珠江陆源氮输入在南海北部产生的新碳汇和跨陆架深海储碳过程

Anthropogenic nutrients in the Pearl River have increased in the past few decades and their input into northern South China Sea will stimulate new primary production, take up atmospheric CO2, and enhance biological pump efficiency. The sunk organic carbon will elevate total carbon concentration in the bottom layer, forming higher carbon water mass. This increased carbon represents a new carbon sink. During autumn and winter,the northeastern monsoon wind prevails and pushes the Pearl River estuarine-influenced waters westward. We hypothesize that there is the continental shelf pump which transports higher carbon water mass across the Guangdong shelf into the deeper waters, which is the most effective in the east side of Hainan Island. This is a carbon sequestration mechanism along the Guangdong west coast. We propose 1) investigate the dynamics of nutrients in Pearl River estuarine and coastal waters, nutrient-stimulated carbon fixation rates; 2) to examine the processes of biological pump and export to the bottom layer; and 3) to study the cross-shelf transport processes of high carbon into deep waters of northern South China Sea. We will use coupled ocean circulation and ecosystem models to estimate the flux of Pearl River nutrients, flux of carbon through biological pump and C sequestration flux through the cross-shelf transport. The study is significant since carbon sequestration represents new carbon sink resulted from anthropogenic nutrients.

珠江陆源人为增加的大量营养盐经珠江河口输入南海北部近海，会极大地刺激光合作用，提高有机碳生产，吸收大气二氧化碳，促进生物泵效率，增加沉降的有机碳通量，提高底层无机与有机碳浓度（简称高碳水团）。秋冬季东北季风推动珠江水舌向粤西移动，并产生下沉流。同时，海水温度下降增加沿岸海水密度加强下沉流。我们假设高碳水通过陆架泵输送到了南海深层，主要下沉流通道在海南岛东侧，成为新储碳。本项目拟研究1）珠江陆源营养盐输入南海北部的通量及时空分布，对固碳的促进作用和过程；2）南海北部近海生物泵效率，形成底层低氧高碳水团的过程及调节机理；3）高碳水沿粤西近海跨陆架输运在南海深层的储碳过程。建立非结构网格有限体积（FVCOM）珠江口-南海北部海洋环流-生态模型对这些过程进行模拟研究；评估陆源营养盐输入通量，生物泵新碳汇通量和跨陆架输运的新储碳通量，为国家寻找新碳汇和新储碳通量提供科学证据。

大量陆源营养盐经珠江进入珠江口和南海北部近海，极大地刺激浮游植物的初级生产力，吸收大气二氧化碳，促进生物泵效率，增加沉降的有机碳。微生物分解利用这些有机碳的过程会消耗溶解氧，释放二氧化碳，形成高碳水团，后经南海北部陆架泵作用，进入南海深层，成为新碳汇。本项目围绕这一新碳汇形成和跨陆架深海储碳过程，在珠江口和南海北部开展了大量的海上调查。科学调查围绕三个关键科学问题展开：1）珠江陆源营养盐输入南海北部的通量及时空分布，对固碳的促进作用和过程；2）南海北部近海生物泵效率，形成底层低氧高碳水团的过程及调节机理；3）高碳水沿粤西近海跨陆架输运在南海深层的储碳过程。项目研究的主要发现如下：1）珠江年输入的无机氮(8.51×10^12 g)，可提供河口近海被浮游植物光合作用固碳5.11×10^12 克/年，这是新碳汇，是国家碳收支预算中尚未考虑的碳汇，相当于国家十三五计划中碳减排目标的10%左右；2）人为污水排放减低了珠江河水的有机碳氮比（11:1变为5.2:1），使珠江河口近海由碳源(0.07×10^12 克/年)变成碳汇(0.3×10^12 克/年)；3）悬浮颗粒物吸附无机磷珠江口作用被忽视了，但测量结果显示它可以贡献光合作用固碳4.15×10^11 克碳/年的碳汇；4）珠江口近海夏季高碳水在秋冬季受到东北季风的影响，沿粤西沿岸向海南岛方向运动，沿陆架斜坡下沉，实现了深海储碳；5）病毒在富营养水体中抑制了细菌生长和呼吸，而在寡营养水体中更多的促进了微食物环的营养循环作用；6）珠江河口生物泵的效率和藻华的发生具有明显季节变化；7）珠江口无机碳的时空分布不仅受混合作用影响，底部更高的无机碳还来自表层沉降有机物的分解。本项目为珠江口及南海北部碳通量提供了新的认识，也是我国海洋碳汇估算和全球碳循环收支平衡“丢失的碳汇”中的重要一环，对全球碳循环研究具有重要意义，对国家碳减排的碳收支预算意义重大。