陆源生物硅在长江口硅生物地球化学循环中的作用研究

River-dominated ocean margins, especially in river estuaries, are the major sink for terrestrial material, which influences biogeochemical cycle significantly. Silicon in coastal areas plays an essential role in the local biogeochemical cycle processes, and results in long-term ecosystem effect. However, specific pathways and mechanisms governing the abundance, transport and fluxes of biogenic silica from different sources remain poorly understood in the huge river estuary area, but they are needed for better understanding of global scale biogeochemical cycles of silicon and other elements as well as the changing estuary environment. The project focuses on origins, transformation and accumulating rates of biogenic silica in the Changjiang River Estuary and its adjacent waters on the basis of in-situ analysis, chemical extraction techniques, stable carbon isotope associated with biogenic silica and cultural experiments. The biogenic silica transfer, sources, and its influence on the coastal silica cycling will be determined using budget approach. This study focuses on biogenic silica from different sources and geochemical behavior of river-dominated ocean margins, which will be highlighted by the contribution of terrestrial biogenic silica and its indication in the changing environment. Implementation of this project will help us to obtain a better understanding of the major processes of silica cycling, and enrich the knowledge of biogeochemical cycles of silicon in the typical estuary as well as the land-sea interaction.

大河影响下的河口系统是河流输入的陆源物质的主要储库，在陆架边缘海生物地球化学循环中占有重要的地位。河口硅生物地球化学过程作为区域物质循环的一个重要部分，在很大程度上受到河流的影响，但这方面的研究却极少。本课题拟以生物硅为中心，利用重液浮选、化学提取和稳定碳同位素等技术手段，着重分析长江口生物硅的来源与组合特征，区分陆地和海洋不同来源生物硅的贡献；并结合水动力条件、水化学参数、生物硅颗粒中稳定碳同位素与组成、溶解动力学实验以及底边界层过程，研究不同来源生物硅在长江口的迁移、转化规律及其对河口生物硅循环与收支的贡献。本项目的实施有助于深入了解典型河口硅循环的主要过程，揭示人类活动影响下河口环境的演变规律，丰富陆海相互作用的理论体系。

大河影响下的河口系统是河流输送的陆源物质的主要储库，在陆架边缘海生物地球化学循环中占有重要的地位。河口硅生物地球化学过程作为区域物质循环的一个重要部分，在很大程度上受到河流的影响，但这方面的研究却极少。为此，项目组申请立项了陆源生物硅在长江口硅生物地球化学循环中的作用研究，项目执行期为4年；共在长江口及其邻近海域完成了5个航次的综合调查（2018年1次、2019年2次和2020年2次），在长江江阴断面开展了连续1年的观测（2018-2019），并在极端水文条件下进行了逐日的样品采集工作（2020年丰水期，共49天），另在长江干、支流进行了2次综合观测（2018年和2021年）；上述采样工作获得了大量水样、沉积物样品，同时将相关研究拓展到了黄河和黄河口。相关研究以生物硅为中心，利用重液浮选、化学提取和稳定碳同位素等技术手段，构建了识别陆海不同来源生物硅的同位素方法，分析了长江口生物硅的来源与组合特征，量化了陆地和海洋不同来源生物硅的贡献；并结合水动力条件、水化学参数、生物硅颗粒中稳定碳同位素与组成、溶解动力学实验以及底边界层过程，研究了不同来源生物硅在河口的迁移、转化规律及其对河口硅循环与收支的贡献。执行期内共发表SCI学术论文12篇、EI学术论文2篇和中文综述2篇，正在审稿的SCI论文2篇，即将接收EI论文1篇，即将投稿SCI论文3篇，主要成果发表在Journal of Hydrology、Water Research、Environmental Pollution、Marine Chemistry、Regional Environmental Change、Continental Shelf Research和Acta Oceanologica Sinica等国内外知名期刊上；培养硕士4名，在读博士研究生2名，获邀参加学术会议3次，与科学出版社签署《长江口低氧区生物地球化学》图书出版协议（2022年完成稿件）。此外，基于营养盐比值指出应关注河流输送的氮磷比，削减流域氮肥的使用，并控制污水中氮的排放以减少河口赤潮发生的可能性，最大程度维护长江口环境安全；为此，在长江中游应提高化肥的利用率，下游则应该提高污水的处理能力。相关认识有助于了解典型河口硅循环的主要过程，揭示人类活动影响下河口环境演变的基本规律，丰富陆海相互作用的理论体系。