第七届青年地学论坛

       海洋沉积物氮循环与近岸河口底层水体缺氧均是目前国际上海洋生物地球化学研究的热点。作为具有多重氧化态的氮元素来说，其循环转化更是与氧气的含量密切相关。国际上有限的一些研究绝大部分局限于实验室内的泥浆培养实验或者来源于未缺氧海区的模拟实验，而对于真正季节性缺氧海区沉积物氮循环对缺氧的响应机制尚未见报道。长江口是世界范围内具有典型季节性缺氧的海区，为研究缺氧条件下沉积物氮循环响应机制提供了绝佳的实验场所。鉴于此，本研究采用核心的¹⁵N标记的整柱与泥浆培养技术，并结合沉积物溶解氧微电极剖面测试技术以及沉积物-水界面通量受控培养技术，通过设定季节对比(缺氧前的春季和缺氧频发的夏季)和不同的氧气含量(氧气饱和、原位氧含量和严重缺氧)，研究了长江口及邻近海区沉积物中氮循环转化的关键过程(反硝化、厌氧铵氧化和异化硝酸盐转化为铵)及相关参量对于缺氧的响应。结果表明，在季节性变化导致底层水体氧气含量降低50%的情况下，沉积物耗氧速率和氧气渗透深度分别降低23%和29%，厌氧铵氧化在总的氮气移除中的贡献降低63%，而反硝化表现出上升趋势，净结果导致总的氮气移除速率变化不大。而缺氧季导致沉积物异化硝酸盐转化为铵在总的异化硝酸还原中的贡献增加。在受控氧气处于严重缺氧的条件下，沉积物耗氧速率和总的氮气移除速率显著降低，而异化硝酸盐还原为铵过程得到加强，其原因在于氧气的降低抑制甚至终止了沉积物中硝化速率。目前长江口底层水体季节性缺氧水平可能使得沉积物氮转化处于一种过渡状态，从而使得不同站位沉积物-水界面交换通量的净结果变现并不一致。在整合季节对比和受控培养实验的基础上描绘了长江口及其邻近海区底栖氮循环的简要示意图。另外，本研究还综合对比分析阐明了不同底层水体氧气状态下(几乎不缺氧、季节性缺氧和永久缺氧)沉积物氮循环响应的差异化响应。

沉积物,氮循环,水体缺氧,响应