自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室

近海生态团队在东海和南黄海生物固氮研究方面取得新进展

近日，MED近海生态团队在东海和南黄海生物固氮研究方面取得系列进展，相关成果发表在《Journal of Geophysical Research: Biogeosciences》《Frontiers in Microbiology》等国际主流期刊，江志兵研究员为第一作者，陈全震研究员和曾江宁研究员分别为通讯作者。生物固氮是海洋新生氮的主要来源，对生物地球化学循环和生物泵具有重要作用。海洋固氮生物包括粒级>10 μm的束毛藻、胞内植生藻以及粒级<10 μm的单细胞固氮蓝藻、细菌等。热带和亚热带海洋固氮生物的生长和固氮主要受到磷和铁的限制，而东海毗邻陆地，磷和铁通过陆源输入和大气沉降得到补充，有利于固氮生物生长与固氮。黑潮起源于太平洋北赤道流，其主轴沿东海陆坡向东北方向流动。夏季，黑潮次表层水从台湾东北部入侵东海陆架势力最强，向北可至30.5 °N，可能深刻影响黄东海的生物固氮。2013年夏季，高空间分辨率的固氮速率实测结果表明，东海和南黄海的表层、水柱固氮速率平均值分别为1.45 nmol N L−1 d−1和81.7 μmol N m−2 d−1，最高值为13.84 nmol N L−1 d−1和511.8 μmol N m−2 d−1。根据盐度分区，估算夏季东海固氮量为22万吨，约为长江输入硝态氮通量的45%，其中丝状固氮蓝藻（束毛藻丰度和胞内植生藻）固氮贡献超60%；黑潮区固氮速率较高，贡献了56%的新生产力。黑潮及其邻近海域的丝状固氮蓝藻丰度、固氮速率明显高于南黄海和东海近岸低盐和上升流区域（图1）。固氮速率与丝状固氮蓝藻丰度、盐度、温度呈显著正相关，但与硝酸盐和N/P呈负相关。2014年夏季，分级固氮速率测定结果表明，长江口及邻近陆架固氮速率空间变化明显，水柱固氮速率高值（可达99.9 μmol N m−2 d−1）出现在黑潮入侵的东海东南部（主要由粒径>10 μm的固氮生物贡献）。在长江冲淡水控制的长江口海域固氮速率较低，且主要由粒径<10 μm的固氮生物贡献。该研究初步揭示了黑潮对东海生物固氮的调控作用，即黑潮入侵带来了丰富的束毛藻和胞内植生藻，并提供了适宜的营养盐环境，显著增强了东海（尤其在黑潮及其邻近海域）的生物固氮。研究成果可为边缘海氮收支核算与固碳增汇潜力评估提供科学支撑。图1 黑潮入侵对东海夏季丝状固氮蓝藻丰度及其固氮速率的影响研究受到国家自然科学基金（41876198和42076134）、浙江省杰出青年科学基金（LR22D060001）、海洋二所基本科研业务费专项（JG2311）、国家重点研发计划（2021YFC3101702）、浙江省尖兵研发攻关计划（2022C03044）、973计划（2010CB428903和2011CB409803）、长江口-浙江近海-邻近东海长期综合观测研究（LORCE）计划等项目联合资助。论文引用：Jiang Zhibing*, Zhu Yuanli, Sun Zhenhao, Zhai Hongchang, Zhou Feng, Yan Xiaojun, Zeng Jiangning, Chen Jiangfang, Chen Quanzhen*. Enhancement of summer nitrogen fixation by the Kuroshio intrusion in the East China Sea and southern Yellow Sea[J]. Journal of Geophysical Research: Biogeosciences, 2023, 128(3): e2022JG007287. https://doi.org/10.1029/2022JG007287 PDF下载Jiang Zhibing*, Zhu Yuanli, Sun Zhenhao, Zhai Hongchang, Zhou Feng, Yan Xiaojun, Chen Quanzhen, Chen Jiangfang, Zeng Jiangning*. Size-fractionated N2 fixation off the Changjiang Estuary during summer[J]. Frontiers in Microbiology, 2023, 14: 1189410. https://doi.org/10.3389/fmicb.2023.1189410 PDF下载

2023-06-05 查看详情

大洋生态团队研究揭示多环芳烃在季风影响的开阔大洋具有均匀的空间格局和风驱动的显著季节变化特征

近日大洋生态团队孙栋副研究员及合作者在环境领域一流国际期刊Journal of Hazardous Material（一区top）发表了题为“PAHs in the monsoonal open ocean: Homogeneous spatial pattern and wind-driven significant seasonal variations”的论文。该研究利用菲律宾海多航次的调查数据开发了一种使用风频和风速加权风频量化大气输运对开阔大洋PAHs分布影响的方法，并且进一步使用来自南海和北印度洋的PAHs公开数据验证了该方法的有效性。结果表明，风频能较好地解释表层海洋中溶解相和颗粒相PAHs的变化，而风速加权风频能更好地解释颗粒相PAHs的变化。该研究表明，在分析受季风影响的中低纬度开阔大洋海域多环芳烃的分布特征时，季节性大气运输的影响不容忽视，这也为更好地理解PAHs在全球尺度的分布提供了参考方法。论文第一作者为我所与重庆大学联合培养的硕士研究生张麟杰，通讯作者为孙栋副研究员，我所为第一单位和通讯作者单位。该研究得到了国家自然科学基金（42076122）和国家大洋专项（DY-XZ-02；DY135-E2-3-04）的联合资助。图1. 热带和北半球开阔大洋多环芳烃浓度和变异系数都具有强烈的纬度梯度变化（近海数据已被剔除），本研究构建的大气输运模型能很好解释这些时空变异本研究提出的基于风频和风速加权风频模型：CPAHs=a0+a1fN(n)+a2fW(n) (1)其中CPAHs为溶解相或颗粒相PAHs浓度（ng/L）；fN(n)为n天前至采样当天的北风频率；fW(n)为n天前至采样当天的西风频率。CPAHs=a0+a1fwN(n)+a2fwS(n)+a3fwW(n)+a4fwE(n) (2)其中CPAHs为溶解相或颗粒相PAHs浓度（ng/L）；fwN(n)是平均风速加权的北风频率，使用n天前至采样当天的数据；fwS(n)是平均风速加权的南风频率，使用n天前至采样当天的数据；fwW(n)是平均风速加权的西风频率，使用n天前至采样当天的数据；fwE(n)是平均风速加权的东风频率，使用n天前至采样当天的数据。另外，孙栋副研究员及合作者近期还综合利用浮游动物粒径扫描研究方法与多环芳烃的高灵敏度分析方法，提出了浮游动物的群落结构和粒径结构在研究海洋中持久性有机污染物迁移转化行为时不可忽视的新观点，研究论文以“Considering zooplankton as a black box in determining PAH concentrations could result in misjudging their bioaccumulation”为题发表于环境领域重要期刊Environmental Pollution（二区top期刊）。1. Zhang, L., Zhang, L., Shi, Y., Yang, Z., Gong, Q., Sun, D.* 2023. PAHs in the monsoonal open ocean: homogeneous spatial pattern and wind-driven significant seasonal variations. Journal of Hazardous Materials, 454, 131462. PDF下载2. Zhang, L., Zhang, L., Sun, D.* 2023. Considering zooplankton as a black box in determining PAH concentrations could result in misjudging their bioaccumulation. Environmental Pollution 316, 120672. PDF下载

2023-05-12 查看详情

近海生态团队对钱塘江感潮段浮游植物组成及蓝藻藻华防控策略取得新认识

近日，实验室（MED）江志兵研究员联合浙江省海洋科学院杜伟高级工程师在地学Top期刊Journal of Geophysical Research-Oceans上发表了题为“Physical Drivers of Monthly Variation in Phytoplankton Community in the Tidal Freshwater Zone of the Macrotidal Qiantang River Estuary, Eastern China: Implications for Reducing the Risk of Harmful Cyanobacterial Blooms”的研究论文。论文分析了钱塘江感潮段浮游植物群落的周年变化、驱动因素及蓝藻藻华的形成机制。河流感潮段的水质和生态系统健康与浮游植物密切相关。钱塘江口是世界上著名的强潮河口，因此钱塘江感潮段生态环境可能深受河流输入和潮流上溯影响。该研究于2016年每月的小潮低平潮期间采集钱塘江感潮段上（彭埠大桥）、下游（盐官）断面的浮游植物和理化环境样品（图1）。研究结果显示，浮游植物丰度和群落结构时空变化显著，淡水种在上游占据优势，而下游则以近海低盐种和半咸水种为主。硅藻为全年的主要优势类群，蓝藻在高温、径流量较低的月份丰度较高，这与上游的微囊藻水华爆发也密切相关。尽管钱塘江感潮段盐度普遍低于1，但柱状小环藻、骨条藻和海链藻等近海种仍占据较高优势，表明咸水上溯对浮游植物群落组成影响甚大。图1 钱塘江感潮段采样区域与站位冗余分析和广义相加模型结果表明，感潮河段浮游植物群落组成主要受控于温度和钱塘江流量而非营养盐（图2），但其丰度时空变化则由温度、河流流量和营养盐等因子共同影响。其中，蓝藻丰度主要受到温度、河流流量、总磷的调控。蓝藻易于在高温、径流较少的月份大量繁殖、积聚，并形成藻华。在富营养化和变暖背景下，全球河流感潮段有害蓝藻藻华加剧，严重威胁河口生态系统和人类健康。为此，除减少流域营养盐输入外，本研究还提出了在干热季节通过调整河流流量来降低感潮段蓝藻藻华发生风险的策略。上述研究首次刻画了钱塘江感潮段浮游植物的时空格局及其驱动因子，并提升了对强潮河段蓝藻藻华形成机理的认识，为后续蓝藻藻华演变预测及防治提供了科学依据和应对策略。图2 钱塘江感潮段上（PB）、下游（YG）浮游植物群落与环境因子的冗余分析结果本研究受到国家重点研发计划（2021YFC3101702和2018YFD0900901）、浙江省尖兵研发攻关计划（2022C03044）、国重室自主课题（SOEDZZ2202）、浙江省主要河口生态系统资源环境承载力监测与评价（330000210130313013005）、全球变化与海气相互作用专项II期、LORCE计划等项目资助。Jiang Zhibing*, Du Wei*, Zhu Yuanli, Guo Ran, Zhan Lin, Sun Zhenhao, Wang Degang, Zeng Jiangning, (2023). Physical drivers of monthly variation in phytoplankton community in the tidal freshwater zone of the macrotidal Qiantang river estuary, eastern China: Implications for reducing the risk of harmful cyanobacterial blooms. Journal of Geophysical Research: Oceans, 128(5), e2022JC019511. https://doi.org/10.1029/2022JC019511. PDF下载

2023-05-11 查看详情

科研动态

近海生态团队在东海和南黄海生物固氮研究方面取得新进展

大洋生态团队研究揭示多环芳烃在季风影响的开阔大洋具有均匀的空间格局和风驱动的显著季节变化特征

近海生态团队对钱塘江感潮段浮游植物组成及蓝藻藻华防控策略取得新认识

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