科研进展
人类活动对长江口河口沉积物系统中碳埋藏的影响
Water Research
文章信息
Autumn
Equinox
文章标题：How Human Activities Reshape Carbon Burial in Estuarine Sediment Systems: Evidence from the Yangtze Estuary
文章作者：Y. Wu等
期刊：Water Research
接受日期：2024年10月7日
https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122599
亮点
Autumn
Equinox
人类干预通过改变来源和组成影响有机碳固定。
估算了外河口陆源有机质混合物扩散的贡献。
碳储存能力减弱，作为碳源的潜力增加。
摘要
Autumn
Equinox
河口是了解有机碳（OC）埋藏动态的关键区域，特别是在人类干预的背景下，但详细信息仍然有限。本研究进行了全面的野外观察，旨在评估长江口内沉积有机碳来源、组成和分布的时空变化。通过采用三端元估计，我们确定了河流、海洋和盐沼植物对河口沙洲 OC 的贡献分别为52%±6%、28%±12%和20%±9%。为了解决人类活动和扩散过程带来的复杂性，我们利用 PCAMC 四端元模型分析，结果显示来自外河口的再扩散陆源有机质（归类为 “海洋来源”）在河口内重新沉积的比例为26%±10%。在深水航道整治工程（DCNP）建设期间，我们观察到陆源 OC 沉积从北槽（NP）向南槽（SP）转移，同时盐沼植物的贡献增加。DCNP 完成后，NP 和 SP 之间的沉积 OC 组成存在显著差异，SP 富含新鲜的陆源 OC，而 NP 由于疏浚活动和源判别显示出退化的信号。人类干预不仅改变了河口的地貌和水动力，还通过改变来源和组成影响了 OC 的埋藏和固定。本研究强调了河口区域从碳汇向潜在碳源的转变，凸显了全面了解人类活动影响下河口环境中碳循环动态的必要性。
研究背景
Autumn
Equinox
河口区域在全球碳循环中扮演着重要角色，是陆地与海洋相互作用的关键地带。碳埋藏在这些区域对于全球碳平衡具有重要影响，其变化可能影响到全球气候变化。长江口作为一个大型冲积系统，其沉积物中的碳埋藏在全球碳循环中发挥着重要作用。然而，近年来，随着三峡大坝的建设、深水航道工程等人类活动的加剧，长江口的沉积物动态和水文条件发生了显著变化，进而影响了碳的埋藏过程和效率。本研究旨在深入探讨这些人类活动如何重塑长江口河口沉积物系统中的碳埋藏格局，为理解河口地区在区域碳循环中的角色转变提供科学依据。
研究结果
沉积物有机碳来源与组成的改变
人类活动显著改变了长江口沉积物中有机碳（OC）的来源和组成。通过运用PCA-MC四端元模型进行源解析，研究发现，来自外河口的陆源有机物质（OM）混合物在河口内部被重新分散并沉积，其平均占比达到26±10%，在研究区域的下部北槽更是高达37±3%。
碳埋藏通量的变化趋势
长江口沉积物的碳埋藏通量呈现出从深水航道工程（DCNP）第一阶段到后DCNP阶段的下降趋势。具体而言，第一阶段碳埋藏通量为1.06±0.16 Mt/yr，而后DCNP阶段则降至-0.35±0.14 Mt/yr，表明OM代用指标和陆源OM埋藏发生了显著变化。
地貌与水动力条件的改变
人类活动不仅大幅修改了河口的地貌格局和水动力条件，还影响了陆源有机碳的埋藏。例如，北槽和南槽的拓宽与挖深工程导致了沉积物侵蚀，其中北槽的拓宽和挖深对特殊沉积物侵蚀的贡献达到了31%。
河口区域角色的转变
研究发现，长江口区域的角色可能正在从碳汇转变为碳源。这一转变与河口与海岸之间相互作用的增加密切相关，表明人类活动对河口碳循环的影响日益显著。
沉积物粒径与碳埋藏的关系
沉积物粒径的变化也反映了人类活动对碳埋藏的影响。例如，在DCNP的不同阶段，沉积物粒径呈现出先细化后粗化的趋势，这反映了沉积物从外河口向内河口的重新分布。
碳埋藏效率的降低
随着三峡大坝的建设和河流POC通量的持续减少，长江口沉积物的碳埋藏效率也呈现出降低的趋势。这一变化进一步证实了人类活动对河口碳循环的深远影响。
短期与长期影响的对比
研究还发现，人类活动对长江口碳埋藏的影响在短期内可能更为显著，但长期影响仍需进一步观察和评估。例如，在DCNP的不同阶段，碳埋藏通量的变化就体现了人类活动对河口碳循环的即时和长期效应。
结论
Autumn
Equinox
人类活动显著改变了长江口河口沉积物系统中碳的来源与组成，影响了沉积物中有机碳的埋藏过程，导致碳储存能力减弱，增加了其作为碳源的风险，进一步强调了在管理和规划长江口及其周边区域时，需考虑人类活动对碳循环的深远影响。
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《水生态学杂志》
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