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广州地化所在珠江河口氮循环研究中取得重要进展
发表日期: 2017-11-21
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  河口是陆地与海洋的主要联系通道。河流物质入海经过河口的过程中所发生的地球化学变化,特别是其中氮的转化过程,越来越受到学术界的广泛关注。然而,河口地区氮的地球化学行为极为复杂,除受到咸淡水物理混合作用、化学和生物过程控制以外,还与随时间变化的多种人为输入有关。作为我国第二大的河流控制型河口,目前对于珠江口是否存在显著的氮生物地球化学过程存在很大争议。一方面,氮的分布受到物理混合作用的强烈影响,水体滞留时间较短,似乎难以维持较强的氮循环程度。另一方面,河口浮游植物生长限制因素的变化表明氮的迁移转化速率要比磷更快。  

  近年来,中国科学院广州地球化学研究所韦刚健研究团队(稳定同位素地球化学学科组)叶丰博士及合作者运用海水中各种形态氮的同位素分析技术(溶解态硝酸盐的氮氧同位素、铵盐与颗粒氮的氮同位素),对珠江口及其邻近海域氮的生物地球化学过程开展了深入研究,取得如下主要认识:   

  1)硝酸盐氮氧同位素表明城市生活废水是珠江口陆源硝酸盐的重要来源,其相对贡献可达19%;河口内共同发生了强烈的浮游植物同化作用和硝化作用,其中河口东部硝化程度要比西部更高,这与东部海域更长的水体滞留时间和与之相关的生物过程有关。  

  2)颗粒氮、硝酸盐和铵盐的氮同位素比值揭示了珠江口洪季浮游植物对无机氮的同化吸收和颗粒氮的再矿化之间存在强烈的耦合;而在枯水季,沉积物-水界面的氮交换和颗粒物再悬浮很大程度上主导着河口不同形态氮的分布;另外,枯水季河口外极高的硝酸盐氧同位素比值揭示大气沉降是该区域硝酸盐的重要外源之一。   

  3)悬浮颗粒物的氮同位素的季节和年际变化主要受控于水文循环和由温度调控的生物过程(再矿化作用和浮游生物同化作用)。在洪水事件过后,陆源有机质与淡水浮游植物是珠江口与陆架海域颗粒有机质的主要来源,而海洋浮游植物是沿岸海域的主要来源,表明季节性洪水事件对珠江口颗粒有机质的影响集中在沿岸海域。   

  这些研究对于估算海洋氮的收支平衡和追踪河口生产力的氮来源有重要意义。    

  研究得到了国家重点研发计划(2016YFA0601204),国家自然科学基金(413250124130610241506095)和广州地化所135计划项目(Y234091001)的联合资助,相关研究成果已发表于本领域国际权威期刊Journal of Geophysical Research-OceansBiogeosciences上。 

    

  文章信息: 

  1)Ye, Feng; Guo, Wei; Shi, Zhen; Jia, Guodong; Wei, Gangjian. Seasonal dynamics of particulate organic matter and its response to flooding in the Pearl River Estuary, China, revealed by stable isotope (δ13C and δ15N) analyses. Journal of Geophysical Research-Oceans, 2017, 122: 6835-6856. 

  2)Ye, Feng; Jia, Guodong; Xie, Luhua; Wei, Gangjian; Xu, Jie. Isotope constraints on seasonal dynamics of dissolved and particulate N in the Pearl River Estuary, south China. Journal of Geophysical Research-Oceans, 2016, 121: 8689-8705. 

  3)Ye, Feng; Ni, Zhixin; Xie, Luhua; Wei, Gangjian; Jia, Guodong. Isotopic evidence for turnover of biological reactive nitrogen in the Pearl River Estuary, south China. Journal of Geophysical Research-Biogeosciences, 2015, 120: 661-672. 

 

1 珠江口东部与西部海域硝酸盐氮、氧同位素比值的关系图

 

2 稳定同位素揭示的珠江口不同季节颗粒有机质的来源和生物地球化学过程

 

 

(中国科学院边缘海地质重点实验室 & 所综合办公室 供稿)

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