国际TOP期刊发文！自然资源部海洋三所在半封闭养殖海湾颗粒有机物生物地球化学研究方面取得新进展

近日，自然资源部第三海洋研究所在半封闭养殖海湾颗粒有机物（POM）生物地球化学研究方面取得新进展，相关成果以“Hydrological connectivity controls on the dynamics of particulate organic matter in a semi-enclosed mariculture bay”为题，发表于国际权威期刊Aquaculture(中科院1区TOP期刊)，海洋生态环境预警监测研究室韩爱琴副研究员以第一兼通讯作者，林辉研究员为共同通讯作者。该工作研究了养殖海湾POM的来源以及贡献比重，量化了POM生产过程与产氧和矿化过程与溶解氧和营养盐的化学计量关系，揭示了养殖海湾饵料潜在的氮循环过程，强调了在强烈人为活动影响下，半封闭海湾养殖活动与海洋环境可能的富营养化和耗氧之间的重要关联机制。
$ T4 Z5 ]; ]3 y* J1 v9 v近岸海域作为海-陆作用的关键连接地带，有机物来源多样，如河流输入，与外海水交换，地下水输入，大气沉降等；大量河流输入的营养盐促进了浮游植物的快速自养又可生成有机物。同时，近岸海域海岸线曲折，水体停留时间差异大、物理过程特征复杂。另一方面，随着世界人口的增长和海洋渔业资源的衰竭，近岸海域在保障人类食品安全和满足高质量动物蛋白需求方面的承载着日益突出的作用。半封闭海湾作为典型的近岸海域，是水产养殖的理想场所。强烈的养殖活动可能使得养殖海湾的物理-生物地球化学过程及其相互耦合作用比一般的近岸海域更为复杂，从而加剧POM动力学过程的复杂性。然而，养殖海湾POM的来源与占比，POM自养生产和矿化降解过程，包括饵料的降解过程，与水动力过程、水体溶解氧和营养盐的关联机制尚不清楚。
本研究以中国最大的大黄鱼养殖基地-三沙湾为案例，通过对海湾的现场观测，系统调查水体和沉积物的理化性质；在此基础上，进一步利用颗粒碳氮同位素和水体氮同位素手段，结合同位素混合模型，发现：（1）海湾主航道受河海混合影响，以混合型POM（riverine POM）占主导(C:N比约5.7-15.8，δ13CPOC约-21‰- -24‰，δ15NPN约13‰-17‰)；非主航道上，水体交换较弱、水体停留时间较长，POM以自养生产型主导(C:N比约5-9，δ13CPOC约-21‰- -17‰，δ15NPN约7.0‰-8.5‰)。（2）量化出主航道上，POM由~90％的混合型POM和~10％的浮游植物自养生产的POM组成；非主航道上，~59％的POM来自浮游植物生产，~41％来自主航道的混合型POM。（3）主航道上，混合型POM降解消耗氧气，遵循了经典的Redfield有氧呼吸化学计量关系(N:O2，~0.13±0.02)；在水体交换较慢的非主航道上，养殖饲料降解再生了溶解无机氮，并刺激了浮游植物的生产并产氧，该过程同样遵循Redfield光合作用化学计量关系(N:O2，~0.10±0.01)(图1)。
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  O: W3 R* d) t- \6 `7 y3 m图1 (a)养殖海湾三沙湾δ15NPNin situ (‰)、δ15NPNpre (‰)与AOU (μmol O2 kg-1)散点关系图。虚线表示1:1。(b)三沙湾溶解无机氮变化浓度(ΔDIN，μmol L-1)与AOU (μmol O2 kg-1)、叠加PN变化浓度(ΔPN，μmol L-1)散点关系图。ΔDIN和ΔPN分别表示保守混合预测值与现场实测值的差值。它们反映了与生物地球化学过程相关的DIN产生(“-”)或去除(“+”)以及PN产生(“-”)或消耗(“+”)。绿线表示在象限I和II消耗ΔDIN与AOU的关系，指征浮游植物生产，斜率为-0.13±0.01。红线表示在象限I和III ΔDIN与消耗AOU的关系，指征了颗粒有机物的有氧呼吸，斜率为-0.10±0.02。(a)和(b)中的黑色圆圈点代表非主航道站位。
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/ l0 P4 I  ?3 j& |; e3 L! Y图2三沙湾颗粒有机物的生物地球化学过程示意图
此前，该研究室已对养殖海湾-三沙湾开展了营养盐收支、营养盐吸收与生产过程的量化研究，揭示了主航道上存在营养盐的再生、在非主航道上存在显著的营养盐消耗过程；并评估了地下水营养盐通量对海湾营养盐收支的影响。相关成果发表在国际知名刊物《Journal of Geophysical Research-Biogeosciences》和《Estuarine, Coastal and Shelf Science》。本研究在先前研究的基础上，进一步厘清了不同水动力条件下，半封闭养殖海湾POM的具体来源及其生地化过程与溶解氧和营养盐的化学计量关系机制，揭示了养殖海湾主航道与非主航道上可能存在的不同氮迁移转化机制及其相应的溶解无机氮再生途径，为统筹推进近岸海域可持续发展提供参考，对养殖海域的环境评价与水质改善有着重要意义。
本研究获得国家自然科学基金青年基金、福建省自然科学基金青年基金、自然资源部第三海洋研究所基本科研业务项目的资助，是预警监测研究室与厦门大学、新加坡国立大学、海南大学的合作成果，厦门大学杨进宇博士，新加坡国立大学陈梦立博士，海洋三所尹希杰研究员，海南大学高树基教授、郑珍珍副教授和徐敏副教授等为论文合作者。
相关论文来源：
Aiqin Han*, Shuh-Ji Kao, Wenfang Lin, Qiaoyun Lin, Lili Han, Wenbin Zou, Ehui Tan, Yao Lai, Guangmao Ding, and Hui Lin. 2021. Nutrient budget and biogeochemical dynamics in Sansha Bay, China: A coastal bay affected by intensive mariculture. Journal of Geophysical Research-Biogeosciences, 126(9), e2020JG006220, https://doi.org/10.1029/2020JG006220.
Guizhi Wang*,Aiqin Han*, Liwen Chen, Ehui Tan, Hui Lin. 2018. Fluxes of dissolved organic carbon and nutrients via submarine groundwater discharge into subtropical Sansha Bay, China. Estuarine, Coastal and Shelf Science, 207, 269-282, https://doi.org/10.1016/j.ecss.2018.04.018.
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信息来源：自然资源部海洋三所。