近日，廈門大學海洋與地球學院、近海海洋環境科學國家重點實驗室王桂芝教授課題組與合作者以“Submarine groundwater discharge in Dongshan Bay, China: a master regulator of nutrients in spring and potential national significance of small bays” 為題，在海洋學國際期刊Frontiers in Marine Science上發表學術論文。該研究揭示了海底地下水排放主控東山灣營養鹽的輸入、分布以及浮游植物生長的現象，對富營養化小型海灣環境管理措施的制定和中國沿岸SGD的營養鹽總通量的準確評估具有重要意義。

研究背景

海底地下水排放（Submarine groundwater discharge，SGD）指陸架邊緣海底各類水體受不同驅動力驅動而向近岸海域的排放。由于地下水中的營養鹽濃度普遍高于近岸海水，因此SGD是近岸海域重要的營養鹽來源，也是造成近岸海域富營養化的重要推手之一。中國沿岸90%的海灣面積不足500 km²，對于這些小型海灣的SGD調查相對匱乏，SGD對小型海灣系統的營養鹽含量、分布以及生物地球化學循環的影響也尚未明確。

研究結果

研究團隊以長半衰期鐳同位素（²²⁶Ra和²²⁸Ra）作為SGD示蹤劑，基于大面觀測和定點時間序列觀測數據建立質量平衡模型，估算出東山灣全灣平均與定點站位的SGD通量及營養鹽排放通量。結果顯示，2020年5月，東山灣全灣平均的SGD通量為（7.47±3.40）×10⁶ m³ d^-1，相當于漳江當月徑流量的9倍左右。SGD向東山灣輸入的營養鹽凈通量分別為溶解無機氮（DIN）：（7.06±0.82）×10⁵ mol d^-1，活性磷酸鹽（SRP）：（2.05±0.34）×10⁴ mol d^-1，溶解硅酸鹽（DSi）：（1.12±0.34）×10⁶ mol d^-1。SGD輸入的營養鹽通量比河流輸入和大氣沉降分別高出一至兩個數量級，表明SGD是東山灣最主要的營養鹽來源。

圖1. SGD、河水以及大氣沉降向東山灣輸入的營養鹽通量

研究還發現東山灣內²²⁸Ra活度和DIN、SRP以及DSi的濃度之間的正相關關系在迄今為止已報道的近岸系統中最為顯著（除表層水中的SRP外，p<0.01，R²>0.90），表明SGD對東山灣營養鹽分布的驅動較其它近岸系統更為強烈；灣內²²⁸Ra活度和葉綠素（Chl. a）濃度之間也存在顯著的正相關關系（p<0.05，R²>0.40），據此推測SGD可通過控制營養鹽的輸入和分布調節東山灣浮游植物的生物量；在灣中心的定點站位，²²⁸Ra活度的最高值和Chl. a濃度的最高值同時出現，再次確證了SGD對灣內浮游植物生物量的調控作用。顯而易見，SGD營養鹽的輸入決定了東山灣的潛在富營養化條件。

圖2. 東山灣春季 ²²⁸Ra和DIN、SRP、DSi以及Chl. a之間的關系。（A-D）表層水；（E-H）底層水

基于海灣面積、海岸線長度、沉積物粒度等特征，研究團隊采用k-means聚類分析，將中國沿岸的海灣分為三類：大型海灣（>2000 km²）、中型海灣（500-2000 km²）和小型海灣（<500 km²）。同時結合已有文獻，對中國沿岸SGD輸入的營養鹽總通量以及其中小型海灣的占比進行了評估。研究結果顯示，小型海灣對整個中國沿岸SGD營養鹽通量的貢獻超過50%，因此，加強小型海灣的調查對于提高大空間尺度SGD營養鹽通量估計的準確性至關重要。

圖3. 中國沿岸大型、中型以及小型海灣的SGD輸入的營養鹽通量匯總

研究團隊及資助

該論文的第一作者為廈門大學海洋與地球學院2020級碩士研究生孫亞飛，通訊作者為王桂芝教授和中國地質科學院水文地質環境地質研究所張媛靜副研究員。論文的共同作者還包括福建省海洋研究所福建省海島與海岸帶管理技術研究重點實驗室翁宇斌副研究員、廈門大學環境與生態學院江藝勇工程師等。該研究受到福建省自然科學基金項目（2019J01020）和國家自然科學基金項目（42188102, 41576074）的聯合資助。

論文來源及鏈接

Sun, Y., Wang G*., Weng Y., Li, Q., Zhang F., Jiang W., Dai G., Lin W., Sun S., Jiang Y., Zhang Y.* (2023). Submarine groundwater discharge in Dongshan Bay, China: a master regulator of nutrients in spring and potential national significance of small bays. Frontiers in Marine Science, 10, doi: 10.3389/fmars.2023.1164589

撰稿：孫亞飛

編輯：蘇穎、劉琰冉

審核：蔡毅華、劉志宇、唐騰鳳