2020年2月14日，我院蔡平河教授課題組在《Geochimica et Cosmochimica Acta》期刊上發表題為“Carbon and nutrient export from intertidal sand systems elucidated by 224Ra/228Th disequilibria”的研究論文，首次在定量水平上揭示了潮間帶內碳、氮的耦合與傳輸過程存在層次清晰的水平嬗變規律，并對潮汐和波浪的外部驅動產生響應和反饋，形成 “海綿式呼吸”的碳﹑氮交換模態。
碳、氮是構成生命體的核心元素。地球系統內各圈層之間碳、氮元素的流動和交換決定了地質年代中大氣主要組分的演變，進而影響著地球的氣候系統。潮間帶作為陸?海交互帶的中心區域，是這兩大圈層之間的碳、氮流動和能量交換的關鍵場所。但囿于技術手段的限制，迄今為止尚缺乏潮間帶沉積物-水界面碳、氮循環的定量研究。
我院蔡平河教授課題組借助獨創的224Ra/228Th天然放射性同位素體系，建立簡化的二維平流傳輸模型，定量研究了沙質潮間帶不同潮位線上沉積物孔隙水與海水的交換過程。觀測結果發現孔隙水?海水的交換存在由陸向海逐漸減弱的規律；與之對應，沉積物孔隙水的溶解無機碳(DIC)含量由陸地向海洋逐漸升高，溶解無機氮(DIN)含量則呈現先升后降的分布模態。通過分析，研究人員發現孔隙水DIC含量的增加可以用有機質降解反應的一級動力學模型很好地予以描述。由于孔隙水?海水交換的水平嬗變規律，潮間帶沉積物在高潮線為全氧化態(Fully oxic state)，向低潮線逐漸過渡到亞氧化態(Suboxic state)。在全氧化態下，有機質被完全分解，孔隙水DIC與DIN含量按照Redfield比值(106:16)增加；在亞氧化態下，反硝化過程主導了有機質的分解，潮間帶相應地蛻變為“氮匯“。
蔡平河教授為該論文的第一作者兼通訊作者，2017級博士生魏琳完成該項研究的主要實驗工作。
圖1. 沙質潮間帶海水-孔隙水二維平流傳輸模型
圖2. 陸-海交互帶內部的碳、氮循環“氣候系統”示意圖
