长江口沉积物-水界面不同性质有机质对低氧发展过程的贡献

Estuary hypoxia has been one of the serious aggravating ecological issues in the global continental shelf seas, It is of the great importance to explore the mechanism and process of the regional seasonal hypoxia development. Recent research improved that various biogeochemical processes during coastal hypoxia were reflected at the sediment-seawater interface, the organic matter oxic degradation, especially for the fresh particles produced in the estuary plume, was supposed to be the key factor to motivate the process of hypoxia, therefore it is an effective way to dynamically study the different organic resource character, variation and its contribution to the hypoxia development for the partical and sediment material with continuous instrumental observation, for meeting the mechanism of hypoxia process in the Changjiang Estuary, which was the bottleneck of the issue in most international and domestic research to the moment. Based on the historical documents and supported by the Ocean Public Welfare Scientific Research Project, SOA, PRC and other projects, this research will be concentrated on the Changjiang Estuary hypoxia area buoy and bottom platform data and sediment-water interface samples between June and September, assisting us to analyse the organic matter ingradients such as amino acids, chloropigment content and their proportion variation, combined with the resource study relating to the parameters such as organic carbon, nitrogen, stable carbon isotope, to study the organic matter ingradients character change during the hypoxia formation, and their contribution to the event. The results will be of the great significance to further understand the formation and development mechanism of the seasonal hypoxia events in the Changjiang Estuary.

近岸、河口区的低氧正在逐步发展为全球性的生态环境问题，探究区域季节性低氧的形成及其控制机理科学意义重大。已有研究表明，伴随着陆架边缘海低氧发展过程中的各种生物地球化学过程突出表现在沉积物-海水界面上，有机质尤其是河口锋面新鲜有机质在该处耗氧分解是季节性低氧形成的主要驱动因素，而结合连续观测动态研究颗粒物和沉积物中不同性质有机质变化及其对低氧发展的贡献，是深入了解河口低氧发展过程机理的有效手段，也恰是目前国内外相关工作开展的瓶颈所在。在前期长江口表层沉积物和水体颗粒物有机质活性研究基础上，本项目将结合长江口低氧多发区浮标和海底多参数监测平台6-9月连续观测，利用时间序列捕获器和颗粒物采样器等，研究低氧发展过程中沉积物-水界面降解性较高的活性有机物(氨基酸、绿素等)的时间序列变化，及其不同组分在长江口低氧形成和发展过程中的各自贡献差异，这对于深入揭示长江口季节性低氧形成及发展机理有重要意义。

陆架边缘海低氧发展过程中的各种生物地球化学过程突出表现在沉积物—海水界面上，有机质尤其是河口锋面新鲜有机质在该处耗氧分解是季节性低氧形成的主要驱动因素，而结合连续观测动态研究颗粒物和沉积物中不同性质有机质变化及其对低氧发展的贡献，是深入了解河口低氧发展过程机理的有效手段。项目通过对长江口海区季节性低氧事件历史资料分析，明确了低氧主要发生在夏季(7-9月)海水层化稳定的时期，其核心一般在31.5°N，123°E附近。通过浮标等连续观测，揭示了长江冲淡水扩展将向锋面输送营养盐，稳定层化下将促进初级生产，并造成营养盐的吸收。根据浮标观测结果，2013年水体稳定期间群落净生产力(NCP)约69 mmolO2 m-2 d-1，产生的生源颗粒将沉降至无光层，从而支持低氧的发展。同时利用长江冲淡水CDW、外陆架表层水OSW和外陆架深层水ODW三端元混合模型，计算了硅酸盐偏移保守混合的程度，并利用箱式模型估算了NCP为626 mg C m-2 d-1，佐证了浮标的观测结果。.为研究低氧区沉积物有机质性质变化，分析各单体氨基酸相关系数，利用主成分分析方法，提取第一主成分，作为降解指标DI。长江河道、杭州湾和长江口南部海区DI较低，基本在-1以下，可能主要为陆源有机质贡献。DI在北部近岸低氧区可达1以上，有机质性质较为新鲜。低氧区绿素含量较高，最高在M4-8站达7.71 μg g-1，主要来源于上层浮游植物旺发。夏季对研究区域不同层位水体进行呼吸速率培养，2m、5m、10m、20m呼吸速率结果分别为：-68.0、-121.3、-15.3、-38.7 mmolO2 m-3 d-1，上层水体群落呼吸速率高于下层。而2015年在低氧发展过程中(5-11月)沉积物-水界面通量的观测表明，而春秋季沉积物-水界面溶解氧通量均显著低于夏季，平均为7.24 mmolO2 m-2 d-1，与他人相关研究一致。.项目针对低氧发展过程机理，从河口上层到沉积物-水界面进行了系统创新研究。在长江口低氧区通过多参数生化浮标进行了高分辨率连续观测，同时在现场对水体和沉积物进行了呼吸速率培养和溶解氧微剖面观测。进而通过模型进行了群落净生产力、呼吸速率、溶解氧通量等关键参数估算。项目的实施，将为理解低氧发生发展机理，预测其发展趋势提供数据支持和理论创新，并为河口碳收支平衡的揭示提供更全面的科学依据。