海底地下水排泄（SGD）的地球化学过程、物质输送及其对海洋的贡献和影响

The interaction of groundwater and seawater makes the subterranean estuary become a complicated biogeochemical reaction zone, only through understanding the biogeochemical process in the subterranean estuary can we accurately estimate the submarine groundwater discharge (SGD) and its associated with transported material flux to the coastal ocean. In order to fully understand and master the geochemical processes of the elements in the subterranean estuary, this project will choose four kinds of coasts (sandy coast, muddy coast, estuarine delta coast, mangrove coast) as research objects, and choose typical elements and ions (i.e., potassium, sodium, calcium, magnesium, chlorine, sulfate ion, bicarbonate ion, bromine, nitrogen, phosphorus, silicon, carbon, iron, manganese, barium, radium, radon-222, oxygen-18, deuterium) to analyze the geochemical behavior for each element, to analyze the transferring, transformation and circulation law and its associated with control factors for each element. Based on the above geochemistry analyses, the SGD flux and associated with transported material flux will be accurately quantified, and the impacts and contribution to the marine primary productivity, chemical equilibrium of the element and ecological balance at the coastal ocean will be further estimated.

地下水与海水在地下河口的相互作用，使得地下河口成为一个复杂的生物地球化学反应地带，只有查清地下河口的生物地球化学过程，才能对海底地下水排泄量及其物质输送量做出较准确的评价。本项目拟选择四种类型海岸（砂质海岸、淤泥质海岸、河口三角洲海岸、红树林海岸）作为研究对象，选择地下水中典型的元素或离子（钾、钠、钙、镁、氯、硫酸根离子、重碳酸根离子、溴、氮、磷、硅、碳、铁、锰、镭、氡-222、钡、氧-18、氘），用来分析元素的地球化学行为，分析元素的迁移、转化、循环规律及其控制因素，全面了解和掌握元素在地下河口的生物地球化学过程。在此基础上，用镭同位素示踪法和氡-222示踪法较准确地量化海底地下水排泄及其物质输送，并进一步评价海底地下水排泄和物质输送对海洋元素收支平衡、初级生产力、生态环境的贡献和影响。

海底地下水排泄的研究逐渐将研究焦点转向咸淡水混合带（地下河口）的生物地球化学过程，因为该过程决定了最终输入海洋的溶解物质形态及其物质通量。本项目选择福建沿海的砂质海岸、红树林海岸、淤泥质海岸和河口三角洲海岸分别开展了相关研究。在漳浦砂质海岸，重点研究了地下水常规离子从陆到海的水文地球化学演化、海岸带的水循环模式，发现溶滤作用、阳离子交换作用和混合作用在常规离子的海岸带水文地球化学演化过程中仍发挥着重要作用，水循环模式反映出在宽阔的潮间带上部存在潮汐泵引起的海水微循环区域，其向海一侧即是陆源地下淡水排泄带。在厦门湾红树林海岸，陆源地下淡水排泄甚微，薄膜扩散梯度技术(DGT)实现了原位、高分辨率、磷-铁同步孔隙水取样，浓度-深度剖面揭示出潮间带及潮下带表层沉积物在垂向上存在明显的氧化带和还原带，这两个带的孔隙水磷和铁的生物地球化学行为差异很大，红树的呼吸作用、底栖动物扰动、动植物残骸矿化是影响磷和铁浓度波动的重要因子。在厦门湾泥质海岸，DGT技术同样揭示出潮间带及潮下带表层沉积物在垂向上存在明显的氧化带和还原带，温度的季节变化对孔隙水铁异化还原速率、硫酸盐还原速率、Fe2+和S2-浓度分布有着重要影响，铁、硫异化还原之间存在明显的竞争抑制关系，同时铁与硫的耦合机制又影响和控制着孔隙水磷循环。在河口三角洲海岸，垂直于海岸线的数个监测孔组成的监测剖面，既可以监测到陆源地下淡水的排泄带，也可以监测到潮汐泵驱动的循环海水区域，同时可以研究咸淡水混合带（地下河口）非保守元素的地球化学行为，该监测孔剖面将对后期地下河口的地球化学过程研究发挥重要作用。无论在红树林海岸还是在淤泥质海岸，在较大的潮差作用下，潮汐泵引起的表层孔隙水对流作用所输送的磷通量较传统分子扩散磷通量要大得多，表明在大潮差的泥质海岸带，表层孔隙水的对流是影响海水内源磷多寡的一个重要途径，而以往却将其忽视。