海洋酸化对潜在有害痕量元素在沉积物—海水界面迁移扩散及循环转化的影响研究

In the natural environment, the trace elements of the ocean are usually very low in content, but can significantly regulate the metabolism process of marine organism and the cycling of matter and energy, serving as the "vitamin" for the ocean. However, the trace metals in high content could turn to a kind of hazardous pollutant. As a new environmental stress, ocean acidification made the biogeochemical behavior of trace elements greater complexity and uncertainty. Nearshore sediment is an important sinking area for potentially harmful trace elements (e.g. Ag, Ge, Se, Sb, Sn, and Tl), and nearshore environment is also most vulnerable to ocean acidification. Consequently, systematic study about the release and sequestration of potentially harmful trace elements occurring in the sediment-seawater interface is of ultra-important to the marine ecological security and human sustainable development. This project is aimed at the response of trace elements in marine sediment to ocean acidification and the related ecological effects. We plan to focus on the dynamics of species and bioavailable of trace metals in sediment, pore water, and overlay water under different level of acidification, in order to obtain the sediment-seawater trace metals flux, explore the key controlling factors of acidification on trace metals, assess the variation trend of trace elements under different CO2 emissions scenarios, and provide scientific evidence for the new marine biogeochemical role of trace metals in the global change process.

海洋痕量元素能够调控生命代谢，参与物质循环，在自然浓度下是海洋健康运转的“维生素“，而在高浓度下却可成为有害污染物。海洋酸化作为新的环境胁迫因子，致使痕量元素的生物地球化学行为具备显著的复杂性和不确定性。深入研究酸化条件下潜在有害痕量元素在沉积物—海水界面的迁移扩散与平衡分配，事关海洋生态安全与人类永续发展。近海沉积物是潜在有害痕量元素（Ag, Ge, Se, Sb, Sn, Tl等）的重要汇区，同时近海水体也最易受到海洋酸化的重大危害。本项目拟针对近海痕量元素对海洋酸化的响应过程及其环境效应这一科学问题，聚焦不同酸化水平下沉积物、间隙水、上覆水中痕量元素赋存形态，生物活性等的动态变化，获取其在沉积物—海水界面间的交换过程，探讨酸化条件下控制痕量元素迁移转化的关键因素，评估未来不同CO2排放情景下海洋痕量元素的演变趋势，为研究全球变化所赋予痕量元素的全新海洋生物地球化学功能提供科学依据。

海洋痕量元素能够调控生命代谢，参与物质循环，在自然浓度下是海洋健康运转的“维生素“，而在高浓度下却可成为有害污染物。海洋酸化作为新的环境胁迫因子，致使痕量元素的生物地球化学行为具备显著的复杂性和不确定性。本项目首先利用模糊综合评价法系统探讨了近海海湾沉积物中主要痕量元素的污染状况，定量获得了海湾沉积物质量近百年来的历史演变过程。大亚湾海域的环境在过去近百年间经历了三个变化阶段：1980年代之前，沉积物质量处于一类等级，1980—2000年间，沉积物质量处于二类与三类，2000年以后，沉积物质量等级恢复到了一类水平。对沉积物污染水平贡献最高的元素为Cr和Cu。本项目还通过研究全球典型海区（大洋，近岸和珊瑚礁）近十几年来pH与Ω的长期变化，系统分析了上升流、生产力、陆源输入等因素对全球海洋酸化进程时空变异的协同影响。本项目重点关注了海洋酸化条件下“间隙水—上覆水”体系中痕量元素的迁移转化过程。通过室内模拟实验发现沉积物中的Fe和Mn在海洋酸化条件下将会不断释放，进入到间隙水中，然后释放进入上覆水。但Fe的迁移转化速率慢于Mn。结合酸化培养过程中活性态Fe和Mn的变化，可以看出，酸化培养使得间隙水中活性态Fe和Mn的含量降低，初步推断间隙水中的活性态金属被释放进入了上覆水。本项目还关注了酸化培养过程中，间隙水和上覆水中硫和磷的含量变化。对于硫而言，酸化培养使得其在间隙水中的活性态含量显著升高。初步判断，在酸化过程中，沉积物向间隙水显著地释放活性态P,并迅速地进入上覆水。在项目执行过程中，顺利完成了各年度进展，发表了3篇科研论文。