研究簡(jiǎn)介:本研究探討了黃海永三河口大型人工堤防對(duì)沉積物地球化學(xué)、硫酸鹽還原率（SRRs）、沉積物耗氧需求（SOD）以及底棲營(yíng)養(yǎng)物通量（BNF）對(duì)初級(jí)生產(chǎn)潛在貢獻(xiàn)的環(huán)境影響。文章指出，在21世紀(jì)，隨著人口增長(zhǎng)和工農(nóng)業(yè)活動(dòng)增加，全球河流系統(tǒng)建造了大量水壩和堤壩以解決水資源短缺問(wèn)題。然而這些結(jié)構(gòu)在大潮差河口環(huán)境中可能引發(fā)與沿海生態(tài)系統(tǒng)中生物地球化學(xué)和生態(tài)過(guò)程相關(guān)的嚴(yán)重問(wèn)題。例如堤壩附近的水流速度降低，導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)豐富的細(xì)顆粒大量沉積，改變了水柱和沉積物的物理化學(xué)性質(zhì)。此外，淡水排放物中可能含有大量的顆粒和溶解有機(jī)物及無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可能引發(fā)富營(yíng)養(yǎng)化和浮游植物大量繁殖，最終改變沿海生態(tài)系統(tǒng)中的營(yíng)養(yǎng)結(jié)構(gòu)和生物地球化學(xué)過(guò)程。本研究的主要目標(biāo)是闡明人工堤壩對(duì)沉積物地球化學(xué)、沉積物耗氧需求和通過(guò)硫酸鹽還原的厭氧有機(jī)碳氧化的影響，以及評(píng)估底棲營(yíng)養(yǎng)物通量通過(guò)底-遠(yuǎn)洋耦合在大潮差榮山江河口水柱初級(jí)生產(chǎn)中的潛力。

Unisense微電極系統(tǒng)的應(yīng)用

使用孵化室分別采集未受擾動(dòng)的沉積物樣品，以測(cè)量沉積物氧需求（SOD）和底棲營(yíng)養(yǎng)鹽通量（BNF）。取回后立即將孵化室運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室，并在采樣后6小時(shí)內(nèi)在原位溫度和小心密封以排除氣泡的情況下開(kāi)始孵化。上覆水通過(guò)齒輪泵連續(xù)均質(zhì)化。DO濃度隨時(shí)間的下降在8小時(shí)內(nèi)通過(guò)插入核心頂部的小口中的Clark型氧微傳感器（Unisense，OX-50）測(cè)量。使用底水已知氧濃度的信號(hào)與沉積物厭氧區(qū)的零氧線性關(guān)系對(duì)氧微傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。在孵化期間，每0.5-1小時(shí)手動(dòng)記錄DO濃度的變化。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

黃海永三河口的大型人工堤防對(duì)沉積物地球化學(xué)、硫酸鹽還原率（SRRs）、沉積物耗氧需求（SOD）以及底棲營(yíng)養(yǎng)物通量（BNF）產(chǎn)生了顯著影響。研究發(fā)現(xiàn)，堤壩附近的沉積物具有高有機(jī)碳含量，導(dǎo)致極高的SOD和SRRs，其中硫酸鹽還原占有機(jī)碳氧化的73%，顯著增加了孔隙水中的NH4+、PO43-和HS-濃度。此外堤壩附近的BNF對(duì)水柱初級(jí)生產(chǎn)所需的N和P貢獻(xiàn)高達(dá)200%，表明人工堤壩的建設(shè)可能對(duì)沿海生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)和生態(tài)過(guò)程產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

圖1、榮山江河口的采樣站點(diǎn)及各站點(diǎn)沉積物顏色的圖片

圖2、孔隙水中NH4+、NOx、PO43-、HS-和SO42-的垂直分布以及沉積物中的硫酸鹽還原速率（SRR）

圖3、2011年YE1和YE3底棲室內(nèi)氧氣和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)濃度隨時(shí)間的變化

圖4、在各種海洋環(huán)境中測(cè)量的顆粒有機(jī)碳（POC）與沉積物氧需求（SOD）之間的關(guān)系

圖5、初級(jí)生產(chǎn)（PP）的營(yíng)養(yǎng)需求、底棲營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通量（BNF）及其對(duì)富含有機(jī)質(zhì)的沿海沉積物中PP的貢獻(xiàn)。

結(jié)論與展望

本研究聚焦于黃海榮山江河口，旨在探究大型人工堤壩對(duì)沉積物地球化學(xué)特性、硫酸鹽還原率（SRRs）、沉積物耗氧需求（SOD）以及底棲營(yíng)養(yǎng)物通量（BNF）對(duì)初級(jí)生產(chǎn)力的潛在影響。研究發(fā)現(xiàn)，堤壩附近的沉積物（YE1）有機(jī)碳含量超過(guò)4%（干重），并表現(xiàn)出極高的SOD（327 mmol/m2/d）和SRRs（91-140 mmol/m2/d）。硫酸鹽還原在有機(jī)碳氧化中占比高達(dá)73%，導(dǎo)致孔隙水中的NH4+、PO43-和HS-濃度顯著升高。YE1站的BNF對(duì)水柱初級(jí)生產(chǎn)所需的氮（N）和磷（P）貢獻(xiàn)超過(guò)200%。這些發(fā)現(xiàn)揭示了人工堤壩建設(shè)可能對(duì)沿海生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)循環(huán)和生態(tài)過(guò)程產(chǎn)生顯著的長(zhǎng)期影響。研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)，人工堤壩的建設(shè)可能會(huì)深刻改變沿海生態(tài)系統(tǒng)的生物地球化學(xué)和生態(tài)過(guò)程，尤其是在堤壩附近，高BNF可能通過(guò)底-遠(yuǎn)洋耦合機(jī)制影響水柱的初級(jí)生產(chǎn)。

Unisense微電極系統(tǒng)為沉積物-水界面的化學(xué)特性提供了詳盡的數(shù)據(jù)，幫助評(píng)估人工堤壩對(duì)沉積物地球化學(xué)及生物地球化學(xué)循環(huán)的影響，從而更深入地理解人工堤壩對(duì)沿海生態(tài)系統(tǒng)的潛在影響。這些發(fā)現(xiàn)突出了人工堤壩在改變沉積物特性和加強(qiáng)底-遠(yuǎn)洋耦合中的潛在作用，可能對(duì)水柱中的初級(jí)生產(chǎn)力和營(yíng)養(yǎng)循環(huán)產(chǎn)生影響。因此本研究凸顯了在河口生態(tài)系統(tǒng)管理中考慮人工堤壩影響的必要性，并為水資源管理和生態(tài)保護(hù)提供了科學(xué)依據(jù)。