自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室

海洋生物地球化学团队首次报导安达曼海溶解有机碳研究成果

近日，实验室（MED）海洋生物地球化学团队与浙江大学、缅甸丹老大学和缅甸海事大学等机构合作，在海洋学期刊《Frontiers in Marine Science》上发表了题为《Characteristics of chromophoric dissolved organic matter in the Northern Andaman Sea》的研究论文。该研究利用中缅联合航次（JAMES研究计划）采集的样品，分析了其溶解有机碳的分布和控制因素，探讨层化在溶解有机物分布的控制作用，讨论了荧光性溶解有机物的来源。论文第一作者为我所与浙江大学联培生赵若诗，李中乔副研究员和陈建芳研究员为共同通讯作者。溶解有机物广泛地参与着海洋生物地球化学过程，是全球碳循环中的重要组成部分，在典型区域对溶解有机物的研究有助于我们更好地理解其在海洋生态系统中的重要作用。安达曼海位于印度洋的东北部，是一个半封闭边缘海，其西部与孟加拉湾通过安达曼-尼科巴群岛相连，受季风和河流的显著影响，该海域在上层形成了较为明显的层化层，在垂向上阻碍海水中的物质和能量交换。本研究利用2020年中缅联合航次采集的海水样品，测定了该海域的溶解有机碳和溶解有色有机质，揭示了层化对其分布的影响。结果表明，在安达曼海北部溶解有机碳的浓度较高，受北部伊洛瓦底江和萨尔温江的影响较大，是溶解有机物的重要来源之一。在海洋上层观测到的较明显的层化对溶解有机物具有一定的强化效应，即有助于维持溶解有机碳的浓度，阻碍其在垂向上的运输。图1. 安达曼海北部及孟加拉湾东北部海域溶解有机碳的分布基于三维荧光-平行因子分析，确定了该海域海水中四种主要的荧光组分，包括三种类腐殖质（C1、C2和C4，分别代表A峰、M峰和A+C峰）和一种类蛋白质（C3，代表T峰），其中类腐殖质主要来源于陆源输入，在表层海水中呈低浓度，受光降解影响显著， C3是水体中常见的类色氨酸，代表了环境中新鲜产生的溶解有机物，具有较高的生物可利用性，因此在深海中难以被保存。图2. 安达曼海北部及孟加拉湾东北部荧光性溶解有机物及腐殖化指数的分布本研究得到全球变化和海气相互作用II期（GASI-04-HYST-06，GASI-04-HYST-01）、国家自然科学基金（42076242，41906200，41941013）等项目资助。Ruoshi Zhao, Zhongqiao Li*, Aung Aung Aye, Hao Zheng, Weifang Jin, Jingjing Zhang, Feng Zhou, Hongliang Li, Nang Mya Han, Myat Lwin and Jianfang Chen*, 2023. Characteristics of chromophoric dissolved organic matter in the Northern Andaman Sea. Frontiers in Marine Science, 9:1043194. doi: 10.3389/fmars.2022.1043194 PDF下载

2023-01-10 查看详情

MED研究团队揭示牡蛎生物沉积促进微量金属元素向底质富集的机制

近日，自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室（MED）在国际环境科学与生态学领域期刊《Journal of Hazardous Materials》（中科院大类一区，TOP期刊，IF=14.224）发表了题为“Influence of biodeposition by suspended cultured oyster on the distributions of trace elements in multiple media in a semi-enclosed bay of China”的研究论文，揭示了牡蛎生物沉积作用促进微量金属元素向底质富集的机制。刘强副研究员为第一作者，寿鹿高级工程师和曾江宁研究员为共同通讯作者。滤食性贝类可大量摄食水体中的悬浮颗粒物，经消化系统吸收营养物质后以排泄物或“假粪”形式排至体外并沉积到海底的过程称作生物沉积。生物沉积会加速水体中颗粒物沉降，并将大量物质输送至海底。目前，国内外研究主要关注贝类生物沉积对碳、氮、磷、硅等营养元素生物地球化学循环的影响，受研究手段的限制，对微量金属元素关注较少，而微量金属元素通常可作为不同研究领域的特征指示物。研究团队以象山港筏式养殖牡蛎为研究对象，经过四季现场研究发现，养殖牡蛎的生物沉积速率在夏、秋季较高，春季最低。通过比较牡蛎的生物沉积物、可沉降颗粒物、表层沉积物以及不同水层溶解态微量金属元素含量，发现牡蛎生物沉积过程加速了上层水体中微量元素向底层输送，从而导致底层沉积物中微量元素相对富集的现象，提出滤食性贝类驱动微量金属元素由水相转归至沉积相的生物地球化学循环机制。微量重金属元素砷、镉、钴、铬、铜、镍、钒和锌元素以该机制为主，锰、钼、铅和钨受该机制和水文动力过程的共同控制，而铷和锶则以水文和地球化学过程为主导，微量金属元素间呈现显著差异。牡蛎软体组织对微量元素的超累积作用未能掩盖生物沉积过程对微量元素向下输送的影响。总之，养殖牡蛎的生物沉积可调控微量金属元素在海湾生态系统中的生物地球化学过程，加速水体中悬浮颗粒态微量元素向底部运移。研究结果有助于全面认识高密度贝类养殖对海湾环境的影响，为促进贝类养殖产业安全和健康发展提供科学依据，同时也可为区域产业集聚发展与贝类养殖业是否协调发展提供了新的判据。本研究得到了国家自然科学基金青年基金项目（41806136和41706125）和海洋二所专项项目（JG1910和JG1914）的共同资助。养殖牡蛎的生物沉积对海湾生态系统中微量金属元素生物地球化学过程的影响概念图Qiang Liu, Yibo Liao, Jihao Zhu, Xiaolai Shi, Lu Shou*, Jiangning Zeng*, Quanzhen Chen, Jianfang Chen. 2023. Influence of biodeposition by suspended cultured oyster on the distributions of trace elements in multiple media in a semi-enclosed bay of China. Journal of Hazardous Materials, 443, 130347. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.130347 PDF下载

2022-11-18 查看详情

MED研究团队基于碳同位素量化南海沉降颗粒有机碳垂向和侧向来源的相对贡献

近日，自然资源部第二海洋研究所海洋生态系统动力学重点实验室（MED）海洋生物地球化学团队（MBCG）与同济大学、德国汉堡大学和苏黎世联邦理工学院等机构合作，在地球科学期刊《Journal of Geophysical Research: Oceans》上发表了题为“Carbon Isotopic Constraints on Basin-Scale Vertical and Lateral Particulate Organic Carbon Dynamics in the Northern South China Sea”的研究论文。该研究基于南海北部中深层时间序列沉积物捕获器样品，分析了POC的含量和年龄，探讨了其时间序列变化和垂向分布特征，同时通过建立两端元混合模型，估算了“新碳”（垂向）和“老碳”（侧向）的相对贡献，并探讨了其潜在的动力学过程。论文第一作者为我所张静静助理研究员，李宏亮副研究员和陈建芳研究员为共同通讯作者。图1. 左图为南海北部SCS-N站和TJ系列站位（Blattmann et al., 2018）化石源碳的贡献：黄色数字为TJ系列站位近底层沉降颗粒中化学源碳占比；红色数字为本研究区域（SCS-N站位）化石源碳在再悬浮侧向来源有机碳中的占比。右图为SCS-N站位的锚系结构图。近年来，侧向搬运对沉降颗粒物及有机碳通量的贡献受到了越来越多的关注，这一过程的强度和影响范围对理解现今生物泵输出和深海沉积记录都具有重要的意义。然而，海盆区沉降POC来源组成的定量估算仍然较少。本研究基于南海北部海盆区沉积物捕获器采集的时间序列样品，分析了沉降颗粒物通量、POC和岩源物质组分、POC稳定碳和放射性碳同位素（13C 和14C），结合粘土矿物特征，以探讨生物泵垂向“新碳”和再悬浮侧向“老碳”的相对贡献及其潜在的动力学过程。研究结果表明，南海北部海盆中深层水柱中，84%-91%的沉降POC来源于生物泵“新碳”的垂向输出，而陆坡陆架区再悬浮侧向“老碳”的贡献较小，对POC通量的时间序列变化影响亦较小。因此，南海海盆区中深层沉降POC通量仍是评估该区域生物泵储碳强度及其时空变异性的良好指标。然而，值得注意的是，随着深度的增加，侧向“老碳”的来源和组成愈加复杂。基于化石源碳的组成特征，我们推断，这部分侧向“老碳”主要来源于台湾-东沙附近的东北部陆坡区，通过再悬浮-沉积-再悬浮循环输送至海盆。在侧向输运过程中，上层生物泵不断沉降的海源POC稀释了陆源POC的贡献，同时受矿物-有机质间相互作用的影响，使得输送至海盆的“老碳”中，预成化海源碳比例最高，化石源碳次之，土壤源碳最少。图2 边缘海垂向和侧向有机碳输出动力学过程概念图（根据Jeomshik-Hwang的图改绘）本研究得到海洋二所专项（JG2213, JZ2001、JB2208）、国家自然科学基金（41906045、42106045）、全球变化与海气相互作用专项（GASI-04-HYST-01）和南方海洋科学与工程广东省实验室（珠海：SML202SP207）等项目资助。Zhang, J., Li, H., Wiesner, M. G., Eglinton, T. I., Haghipour, N., Jian, Z., & Chen, J. (2022). Carbon isotopic constraints on basin-scale vertical and lateral particulate organic carbon dynamics in the northern South China Sea. Journal of Geophysical Research: Oceans, 127, e2022JC018830. https://doi.org/10.1029/2022JC018830 PDF下载

2022-08-25 查看详情

科研动态

海洋生物地球化学团队首次报导安达曼海溶解有机碳研究成果

MED研究团队揭示牡蛎生物沉积促进微量金属元素向底质富集的机制

MED研究团队基于碳同位素量化南海沉降颗粒有机碳垂向和侧向来源的相对贡献

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热带太平洋海区浮游植物群落组成和初级生产力的空间格局

西太平洋输出生产力的时空分布特征与主控机理

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