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研究揭示陸源營(yíng)養(yǎng)鹽循環(huán)調(diào)控的影響機(jī)制

2026年03月12日 煙臺(tái)海岸帶研究所
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近海富營(yíng)養(yǎng)化根源在于陸源營(yíng)養(yǎng)鹽的過(guò)量輸入。近期,中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所研究團(tuán)隊(duì)采用多種方法,系統(tǒng)解析了入海河流中磷在沉積物—水界面的遷移機(jī)制與潮間帶地下水中營(yíng)養(yǎng)鹽的分布特征和轉(zhuǎn)化輸運(yùn)過(guò)程。

研究團(tuán)隊(duì)沿彌河流域自上游至下游共布設(shè)了19個(gè)采樣點(diǎn),于2024年11月采集了表層(0—10cm)沉積物樣品,并同步監(jiān)測(cè)上覆水化學(xué)特征,以揭示沉積物—水界面磷的遷移擴(kuò)散機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn),彌河流域沉積物中的磷含量具有明顯的縱向分異特征,自上游至下游呈現(xiàn)遞減模式。同時(shí),沉積物向上覆水釋放磷過(guò)程以有機(jī)磷為主要來(lái)源。

研究進(jìn)一步整合了全國(guó)2304個(gè)沉積物總磷(TP)含量數(shù)據(jù),并對(duì)14個(gè)小流域的磷擴(kuò)散通量進(jìn)行分析。結(jié)果顯示,西北地區(qū)沉積物總磷含量偏低,中西部及東北部與彌河流域相當(dāng);沉積物磷擴(kuò)散通量高值區(qū)主要集中于我國(guó)西南部及沿海,多數(shù)小流域表現(xiàn)出沉積物向上覆水釋放磷的趨勢(shì)。

當(dāng)富含營(yíng)養(yǎng)鹽的地下水抵達(dá)海岸帶,潮間帶獨(dú)特的沉積物垂向分層結(jié)構(gòu)則扮演了最終的“調(diào)控閥”。以往研究多將潮灘沉積物視為均質(zhì)體系,但實(shí)際普遍存在“表層細(xì)粒沉積物覆蓋于粗粒沉積層”的垂向分層結(jié)構(gòu)。這種分層如何影響地下水中營(yíng)養(yǎng)鹽的遷移、轉(zhuǎn)化與向海輸送通量,其機(jī)制尚不清晰。

研究團(tuán)隊(duì)選取典型沙灘與泥灘兩類潮間帶剖面,開展多深度地下水采樣,系統(tǒng)分析溶解態(tài)氮、磷、硅和碳的空間分布特征。

研究發(fā)現(xiàn),在沙灘地下水中,營(yíng)養(yǎng)鹽組成隨深度發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變:深層粗粒沉積物中以硝酸鹽為主,而通過(guò)反硝化等作用,其在向上遷移過(guò)程中發(fā)生衰減;至表層細(xì)粒沉積物中,則轉(zhuǎn)變?yōu)橐凿@態(tài)氮為主導(dǎo),這主要源于細(xì)粒層中有機(jī)質(zhì)的厭氧礦化。研究揭示,以上過(guò)程是水文動(dòng)力過(guò)程和生物地球化學(xué)反應(yīng)協(xié)同調(diào)控的結(jié)果。

研究還發(fā)現(xiàn),沙灘是地下水排放的熱點(diǎn)區(qū)域,其向海輸送的溶解態(tài)營(yíng)養(yǎng)鹽和碳通量比泥灘高出約兩個(gè)數(shù)量級(jí)。表層細(xì)粒沉積物的存在顯著增加了地下水輸送的溶解無(wú)機(jī)碳和銨態(tài)氮通量,可能加劇近海富營(yíng)養(yǎng)化與酸化風(fēng)險(xiǎn)。

這些結(jié)果表明,潮間帶沉積物的垂向分層結(jié)構(gòu)是調(diào)控地下水中營(yíng)養(yǎng)鹽與碳向海輸送組成和通量的關(guān)鍵因素,并提示通過(guò)調(diào)控沉積結(jié)構(gòu),有望增強(qiáng)潮灘對(duì)陸源營(yíng)養(yǎng)鹽的自然凈化功能。

上述系列研究為深入理解近海富營(yíng)養(yǎng)化的陸源驅(qū)動(dòng)機(jī)制提供了關(guān)鍵科學(xué)依據(jù)。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Journal of Hydrology上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院有關(guān)項(xiàng)目、山東省泰山學(xué)者計(jì)劃等的支持。

論文鏈接:12

潮間帶地下水氮循環(huán)示意圖

打印 責(zé)任編輯:梁春雨

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