渤海湾沉积物中氮来源的百年变迁

The Action Plan for the Comprehensive Management of the Bohai Sea has put forward higher requirements for the control of nitrogen pollution in the Bohai Bay, and the control of nitrogen pollution must first clarify the source of nitrogen. Although marine sediments can completely record and trace the load and source of nitrogen from human activities, such records are not accurately inversion of historical changes due to the lack of time scales and long-term mineralization by sediments. The project intends to establish the characteristics of high resolution nitrogen sources in the sediments of the Bohai Bay in the past 100 years. On the basis of sediment chronology, first the effect of nitrogen mineralization in sediments will be corrected. Then, through analyzing the nitrogen content and form characteristics in sediments, the key year for nitrogen changes in sediments will be found. Combined with the characteristics of nitrogen isotopes, the characteristics of nitrogen sources in sediments in the past 100 years were revealed, and the relationship between human activities and changes in nitrogen sources was established. The ultimate goal of the project is to clarify the changes of nitrogen sources under the influence of human activities and provide scientific basis for the treatment of nitrogen pollution in Bohai Bay.

《渤海综合治理攻坚战行动计划》对渤海湾氮污染的治理提出了更高的要求，而治理氮的污染首先要搞清楚氮的来源。尽管海洋沉积物可以完整的记录和追溯人为活动带来的氮的负荷和来源，但是这种记录由于缺乏时间标尺和受沉积物长时间矿化作用影响，通常只用来判断来源而没法精确反演历史变化。本项目拟建立近百年时间尺度内渤海湾沉积物中氮来源的变化特征，通过建立沉积物高精度年代学，采用沉积物矿化速率校正氮的赋存特征和同位素分馏效应，寻找到沉积物中氮素来源发生显著变化的几个关键年份，揭示百年时间尺度内渤海湾沉积物中氮素的来源变化特征，最终结合人类活动历史数据，建立起人为活动和氮来源变化的定量关系。项目特色是给渤海湾沉积物中氮的来源变化建立了精准的时间标尺，能够精确的反演历史人类活动对渤海湾氮污染的影响，以史为鉴，为渤海综合治理攻坚战中的氮污染治理提供历史佐证。

在自然状态下，氮在陆地和海洋间的循环相对较为稳定，但是在近百年时间内人类活动改变了氮素从陆地向海洋的来源和循环途径。渤海湾是一个半封闭海湾，其周围的环渤海湾经济带是中国北方经济增长极，因此其受到的人类活动干扰较为剧烈。本项目以渤海湾沉积物为研究对象，通过分析其沉积物中氮的含量形态以及稳定同位素特征等，研究了其氮的来源、变化特征以及影响因素等，主要取得以下研究成果：①解析了渤海湾近岸海域水体和沉积物中的氮的来源，认为渤海湾近岸海域尤其是北三河河口地区受到外源输入性氮的影响较为剧烈，但是这种影响主要集中在夏天的雨季，在其它季节内源释放是渤海湾水体中氮的一个持续补给源，除此之外在秋冬季节的大气沉降补给也不能忽视。② 校正了渤海湾沉积物的矿化作用对氮素含量和形态的影响。柱状沉积物矿化速率常数k随年代呈现出一个先显著降低（2020s-1980s）后缓慢增加(1980s-1965s)的“C”字型趋势。根据矿化速率常数k对沉积物中有机碳含量校正后发现，由于矿化作用而损失掉的有机碳占到初始有机碳总量的约30%。因此在利用海洋沉积物中有机氮信息反演历史环境变化时，要充分考虑矿化作用对解析信息的影响。③ 反演了百年尺度沉积物中氮来源变迁及对人类活动响应。渤海湾沉积物中的总氮含量在2000年的时候才出现了一个明显的增加趋势，这比沉积速率的增加拐点要滞后15年左右。根据研究区内沉积物的沉积速率以及假定的水环境容量目标值，计算得到所在海域近期（2025年）和远期（至2030），允许进入渤海湾中的TN的量分别为11364.48吨和11140.38吨，从水体中到沉积物中TN的去除量分别占到整个允许环境容量的59.19%和60.38%。依托本项目发表SCI论文3篇，EI论文1篇，授权专利4项，获得软件著作权2项，培养硕士研究生2名。