學術動態
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2020-10-14 作者:地理與海洋學院 來源:科學技術處

鄒欣慶教授團隊在人類活動影響下的邊緣海物質源-匯過程研究中取得重要進展

邊緣海作為陸源物質入海的重要""區,對於全球物質循環過程有重要調控意義。其中,河流影響下的陸架邊緣海由於陸源物質輸入豐富,沉積速率快,沉積環境穩定,且受人類活動影響劇烈,其物質"-"過程較為複雜。近年來,隨着流域工程建設強度不斷加劇(水庫建設、水土保持等),入海陸源物質組成和通量發生了明顯變化,改變了邊緣海的沉積動力環境影響了物質循環過程。在此背景下,邊緣海物質循環過程的響應機制,是長期受到關注的科學問題,也是重要的前沿科學問題。

我國東海屬於典型的受大河影響的陸架邊緣海,長江每年向其輸送大量顆粒有機質。巨量陸源物質入海後在長江河口-陸架區形成典型的泥質沉積體,為顆粒有機質提供了良好的埋藏場所。隨着流域工程活動不斷加劇,長江入海泥沙通量顯著減少,並導致長江河口-陸架區的底牀沉積物發生再分配,從而可能影響顆粒有機質的輸運和沉積過程。地理與海洋科學學院鄒欣慶教授團隊,圍繞這一問題,開展了全面深入的研究,取得了一系列新進展。近期,他們在國外重要學術刊物Geophysical Research Letters, Water Research, Journal of Geophysical Research: Oceans等發表多篇論文,論證流域工程影響下長江河口-陸架區沉積有機質的時空分佈變化及其響應機制

研究團隊以三峽水庫蓄水為時間節點,通過分析前人研究發現2006年長江河口-陸架區的沉積環境相較於水庫蓄水前並沒有發生明顯變化。研究團隊以長江河口-陸架區2006年和2018年兩期表層沉積物為研究對象,總有機碳及其穩定碳同位素(TOCδ13C),生物標誌物(正構烷烴(n-alkanes)、四醚膜脂(GDGTs)),人為源有機質多環芳烴(PAHs),典型環境污染物有機氯農藥(OCPs)以及沉積物粒度參數等為示蹤指標,探究了流域水庫建設背景下研究區沉積有機質來源、組成、空間分佈格局及沉積通量的變化特徵。研究結果發現,三峽水庫蓄水後長江河口-陸架區表層沉積物組成及空間分佈格局均發生明顯變化(圖1)。表層沉積物粒度粗化明顯,且表現出明顯的空間分異性,沉積物粒度由北向南逐漸細化(圖1a,e)。粘土組分含量在整個研究區均表現為顯著下降(圖1b,f),粉砂組分含量表現為北部河口區顯著降低,南部浙-閩沿岸泥質區有一定程度的升高(圖1c,g),砂質組分含量則表現為河口區顯著升高,浙閩沿岸泥質區有一定程度升高(圖1d,h)。在此背景下,表層沉積物中有機質的含量、空間分佈格局以及沉積通量等關鍵參數均發生了明顯變化。

- 1 三峽水庫蓄水前後長江河口-陸架區表層沉積物粒度及不同組分含量的空間分佈圖;a, e) 沉積物粒度;b, f) 粘土組分;c, g) 粉砂組分;d, h)砂質組分

沉積有機質的研究結果顯示,2018年研究區表層沉積物中TOCn-alkanes含量相較於2006年顯著降低(圖2),河口外陸架區和浙-閩沿岸泥質區的下降幅度最為明顯。C/N比值的結果顯示,陸源有機質的相對含量有所下降,尤其是在河口區的下降趨勢明顯,但δ13C的變化特徵並不一致。ALKter%C27C29C31 n-alkanen-alkanes總量的相對比例)的研究結果顯示,2018年長江河口-陸架區表層沉積物的ALKter%相較於2006年表現出明顯的下降趨勢。此外,2018年研究區表層沉積物的CPI25-33指數相較於2006年也表現出較為明顯的下降趨勢。由以上多個指標的研究結果發現,研究區表層沉積物中陸源有機質的相對比例呈下降趨勢,而流域工程建設導致的陸源顆粒有機質輸入通量減少可能是導致這一現象的關鍵影響因素之一。

- 2 長江河口-陸架區表層沉積物中n-alkanes含量,陸源比例及CPI25-33值的空間分佈格局

從空間分佈格局的變化特徵來看,沉積有機質的變化特徵與沉積物粒度具有很好的一致性,可以反映出沉積物輸運的影響。皮爾遜相關分析結果顯示,沉積有機質含量與沉積物粒度及細顆粒組分含量呈顯著正相關關係,説明研究區沉積有機質的含量和空間分佈格局受細顆粒沉積物的控制效應顯著。由此可見,入海泥沙通量減少導致的研究區沉積物再分配過程可能是影響沉積有機質空間分佈格局的另一個關鍵因素。另外,有機碳沉積通量的估算結果表明,2018年研究區的有機碳沉積通量相較於2006年減少了約48%(圖3)。海陸源貢獻率的計算結果表明,水庫蓄水以後研究區表層沉積物中陸源有機碳的比例有所下降(約下降6%),其中河口區的下降幅度較大。

- 3 三峽水庫蓄水前後長江河口-陸架區有機碳沉積通量的空間分佈圖

持久性有機污染物的研究結果發現,2018年研究區表層沉積物中的OCPsPAHs的含量組分和空間分佈格局相較於2006年也均發生了明顯變化。原本存在於河口水下三角洲的污染物堆積中心發生了南向遷移,與研究區的沉積物輸運方向一致。皮爾遜相關分析的結果表明,OCPsPAHs的含量均與沉積物粒度以及細顆粒組分含量呈顯著正相關關係。

這一系列研究討論了流域工程建設對長江河口-陸架區沉積環境和物質分配格局的影響,明確了研究區沉積有機質含量、組成、空間分佈格局以及沉積通量的變化特徵,探究了研究區沉積有機質"-"格局對流域變化的響應過程,為全球變化背景下的邊緣海系統狀態轉換提供了新證據,同時對全球其他受人類活動影響劇烈的陸架邊緣海碳循環研究具有一定的借鑑、參考意義。

三篇論文的第一作者均為地理與海洋科學學院2017博士研究生王成龍,鄒欣慶教授為論文的通訊作者。這些研究工作得到了江蘇省海洋科技創新專項,國家自然科學基金項目以及南京大學"雙一流"建設經費的資助。


相關論文鏈接:

//www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0043135419309996?via%3Dihub

//agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019JC015773

//agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/2020GL087357