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文章荐读
陆海相互作用带的碳埋藏在全球范围内发挥着至关重要的作用,但在准确量化河口地区的碳埋藏和理解其沉积物中陆源碳的最终归宿方面,仍然存在相当大的不确定性。华东师范大学河口海岸学国家重点实验室吴莹研究员课题组在Water Research上发表了一篇论文“How human activities reshape carbon burial in estuarine sediment systems: Evidence from the Yangtze Estuary”,该研究评估了在人类活动干预下,长江口沉积物中有机碳的来源、组成与分布的时空变化,以增进对人类世碳循环过程的理解。
文章简介
河口是了解有机碳埋藏动态的关键区域,特别是在人类干预的背景下,但详细的信息仍然有限。本研究提供了全面的现场观测,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。通过采用三端元估算,该研究确定了河流、海洋和盐沼植物对河口坝有机碳的贡献分别为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,该研究利用PCA-MC四端元模型,揭示了来自外河口的再分散陆源有机质,被归类为“海洋来源”,占河口内再沉积有机质的26±10%。在深水航道工程(Deep Channel Navigation Project, DCNP)建设期间,观测到陆源有机碳沉降从北槽向南槽转移,同时盐沼植物的贡献增加。DCNP完成后,北槽和南槽的沉积有机碳组成存在显著差异,南槽富集新鲜的陆源有机碳,而北槽由于疏浚活动和源区识别而表现出退化的信号。人类活动不仅改变了河口地貌和水动力条件,而且通过改变有机碳的来源和组成影响有机碳的埋藏和封存。本研究强调了河口地区从碳汇向潜在源的转变,强调了全面了解受人类世影响的河口环境中碳循环动态的必要性。
研究目标
①调查人类干预是否改变了黄河口碳埋藏的驱动-响应关系,并评估河口沉积物碳埋藏效率的变化。
②研究北港、北槽和南槽表层沉积物中陆源有机质的分布和来源组成,以及影响这些过程的因素。
③通过对比DCNP建设前后沉积物有机质的组成和年龄,并结合河流过程,旨在识别人类活动对河口有机碳源汇格局的影响,并探讨黄河口陆源有机质的时空变化。
研究结果
Fig.1. 长江口的4个主要航道(北支、北港、北槽和南槽)。2014年7月在三个主要出口(北港、北槽、南槽)采集了表层沉积物,并与其他年份采集的代表性样品进行了对比。黄色圆圈代表2014年采集的样品;粉色星星代表2001年采集的样品;黄色星星代表2009年采集的样品,蓝色星星代表2016年采集的样品.
Fig. 2.表层沉积物中有机碳含量及根据三端元模型得到不同来源贡献的空间分布(a),通过聚类分析得到三个子群中不同来源的贡献(b).式中:fr、fd、fm分别表示河流、盐沼植物和海洋源的贡献.
Fig.3. 长江口3个水道表层沉积物中有机碳含量(a)、C/N(b)、δ13C(c)、δ15N(d)、黑碳(e)和BC/TOC(f)的空间分布.
Fig.4. 基于三端元模型的长江口表层沉积物中不同有机碳源(a-c)贡献及其对应的有机碳含量(d-f)的空间分布,其中fr,fd,fm分别表示河流、盐沼植物和海洋来源的贡献.
Fig.5. 长江口沉积物主成分分析(PCA)的归一化因子载荷图、站位得分图和端元来源图.
Fig.6. 基于PCA-MC四端元模型的长江口表层沉积物中不同有机碳源贡献(a-d)及其对应的有机碳含量(e-h)的空间分布,其中fR、fD、fP、fM分别表示河流土壤、三角洲盐沼植物、岩源和海源的贡献。
Fig.7. 海洋源贡献(fM)与木质素负荷(∑8:SA)(a)和P/(S + V)(b)之间的关系。其中fM表示来自近海的“海洋”有机碳,这些有机碳通过潮汐过程重新埋藏在河道中。橙色点代表B组样品,蓝色点代表C组样品。仅对部分样品进行SA分析。
Table.1. 深水航道工程(DCNP)建设前后北槽(NP)和南槽(SP)沉积物不同粒度组分的放射性碳同位素特征(Δ14C)
Table.2. 三个通道表层沉积物木质素参数和比值的变化范围和平均值(±sd)
Table.3. 深水航道工程不同建设阶段表层沉积物或悬浮颗粒物(POM)地球化学参数
研究结论
本研究在长江口进行了详细的野外观测,以了解人类干预对河口系统内有机碳埋藏的影响。考虑到人为干预和河口复杂再分配过程的影响,使用PCA-MC四端元模型来估算源解析。该模型揭示了来自河口外的陆源有机物混合物在河口内重新分散并沉积为“海洋来源”,在研究区域平均为26±10%(从8%到42%不等),高值为37±3%集中在北槽的下部。河口区有机碳埋藏通量从第一次DCNP到后阶段的DCNP呈下降趋势,估算速率为1.06±0.16 Mt/yr到-0.35±0.14 Mt/yr,表明几十年来有机物指标存在的显著差异和陆源有机物埋藏的变化。人类对河口的干预不仅极大地改变了地貌格局和水动力条件,而且通过改变来源和组成影响了陆源有机碳的埋藏。河口和海岸之间相互作用的增加表明该地区在区域碳循环中的作用可能从碳汇转变为碳源。了解这些变化对河口人类干预的响应,将增进我们对人类世碳循环的认识。
文章来源
Wu, Y., Qi, L.J., Wang, Y.Y., and Zhang, J. (2025). How human activities reshape carbon burial in estuarine sediment systems: Evidence from the Yangtze Estuary. Water Research 268, 122599. https://doi.org/10.1016/j.watres.2024.122599.
编辑:刘婷
两瓣星球
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