长江口外低氧区沉积物-孔隙水体系磷循环的关键过程研究

Coastal hypoxia is an increasingly recognized environmental issue of global concern. The intensity and frequency of coastal hypoxia are accelerating due to the eutrophication induced by enhanced anthropogenic activities. Hypoxia plays an important role in the marine biogeochemical cycling of biological elements, and could result in long-term ecosystem effects and environmental problems. This project will focus on hypoxia areas off the Changjiang Estuary, and concentrate on the biogeochemical processes of phosphorus (P) that influenced by hypoxia environment. In-situ analysis, chemical extraction techniques, sediment incubation, and reactive transport model will be employed in this project. The specific objectives of this study are as follows: to determine the influence of hypoxia on dynamics of P cycling (sedimentation, transformation, burial and regeneration) in the sediment-pore water systems; to quantify the contribution of benthic processes to the internal reactive P loading for the water column; to identify P transformation and budget in sediments under different oxygen conditions; to evaluate benthic P cycling in the hypoxia area and its environmental significance. This study focuses on the P cycling in hypoxia areas off the Changjiang Estuary via a series of in-situ and laboratory sediment incubations coupled with mathematical models, which will provide the basis on the study of regional biogeochemical processes in the estuarine hypoxia area and enrich the knowledge of the land-sea interaction. This study thus has great significance.

近岸低氧现象是全球性的生态环境问题，人类活动增强引起的富营养化是导致近岸水体低氧现象加剧的主要原因。低氧显著影响了磷的海洋生物地球化学循环过程，并诱发一系列的生态环境问题。本课题以长江口外低氧区为研究对象，以底界面沉积物中地球化学过程为切入点，基于沉积物中磷赋存形态分析，结合原位和室内培养实验，并耦合活性物质输运模型，聚焦低氧现象对大河口区域沉积物-孔隙水体系中磷的沉积、转化、埋藏和再循环等关键过程的影响，量化底界面过程对上层水体活性磷的收支贡献，揭示低氧控制磷循环的关键机制，进而阐述河口低氧现象对底界面磷再生循环的作用机制以及环境效应。本课题着眼长江口外低氧海域磷循环过程的研究，强调原位观测和实验模拟等多手段的结合，以期深入剖析河口磷循环的主要过程，丰富河口低氧区生物地球化学和陆海相互作用研究的理论体系；这便是本研究的科学意义之所在。

近岸低氧现象是全球性的生态环境问题，人类活动增强引起的富营养化是导致近岸水体低氧现象加剧的主要原因。低氧显著影响了磷的海洋生物地球化学循环过程，并诱发一系列的生态环境问题。低氧水域磷循环过程的研究具有特殊的意义和价值，特别是在大河口陆架区陆源营养盐输入持续增加以及营养盐结构急剧变化的当前尤为必要。本项目以长江口外低氧区为研究对象，基于沉积物中磷赋存形态分析，结合培养实验和数值模型，明确了沉积物-孔隙水体系中磷沉积、转化、埋藏和再循环的关键过程，量化了底界面过程对上层水体活性磷的收支贡献，揭示了低氧控制磷循环的关键机制及其环境效应。项目执行期为3年，根据任务书要求，在长江口外邻近海域开展了4个航次的综合调查，获得了大量第一手的样品和数据；同时将相关研究拓展到了黄河口、渤海中部、黄海冷水团和乳山湾近岸，旨在揭示人类活动影响与差异化的水文和沉积环境下磷循环过程的区域性差异与环境效应。执行期内共发表学术论文8篇，其中SCI论文4篇、EI论文2篇，待刊EI论文1篇，在审论文2篇，即将投稿SCI论文3篇；依托本项目协助培养硕士研究生4名，参加研究生授课1次，作学术报告3次；作为主要编著者参与科学出版社《长江口低氧区生物地球化学过程》图书的撰写。.本研究系统刻画了河口外低氧区磷的早期成岩过程，率先量化了磷的自生过程。研究发现在不同溶解氧条件下，磷的转换呈现出差异化的特征，其中低氧状态下沉积物-水界面的变化与理想的早期成岩模式最为接近；低氧的存在降低了磷的埋藏效率，加速了磷的自生成矿过程，加速了磷由活性组分向惰性组分的转变。河流输入、近海富营养化、初级生产和低氧等深刻影响着河口磷的循环模式。本课题着眼大型河口外低氧海域磷循环关键过程的研究，强调原位观测和实验模拟多手段的结合，相关认识有助于丰富河口低氧区生物地球化学和陆海相互作用研究的理论体系，为中国近海环境综合治理提供科学支撑。.