长江口海域胶体中有机碳、氮、磷生物地球化学的初步研究

In previous studies on biogeochemistry of dissolved biogenic elements (< 0.45 µm), the colloidal (1 kDa–0.45 µm) and the ‘truly dissolved’ molecules (< 1 kDa) were seldom differentiated mostly due to the technique restriction. The biogeochemical behaviors of colloids in the estuary of large rivers such as the Changjiang Estuary should have been quite complex and active, owing to the dominant influences of water mass circulation and the strong sediment deposition processes there. In this project, two ultrafiltration techniques (stirred ultrafiltration cell and cross-flow ultrafiltration system) are applied, and colloids are extensively extracted and collected from the water samples in the Changjiang freshwater end-member, in the Changjiang Estuary, and in the adjacent East China Sea. Biogenic elements of organic carbon, nitrogen, and phosphorus are to be measured in these colloidal substances to study the chemical compositions, the spatial and temporal variations, as well as their controlling factors. In particular, the biogeochemical responses of carbon, nitrogen, and phosphorus in colloids in the study areas, to the physical processes like the water mass circulation, tides, the fronts of salinity and turbidity, and the flocculation caused by initial mixing of fresh and salty waters, are to be emphasized. Furthermore, the partitioning, transportation, and transformation of carbon, nitrogen, and phosphorus among the three phases of colloids, truly dissolved molecules, and the suspended particulate matter are also to be studied. The outcomes of this project are believed to enrich and deepen our recognition on the biogeochemistry of the important biogenic elements in the Changjiang Estuary and other large river estuaries worldwide.

以往在长江口海域溶解态（< 0.45 µm）生源要素生物地球化学的研究中，受限于技术手段等因素，很少进一步区分胶体态（1 kDa–0.45 µm）和真溶解态（< 1 kDa）。在大河河口如长江口，基于复杂且强势的物理海洋学过程和泥沙动力沉降过程，该处胶体往往具有独特、复杂且活跃的生物地球化学行为，有必要区分开来。在本研究中，将采用两种超过滤技术，在长江淡水端元、长江口以及邻近东海系统采集胶体样品，研究主要生源要素碳、氮、磷在胶体中的化学组成、时空变化规律及受控因素，及其对环流、潮汐、盐度浊度锋面、最大浑浊带、以及盐淡水混合引发的絮凝等重要物理过程的响应。同时对比碳、氮、磷等生源要素在胶体态、真溶解态以及悬浮颗粒态之间分布变化的差异性及其在各态之间的分配转化规律。这项研究成果将进一步丰富和深化对长江口生源要素生物地球化学行为的认识，并为世界大河河口的相关研究提供借鉴。

全球陆海相互作用中，不同分子量/粒径的溶解有机物（DOM）组分有着不同的物理化学性质和生物地球化学行为。不同粒径DOM的生物地球化学行为主受到微生物作用和光化学过程等因素影响。此外，其他物理海洋学过程比如絮凝，也会影响河口输出陆源物质的粒径谱特征。已经有研究利用超过滤技术定量DOM（包括CDOM、FDOM、碳水化合物等）不同粒径组分的分布情况，为了解DOM相关性质和生物地球化学行为提出了新的研究思路。.2017-2020年，我们进行了每1-2月一次的长江淡水端元站点（徐六泾）的连续观测。此外，我们还对长江口及其邻近海域进行了6个航次不同季节观测，包括了枯洪水事件。在上述观测过程中，我们成功地将超过滤技术应用到以长江口为代表的河口海岸区域样品中。通过四年的研究，我们基本掌握了该区域各生源要素的粒径谱特征、胶体态生源要素的生物地球化学行为，以及它们的时空分布规律和受控因子。除此之外，我们还对黄河重要站点进行了连续观测。同时，对中国八条重要河流（长江、黄河、辽河、海河、淮河、钱塘江、闽江、珠江）重要站点进行了不同季节观测，帮助我们了解长江输出不同粒径陆源有机物与同时期黄河的协同性和差异性，以及与中国其它典型大河乃至世界范围内的各主要河流相比，各生源要素浓度、粒径谱、胶体比例等方面的特点。.海洋中生源要素的粒径谱在溶解态和悬浮颗粒态之间是连续变化的，并不会以0.2-1 μm进行严格区分。此外，海洋中的一些重要过程，例如盐淡水混合过程中的絮凝作用，势必涉及到悬浮颗粒态和溶解态之间粒径的协同变化。在研究长江口及其邻近海域胶体态生源要素生物地球化学行为的同时，我们还开展了该海域悬浮颗粒物粒径谱的研究，从中获得了许多重要发现。悬浮颗粒态生源要素粒径谱的研究极大地帮助我们更深入地了解长江口溶解态生源要素生物（包括胶体态和真溶解态）的生物地球化学行为及其时空变化规律。