还原和细胞质还原两种途径将As(V)还原为As(III),As(III)随后重新吸附到新形成的晶体铁氧化物上,限制了As的释放。在Fe(III)还原层,增强的Fe(Ⅲ)还原促进了As的释放,沉积物中的As(V)主要通过Geobacter菌还原Fe(III)氧化物释放而到间隙水中的,随后携带arrA基因的微生物将释放的As(Ⅴ)还原为As(III)。在硫酸盐还原层,低As-高Fe-高SO42-导致As通过吸附到黄铁矿上而被去除。 研究还发现季节性的氧化还原条件、温度和有机物活性是导致长江口As迁移季节性和空间变化的主要因素。夏季微生物还原在控制As迁移中起主导作用,而秋冬季铁氧化还原反应成为主要控制因素。这种主导途径的转变归因于夏季温度升高和有机物活性增加。 该研究首次提出了沉积物-水界面Fe(Ⅲ)还原层中As的释放还原机制,揭示了不同季节长江口沉积物-水界面As迁移转化微生物地球化学主控过程的变化状况,为深入研究长江口沉积物-水界面As的季节性迁移提供了新的见解,为海洋环境保护和生态系统管理提供了重要科学依据。 论文第一作者为中国科学院海洋研究所段丽琴研究员,研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金等项目支持。    相关论文和链接:  Liqin Duan, Jinming Song, Yuting Zhang, Meiling Yin, Huamao Yuan, Xuegang Li, 2024. Unraveling seasonal shifts in microbial and geochemical mediated arsenic mobilization at the estuarine sediment-water interface under redox changes. Science of the Total Environment 912, 168939. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.168939