珠江口水体酸化与缺氧的耦合机制

Ocean acidification and hypoxia in estuaries are ubiquitous environmental and ecological problems, which are often associated with each other closely. However, the coupling mechanism of these two problems is the difficulty of research. This project has selected the large subtropical estuary (the Pearl River estuary) characterized by acidification and hypoxia as a typical system to do a comprehensive study on coupling mechanism of these two phenomena. Based on historical data analysis, mapping survey, incubations and synthesis analysis to reveal the status and dynamics of acidification and hypoxia, the stoichiometry of biogenic elements, and the quantitative impacts of the biogeochemical processes on ocean acidification and hypoxia. Additionally, the response of ocean acidification and hypoxia to local environmental change and global change will also be predicted. The results of this project will provide scientific basis for the environmental protection and prediction of the responses to the local environmental change and global changes.

河口水体酸化和缺氧是目前普遍存在、备受关注的环境生态问题，且这两个问题经常是相伴发生的，然而这两个问题的耦合机制却是研究的难点。本课题选取具有水体酸化和缺氧，且具有良好研究基础的珠江口为典型研究区域，以历史数据分析-现场观测-受控实验-综合分析的研究思路，以河口混合、化学计量学、统计分析等技术手段，开展酸化和缺氧现状及动态变化规律、生源要素循环过程中各元素的化学计量关系、相关生物地球化学过程对酸化和缺氧的定量影响、人类活动对酸化/缺氧耦合机制的影响及其对全球变化和区域环境变化响应等研究，以期对区域环境保护和治理及其变化趋势预测提供科学依据。

珠江口是中国南方最大的河口， 21世纪初经历严重的环境污染，上游水体发生全年全水柱酸化缺氧；受富营养化影响，下游发生夏季底层水酸化缺氧。本项目围绕珠江口水体的酸化缺氧特征，通过生物地球化学规律和化学计量学，在上游全水柱缺氧区和下游夏季底层缺氧区开展水体酸化和缺氧的耦合机制研究。项目于2019年1月组织珠江口航次，2022年6月参加基金委南海西部共享航次的珠江口航段。通过2005年1月和2019年1月的大面调查数据及受控速率培养实验结果的比较研究发现，2019年1月珠江口上游的全水柱缺氧基本消失，pH值也略有升高；溶解无机碳（DIC）和总碱度（TA）大幅降低，机关硝化速率、有机碳氧化速率等也有变化，但是碳酸钙溶解量的降低是DIC和TA大幅降低的主要原因。在珠江口下游，夏季风场的变化影响底层水的缺氧和酸化状况及面积。此外，风场变化引起的底层水短期通风也影响底层水的C/O比值和pH/O比值，表明短期通风会增强底层水的酸化。虽然珠江口的缺氧酸化区面积不如东海缺氧区面积大，但是珠江口的酸化程度却跟东海一样。预测到本世纪中叶，珠江口底层水会出现文石不饱和现象，应给予高度重视。本项目培养硕士研究生3名；参加国际/区域学术交流2次；发表SCI文章4篇，核心期刊文章1篇，其中第一标注文章4篇，第二标注文章1篇；另有一篇第一标注的SCI文章已于2022年9月投稿到Journal of Geophysical Research；在国际SCI杂志Frontiers in Marine Science组织主题为“Acidification and Hypoxia in Marginal Seas”专辑1个。专辑2019年11月上线，2022年5月出版，收录文章35篇和社论1篇，得到高度关注，浏览量已超过12万次，文章下载量超过2万次。