长江口-东海内陆架沉积有机碳的再矿化作用研究

River dominated ocean margins (RiOMars) are the major depocenter of organic carbon and play an important role in global biogeochemical cycle of carbon. Effective remineralization of sedimentary organic carbon (SOC) occurs in these systems instead of efficient preservation due to frequent physical reworking of sediments in the upper layer. However, the processes and controlling mechanisms of SOC remineralization remain poorly constrained, which hinder the deep understanding of the regional carbon cycle. In this project, dissolved inorganic carbon (DIC), dissolved organic carbon (DOC) and their stable carbon isotopes, redox-sensitive elements, and major ions in pore-water of time-series incubated sediments, as well as the specific surface area (SSA) and the abundance, community composition and key functional genes of microorganisms in sediments collected from the Changjiang Estuary and East China Sea inner-shelf, especially the mud areas, will be analyzed to better constrain the rates, processes, and mechanisms of SOC remineralization and its impacts on SOC preservation and authigenic mineral formation in this region. Implementation of this project will help to reveal the unique role of SOC remineralization in biogeochemical cycles of elements in RiOMars, and enrich and deepen the knowledge of marginal seas as carbon sinks.

大河影响下的陆架边缘海是有机碳的主要沉积区，在全球碳的生物地球化学循环中发挥着重要作用。受频繁的物理改造作用等影响，该区沉积的有机碳并没有得到很好的保存，而是发生了显著的再矿化分解，但是对其具体过程和机制了解还很少，制约了对区域碳循环过程的深入认识。本项目以长江口-东海内陆架，特别是泥质沉积区为主要研究对象，通过对沉积物进行厌氧培养实验，分析间隙水中溶解无机碳、溶解有机碳及其稳定同位素、氧化还原敏感元素、常量离子等参数，并结合沉积物比表面积、微生物丰度与群落组成和关键功能基因分析等，阐明长江口-东海内陆架泥质区沉积有机碳的再矿化速率、过程和机制及其对有机碳保存和自生矿物形成的影响。通过以上研究，揭示泥质沉积物中的有机碳再矿化在大河影响下的陆架边缘海元素循环中的独特作用，丰富和深化对边缘海碳汇的认识。

大河影响下的陆架边缘海是有机碳的主要沉积区，在全球碳循环过程中发挥着重要作用。本项目以长江口-东海内陆架，特别是泥质沉积区为主要研究对象，通过沉积物培养实验和间隙水溶质分析，结合微生物群落组成、沉积物理化参数和区域动力条件等，重点研究了沉积有机碳再矿化速率、过程和机制及其对有机碳保存和自生矿物形成的影响，获得的主要结果如下：.（1）通过分析沉积物间隙水中溶解无机碳、溶解无机氮、氧化还原敏感元素和常量离子等参数，并结合间隙水化学计量模型，深入分析了长江口沉积物中的早期成岩作用和沉积物-水界面的溶质交换过程，发现季节性的侵蚀和再沉积以及夏季的低氧事件对长江口的早期成岩过程和自生矿物的形成具有重要影响。.（2）通过现场沉积物培养实验获得了长江口、浙闽沿岸和南黄海等泥质区有机碳的再矿化速率和耗氧通量，建立了包含再矿化过程在内的有机碳收支模型，估算了不同区域有机碳埋藏通量，从定量角度揭示了沉积环境对有机碳保存的影响，并初步探讨了沉积有机碳再矿化分解过程中不同形态碳的转化；研究了长江口及其邻近海域铁结合态有机碳的迁移转化过程及对有机碳保存的影响，发现在长江口移动泥中铁结合态有机碳比例较低，且选择性地与陆源有机碳结合。.（3）采用荧光定量PCR和高通量测序方法对总原核微生物和氨氧化微生物的丰度和群落组成进行了分析，比较了长江口-闽浙沿岸不同深度沉积物中的群落结构差异，揭示了与微生物群落变化相关的环境影响因素，发现长江口不同沉积环境站位的氧化还原状态具有显著差异，塑造了不同的微生物群落结构，而这些微生物介导的氧化还原过程决定了沉积物中有机碳的分解过程，影响了间隙水中溶质的分布。.本研究阐明了长江口-东海内陆架泥质区沉积有机碳的再矿化作用及其影响因素和控制机制，揭示了泥质沉积物中的有机碳再矿化在大河影响下的陆架边缘海生源要素循环中的独特作用，深化了对边缘海碳汇的认识。