2020年1月，我院戴民漢院士課題組在《Limnology and Oceanography》期刊上發表了題為“Dynamics of inorganic carbon and pH in a large subtropical continental shelf system: Interaction between eutrophication, hypoxia and ocean acidification”的研究論文，揭示了富營養河口-珠江口底層缺氧與表層凈群落生產的關系，同時評估了富營養化、缺氧以及河海水混合作用對近岸水體酸化的影響。實驗室博士研究生趙秧秧為論文第一作者，戴民漢院士為論文通訊作者。
經河流輸入到近海的人為營養鹽刺激浮游植物的大量繁殖與生長，造成富營養化；由此產生的有機物經沉降、輸運至次表層水體并被微生物降解礦化，從而不斷消耗水體中的氧氣; 夏季河口大量淡水的輸入使得水體分層明顯，次表層水體氧氣得不到及時補充，極易形成底層大范圍的低氧甚至缺氧環境。同時，生物新陳代謝過程和河-海水混合過程均會引起水體酸度變化。近海富營養化、缺氧和酸化是工業革命以來全球性的環境問題，對水生生態系統構成嚴重威脅。然而，目前對富營養化、缺氧和海洋酸化的相互作用及其機制的認識尚存不足，缺乏定量刻畫。
受珠江徑流和風生流的影響，珠江口及其鄰近陸架水域在垂向上呈明顯的雙層結構。表層河水與海水混合形成大面積沖淡水；而底層在珠江口口門外的20至30米等深線區域存在嚴重缺氧。為定性、定量解析表層富營養化與底層缺氧的耦合關系以及兩者與海洋酸化之間的相互作用過程，本研究于2017年夏季在珠江口-南海北部陸架近岸水域采集了表、中、底層海水樣品，測定了溶解無機碳（DIC）及其碳穩定同位素（δ13CDIC）、pH、總堿度（TA）和溶解氧（DO）等參數。
基于珠江口-南海北部陸架夏季航次觀測數據，課題組通過半分析診斷方法結合多端元混合模型和碳穩定同位素質量守恒，量化了表層富營養化產生的有機物對底層水體耗氧的貢獻（圖一）。研究結果表明，表層富營養化產生的海源有機物對底層氧氣消耗的貢獻為67±18%。進一步通過雙層箱式模型估算得到，這部分支持底層耗氧海源有機物占表層富營養化凈群落生產的有機物總量約為45±13%。
圖一 珠江口及其鄰近陸架水域底層實測δ13CDIC×DIC和DIC相對于保守混合的偏離值（分別為D(δ13CDIC×DIC)和DDIC）。底層樣品水深大于12 m。粉色方形標記為Su et al. (2017)報道的2014年夏季珠江口數據。黑色實線和紅色虛線分別為基于2017年和2014年數據的線性回歸曲線，其斜率指征耗氧有機物的δ13C值（來源：ASLO）
富營養化使表層pH升高、減緩海洋酸化，而缺氧使底層pH降低、加速海洋酸化。引入酸堿緩沖因子（βDIC），該研究定量解釋了富營養化和缺氧對海水酸化的減緩（富營養化）或增強（缺氧）的放大效應（圖二）；但是與河流淡水輸入相比，這兩者對海水酸堿緩沖能力的影響較弱。
圖二 珠江口及其鄰近陸架水域（a）ΔDIC vs. ΔDO、（b）ΔpHT,25 vs. ΔDIC、（c）ΔpHT,25 vs. ΔDO、（d）保守混合βDIC（βDICcons）vs. ΔDIC、（e）ΔβDIC vs. ΔDO和（f）βDICcons vs. ΔDO的關系。三角形和圓形標記分別代表陸架水域表層和底層樣品，而灰色方形標記代表珠江口內伶仃洋樣品。（a）圖中藍色、黑色和紅色實現分別指示陸架水域表層、底層以及伶仃洋樣品的ΔDIC相對于ΔDO的變化速率。（b）圖中黑色和紅色實線分別指示陸架水域底層和伶仃洋樣品的ΔpHT,25相對于ΔDIC的變化速率；而藍色虛線表示陸架水域表層樣品的ΔpHT,25相對于ΔDIC的變化速率范圍。圖中均采用II型線性回歸（來源：ASLO）
論文來源
Zhao, Y., J. Liu, K. Uthaipan, X. Song, Y. Xu, B. He, H. Liu, J. Gan and M. Dai, 2020. Dynamics of inorganic carbon and pH in a large subtropical continental shelf system: Interaction between eutrophication, hypoxia and ocean acidification. Limnol. Oceanogr. doi:10.1002/lno.11393.
原文鏈接
https://aslopubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lno.11393
