【摘 要】
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20世纪50年代以来,由于人类活动和全球气候变化的共同影响导致全球大型河口区低氧事件频发。近岸水体低氧、水体富营养化引发的赤潮爆发也成为长江口及邻近海域典型的生态灾害。由于长江口及邻近海域现场水体调查数据涉及的时间尺度相对较短,利用沉积物中沉积记录的演化特征,可以反演该区域更长时间尺度的沉积环境演化和低氧发展历史。本文以长江水下三角洲现代低氧区采集的沉积物岩芯为研究对象,基于210Pb、137Cs
【基金项目】
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上海市教育委员会科研创新计划项目(2019-01-07-00-05-E00027); 国家自然科学基金“杰出青年科学基金”项目(41625021); 国家重点研发计划“河口生态系统对大型水库调控的响应及应对策略”(2016YFA0600904); 同济大学海洋地质国家重点实验室共享航次(KECES-2019)
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20世纪50年代以来,由于人类活动和全球气候变化的共同影响导致全球大型河口区低氧事件频发。近岸水体低氧、水体富营养化引发的赤潮爆发也成为长江口及邻近海域典型的生态灾害。由于长江口及邻近海域现场水体调查数据涉及的时间尺度相对较短,利用沉积物中沉积记录的演化特征,可以反演该区域更长时间尺度的沉积环境演化和低氧发展历史。本文以长江水下三角洲现代低氧区采集的沉积物岩芯为研究对象,基于210Pb、137Cs和光释光测年技术构建其年代框架,综合沉积物粒度、微量元素含量、生源要素指标(TOC、TN、δ13C、δ15N)和沉积硅藻等相关指标的垂向变化特征,重建了近三百年来长江口及邻近海域低氧历史的演化过程,同时探究了该区域低氧环境演化与水体富营养化发展历史之间的关系。主要结果如下:(1)C2岩芯0~100 cm段平均沉积速率约为0.36 cm·y-1,对应年代范围为1739~2018年。0~60 cm段利用210Pb、137Cs测年获得的平均沉积速率约为0.65cm·y-1,对应年份为1919~2018年;60~100 cm段利用Bacon综合年代模型得到平均沉积速率约为0.22 cm·y-1,对应年份为1739~1919年。C2站位沉积速率的变化可能与20世纪50年代以来入海沉积物通量的变化有关。(2)对氧化还原敏感元素(RSE)的研究结果表明:Fe-Mn再迁移过程、有机质吸附效应、粒控效应等对该区域RS的富集影响较弱,综合考虑Mo/Ti、As/Ti较适于作为指示长江口低氧区氧化还原环境变化的有效指标。TOC、TN、δ13C、δ15N的变化特征表明:该区域沉积物有机质来源主要以陆源海源物质混合为主,其中陆源有机物质贡献比例达到65%以上。20世纪80年代末期至21世纪初,沉积物中陆源有机质贡献比例下降可能与长江入海沉积物通量的减少有关;2000年以后尽管长江入海沉积物通量呈现减少趋势,但陆源有机质仍然是沉积物中有机质的主要类型,可能与人类活动导致的营养物质通量迅速增加有关。对应时期海源有机物质贡献比例的增加可能与赤潮爆发导致的浮游植物大量繁殖以及水体富营养化的加剧有关。沉积硅藻的丰度和多样性垂向变化规律表明:20世纪70年代开始,以硅藻为代表的浮游植物的生物量在不断提高,该时期赤潮爆发的次数也在不断增加;20世纪80年代中期至21世纪初期这段时期,溶解营养盐的浓度和结构变化开始成为影响水体生产力大小和硅藻丰度高低的主要因素,一定程度上说明人类活动导致的高营养物质排放通量对入海径流水体营养结构变化、赤潮爆发和低氧发生的重要影响。(3)综合Mo/Ti、As/Ti、生源要素(TOC、TN、δ13C、δ15N)、沉积硅藻典型赤潮种的垂向变化特征,并结合邻近站位中底栖有孔虫群落、Cd/Al、生物硅等指示长江口低氧区环境变化的有效指标,重建了近三百年来长江口泥质区低氧演化历史及其与富营养化之间的关系。其演化大致分为四个阶段:1740~1800年水体的生产力相对较高,可能存在低氧环境,1780~1790年间低氧的形成可能与富营养化程度导致的浮游植物大量爆发有关;1800~1850年间低氧状况有所缓解,水体生产力和富营养化程度相对平稳,无明显的低氧现象发生;1850~1970年低氧环境逐渐增强,1880~1890年这段时间的低氧环境的形成很可能与富营养化导致的有机物质快速沉降和分解、水体层化加剧有很大关系;1890~1900、1920~1930和1955~1960年间,C2站位附近可能发生过三次低氧事件,而三次低氧环境形成的主导因素也不完全相同;1970年至今在入海营养物质排放通量和海温上升等多因素影响下低氧环境呈现日益恶化趋势。(4)长江口及邻近海域外来营养物质输入导致水体营养结构的改变、水体富营养化和赤潮爆发与近岸生态系统和浮游植物的群落演化、低氧环境发展之间关系密切。与此同时,水体层化加剧、全球气候变化、局部地形差异和流场变化都会对近岸低氧区年际变化产生影响。
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