近日，中國海洋大學海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室（深海圈層與地球系統前沿科學中心）在同位素示蹤我國近海海底地下水排放過程（SGD）及其對海域營養鹽的收支貢獻這一研究領域取得新進展。相關成果以“Large scale submarine groundwater discharge dominates nutrient inputs to China’s coast”（海底地下水排放過程是中國近海營養鹽的主要來源）為題發表在Nature Communications上。

海底地下水排放（Submarine Groundwater Discharge，簡稱SGD），是指所有在海底界面發生的水交換過程，包括陸源淡水地下水（FSGD）和循環海水（RSGD）兩部分。SGD是驅動陸海界面物質交換的關鍵動力過程，對海岸帶生物地球化學循環具有至關重要的影響作用。目前，我國業已開展的SGD研究大多關注河口、海灣等局域尺度，尚缺乏對中國近海SGD通量的整體認識。由于方法學的限制，區分研究不同類型SGD通量及其物質貢獻十分困難，導致量化結果的不確定度難以準確估算，因此無法納入我國近海營養鹽收支的評估模型中。

圖1　我國近海表層海水中各種天然鐳氡同位素的含量分布

研究團隊構建了鐳氡同位素聯合示蹤模型，解決了不同類型SGD通量量化的難題。課題組長期關注海洋中的天然鐳氡同位素及其對各種海洋學問題的示蹤研究，積累了豐富的觀測數據，結合文獻報道數據建立了我國近海海水和沿岸地下水中的鐳（224Ra、226Ra、228Ra）、氡（222Rn）同位素含量的高分辨率數據庫，厘清了海域中各種同位素的分布特征（圖1）。繼而構建了鐳氡多核素聯合量化模型，對中國近海FSGD和RSGD進行了區分量化，并利用蒙特卡洛模擬（Monte Carlo simulations）技術定量評價了SGD計算結果的不確定度。結果表明，在我國近岸海域（水深20-30米以內），FSGD和RSGD的通量分別為3.56×108 m3 d-1和1.82×1010 m3 d-1，SGD總通量約為河流入海徑流量的5倍，SGD總通量中約98%為循環海水。在陸架海域，RSGD通量約為2.09×1010 m3 d-1。近岸海域僅占陸架海域總面積的約四分之一，但其RSGD的排放通量占比卻高達87%，表明我國陸架邊緣海的近岸淺海區是SGD的熱點區域。

在此基礎上，針對我國陸架海域水體構建了營養鹽收支模型（圖2）。發現總SGD對水體中DIN、DIP、DSi的貢獻分別達到32%、19%、54%，超過了河流輸入和大氣沉降的總和。FSGD通量雖然僅占總SGD通量的2%左右，但其輸送入海的營養鹽通量卻可達總SGD輸送通量的50%（DIN）、25%（DIP）、52%（DSi）。地下水端元中的溶解態DIN/DIP/DSi比例（FSGD中為272/1/415；RSGD中為92/1/130）嚴重偏離了Redfield比值。SGD過程對海域水體富營養化、營養鹽結構、赤潮等生態失衡現象的成因具有潛在貢獻。本研究揭示了海底邊界交換過程對我國近海生源要素生物地球化學循環的重要貢獻，對制定合理的海洋可持續發展措施具有重要的科學意義。

圖2　海底地下水排放（SGD）通量及其對我國近海營養鹽收支的貢獻

該成果由中國海洋大學海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室于志剛教授課題組牽頭完成，2021級海洋化學專業博士研究生朱天亦為第一作者，許博超教授和于志剛教授為共同通訊作者，中國海洋大學化學化工學院、海洋與大氣學院以及華東師范大學、美國德克薩斯大學奧斯汀分校、中國地質大學（北京）、西湖大學、中國科學院煙臺海岸帶研究所、南開大學、韓國仁荷大學、生態環境部太湖流域東海海域生態環境監督管理局、美國佛羅里達州立大學、自然資源部第一海洋研究所、瑞典哥德堡大學等單位的學者合作完成了相關研究。研究工作得到國家自然科學基金委杰出青年科學基金、重點項目、聯合基金等項目的資助。

• 信息來源：中國海洋大學海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室 作者：朱天亦

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