乳山湾外近岸海域低氧现象与底边界层过程研究

The intensity and frequency of coastal hypoxia are increasing due to human alteration of coastal ecosystems and oceanographic conditions. Hypoxia in coastal area plays an important role in the material biogeochemical cycle, and result in long-term ecosystem effect and environment problem. The project is focused on temporal, spatial distribution and sediment flux of dissolved oxygen in the Rushan bay and its adjacent waters. It will analyze water column, sediment, and their impact to the coastal hypoxia by multi-methods e.g. in-situ analysis, chemical extraction techniques, and cultural experimental. The dynamics of iron, manganese and sulphur in sandy coastal sediment are examined to analyze their influence of bottom water hypoxia. This study focuses on sediment geochemistry of coastal hypoxia, which is expected to be the rarity example of marine biogeochemistry research.

人类活动强度的增加是导致近岸低氧现象形成的重要原因，低氧区在区域生物地球化学循环中起着重要的作用，同时可能产生长期的生态学效应及环境问题。本课题以乳山湾近海低溶解氧水域为研究对象，通过水体和沉积物采样，并结合室内实验等技术手段，着重分析乳山湾近海海域水体中溶解氧时空分布格局，分析底泥耗氧在低氧现象形成及维持中的作用，分析铁、锰、硫的化学行为，并估算其与有机质在底泥耗氧中的贡献率，进而阐述近岸低氧形成机制。本研究综合运用地球化学原理，着眼近岸低氧现象研究，将底泥耗氧纳入到近岸低氧区研究，强调原位观测和室内实验，开辟近岸低氧现象综合研究新途径。

人类活动强度的增加是导致近岸低氧现象形成的重要原因，低氧现象在区域生物地球化学循环中起着重要的作用，同时会产生长期的生态学效应及环境问题。本研究以乳山湾外低溶解氧水域为研究对象，通过水体和沉积物采样，并结合培养实验等技术手段，着重分析了乳山湾外海域水体中溶解氧时空分布格局，底泥耗氧在低氧现象形成及维持中的作用以及水体溶解氧的收支过程，进而阐述近岸低氧形成机制；同时研究了低氧环境对生源要素碳、氮和磷以及氧化还原敏感元素铁和锰等生物地球化学循环的影响以及其对低氧的反馈效应。根据项目任务书要求，项目共执行四个年度，进行了6次综合调查；同时，利用共享航次获得了长江口等海域的样品。已发表论文19篇(SCI 8篇)，培养硕博研究生5名、在站博士后1名。项目实际工作、人才培养和成果均优于预期计划。.研究表明，乳山湾外水体耗氧占总耗氧量的79%，底泥耗氧占21%；海-气交换输入的氧占总输入的74%，光合作用贡献占22%，水交换作用占4%。有机碳的分布受陆源输入、初级生产与潮汐的影响，50%的有机碳随潮流输送到外海，最终碳的埋藏量约占初级生产的13%。水体内部循环过程是初级生产所需溶解无机氮(DIN)和磷酸盐（DIP）的主要来源，其次是水交换作用，底界面扩散的贡献相对较小；水体DIN的移出主要通过沉积埋藏、向外海的输送和反硝化作用；水体DIP的支出主要是通过沉积埋藏和向外海的输送。乳山湾外悬浮颗粒物和沉积物中碎屑磷和铁结合态磷是磷的主要存在形态。DIP在底界面的交换通量和溶解氧水平显著相关；低DO加速了悬浮颗粒物和表层沉积物中的磷的再生循环。乳山湾外低氧区沉积物间隙水DIP主要来源于有机质的降解、铁氧化物的还原和自生磷的溶解；磷在沉积物中的埋藏速率和埋藏效率分别为16–33 μmol cm-2 yr-1和81–83 %。本研究以底边界层生物地球化学过程为切入点，系统研究了乳山湾外低溶解氧现象、相关生物地球化学过程及生态效应；项目成果可为养殖区域物质循环、低氧现象研究及环境保护与管理提供科学基础。