长江口邻近海域痕量元素沉积物-水界面迁移及对缺氧环境的响应

Due to the intensification of anthropogenic activities in recent years, seasonal hypoxic in the estuaries and coastal waters have caused abnormal changes of trace element exchange at sediment-water interface, thus affecting the normal running of aquatic ecosystem. This project is aimed at the research on the transfer mechanism of trace element (Cu, Pb, Zn, As, Se, Sb) at sediment-water interface and its response to hypoxia in the Changjiang estuary and its adjacent area. In this project, the spatio-temporal variations of trace elements in overlying waters-sediments-porewaters and their relationships with environmental parameters will be determined, coupled with trace element cycle under different redox conditions in laboratory incubation experiment, to ascertain the influence of hypoxic extent to transfer mechanisms and exchange fluxes of trace elements at sediment-water interface and to identify the contribution of exchange processes at sediment-water interface to trace elements in seawaters of the Changjiang estuary and its adjacent area under hypoxic condition. Besides, according to the comprehensive analysis, the response of transfer mechanisms and exchange fluxes of trace metals at sediment-water interface to hypoxia will be clarified. An attempt of this project is made to establish the scientific basis for reveal sediment environment change and predict environmental pollution.

近年来由于人类活动的加剧，河口和近岸季节性缺氧造成沉积物-水界面痕量元素交换的异常变化，从而影响到生态系统的正常运转。本项目聚焦长江口邻近海域痕量元素（Cu、Pb、Zn、As、Se、Sb）沉积物-水界面迁移及对缺氧环境的响应这一核心关键科学问题，通过系统研究上覆水-沉积物-间隙水中痕量元素的变异特征及与环境的耦合关系，结合不同氧化还原条件下痕量元素的循环模拟，探明缺氧程度对沉积物-水界面痕量元素迁移的控制机制和对交换通量的调控，辨析该特定条件下界面交换对长江口邻近海域痕量元素的贡献，阐明其对缺氧环境的响应，以期为揭示沉积环境变化及预测环境污染状况提供科学依据。

近年来由于人类活动的加剧，河口和近岸季节性缺氧造成沉积物-水界面痕量元素交换的异常变化，从而影响到生态系统的正常运转。本项目聚焦长江口邻近海域痕量元素沉积物-水界面迁移及对缺氧环境的响应这一核心关键科学问题，分别开展了长江口邻近海域不同季节痕量元素在上覆水、沉积物固相和间隙水中的地球化学特征研究，揭示了长江口邻近海域沉积物-水界面痕量元素的迁移机制；通过采用沉积物-间隙水浓度梯度估算法，量化了长江口邻近海域痕量元素的沉积物-水界面交换通量；通过综合分析沉积物痕量元素迁移机制和交换通量的季节和年际变化趋势，阐明了长江口邻近海域短时间和长时间尺度的低缺氧演变规律。研究发现长江口邻近海域沉积物间隙水和固相痕量元素的浓度和剖面存在显著的区域性和季节性变化。在区域上，缺氧站位间隙水痕量元素的浓度高于有氧站位，固相痕量元素呈相反趋势，这主要归因于春季金属硫化物的氧化释放和夏季铁锰氧化物的还原释放。在季节上，表层间隙水痕量元素浓度呈现由春季到夏季降低的趋势，这是由于夏季缺氧的形成和硫化物浓度的增加有利于痕量元素硫化物的形成和移除。固-液分配系数表明铁锰氧化物和硫化物的形成分别有利于氧化和还原条件下痕量元素的移除。综合间隙水和固相数据表明Cu、Zn、Co、As的动力学主要受铁、锰成岩作用控制，Cd受S循环影响，Pb受人为输入和底栖生物活动的干扰。痕量元素界面扩散通量对长江口邻近海域水体痕量元素具有重要贡献，仅低河流通量一个数量级。此外，夏季缺氧区痕量元素在间隙水剖面的峰值和Mo、U和V化学形态转变深度的上移表明夏季低缺氧的增加。夏季缺氧区深层的(Mo/U)auth比高于春季的，这也表明夏季低缺氧的加强。Zb7沉积柱氧化还原敏感元素在1978年后富集程度的增加以及2011年后的降低，在一定程度上反映了该区域自1978年后季节性低氧程度加重，2009年后又有所缓解的变化趋势。项目在研期间共发表学术论文10篇，其中SCI论文6篇，出版专著1部。