东海内陆架中层水体pH值与溶解氧(DO)最低值共现的生物地球化学控制因素
《Marine Pollution Bulletin》:Biogeochemical controls on the co-occurrence of mid-depth pH and DO minima in the inner shelf of the East China Sea
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时间:2025年11月07日
来源:Marine Pollution Bulletin 4.9
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东中国海内 shelf中水层pH最小值与溶解氧耗损、硝酸盐积累的耦合关系及其驱动机制研究。通过2017年8月高分辨率垂直剖面测量,发现pH<7.85与DO<60 μmol/L及硝酸盐峰值在季节锋面附近或其下同时出现,Redfield stoichiometry表明有机物分解主导pH下降, chlorophyll a浓度>5.0 μg/L证实浮游生物大量增殖。物理过程(如上涌流)与生物地球化学过程(有机物分解)共同作用,导致中水层碳酸缓冲能力最低、DIC/TA比值最高。该现象可能对表层近岸生态系统(如贝类养殖)产生负面影响。
这篇研究聚焦于东海陆架海域中层水体的pH值变化,探讨了其与溶解氧(DO)和硝酸盐浓度之间的关系,以及这些变化背后的驱动机制。研究团队通过高分辨率的垂直剖面测量,结合多种现场生物地球化学传感器,对东海陆架区域的温度、盐度、pH值、溶解氧和硝酸盐进行了详细分析。同时,他们还计算了溶解无机碳(DIC)、总碱度(TA)、二氧化碳分压(pCO?)和方解石饱和度(Ω?)等碳酸盐系统参数,以更全面地理解中层水体pH动态的复杂性。
研究发现,在中层水体中,pH值的最低点(<7.85)通常与溶解氧的最低点(<60 μmol L?1)和硝酸盐浓度的最高点同时出现,这些变化发生在季节性温跃层内部或其下方。这一现象表明,有机物的呼吸作用可能是中层pH值下降的主要驱动因素。通过分析这些站点的pH值与溶解氧之间的关系,研究团队发现它们遵循Redfield化学计量比,进一步支持了这一观点。此外,研究区域中较高的叶绿素a浓度(>5.0 μg L?1)也表明近期发生了浮游植物的大量繁殖,为中层水体的氧气和pH值下降提供了营养来源。
尽管温度和盐度的关系显示某些站点的上升流水体对中层pH值的下降有贡献,但研究团队指出,这些水体的低pH特征主要是由有氧呼吸引起的。通过综合五年的航次数据,研究发现中层pH值和溶解氧的最低点,以及硝酸盐的最高点,通常出现在上升流区域或盐度锋面的边缘——这些是生物生产力较高的区域。这一模式突显了物理输运和生物地球化学过程对中层pH动态的耦合效应。
研究还指出,中层水体表现出最低的碳酸盐缓冲能力和最高的DIC/TA比值,这加剧了pH值的下降和二氧化碳分压的升高。这种中层pH值的最低点可能会对上层沿海生态系统产生负面影响,包括贝类养殖业。通过这一研究,团队希望揭示东海陆架区域中层pH值变化的形成机制,进一步加深对海洋碳酸盐系统复杂性的理解。
研究团队强调,对中层碳酸盐极端现象的理解有限,部分原因是缺乏高分辨率的生物地球化学观测。与开放海洋环境相比,沿海中层极端现象往往发生在较小的空间尺度上,这使得它们更难以检测。传统的离散采样方法无法解析水体中细尺度的pH值最低点特征。因此,研究团队采用了一种生物地球化学剖面仪,以获取高分辨率的pH值、溶解氧和硝酸盐浓度的垂直剖面数据。这些观测数据还结合了卫星遥感获得的海表温度数据,共同用于分析东海陆架区域中层pH值变化的物理和生物地球化学驱动因素。
在采样和分析部分,研究团队在2017年8月对长江口及其邻近海域进行了多学科的海洋考察(见图1a)。他们使用多种现场生物地球化学仪器,对温度、盐度和溶解氧进行了高分辨率的垂直剖面测量。温度和盐度数据由SBE19plus CTD系统(Sea-Bird Scientific,美国)测量,而pH值则采用离子敏感场效应晶体管(ISFET)技术进行测量,这是一种广泛验证的现场pH测量方法。
研究团队在分析中层pH值、溶解氧和硝酸盐的垂直分布时发现,这些参数在中层水体中表现出明显的极值特征。这些极值表现为pH值和溶解氧浓度先下降后上升,与传统认为的从表层到底层的单调下降趋势不同。研究指出,中层pH值和溶解氧的最低点通常出现在10–30米的深度范围内。为了与以往文献中对深层酸化现象的定义区分开来,研究团队在此使用“中层”这一术语。
在站n6,表层pH值为8.50,随后逐渐下降。这种pH值的下降趋势与溶解氧的减少同步发生,而硝酸盐浓度则在这一深度范围内达到峰值。这一现象表明,中层水体的pH值和溶解氧变化之间存在密切的耦合关系。同时,研究团队还通过离散水样分析,在多个站点确认了这一中层特征的存在,进一步支持了其在东海陆架区域的普遍性。
研究团队在探讨中层溶解氧和pH值极值之间的耦合关系时指出,现场观测表明这些极值出现在温跃层内部或其下方,且这些变化是通过多种生物地球化学传感器独立测量得到的,这降低了这些极值是由仪器误差造成的可能性。此外,研究团队在多个站点的离散水样分析中也确认了这些模式的存在,进一步支持了中层水体极值特征的普遍性。
研究团队还强调,虽然物理和生物因素都对中层pH值变化有影响,但与Redfield化学计量比的紧密关联以及叶绿素a的升高表明,现场有机物的呼吸作用是塑造中层pH动态的主要驱动因素。同时,研究团队指出,中层pH值下降的信号被进一步放大,这可能对沿海生态系统产生更深远的影响。
在研究方法部分,研究团队详细描述了采样和分析的具体过程。他们使用多种现场生物地球化学传感器,对东海陆架区域的温度、盐度、溶解氧和硝酸盐进行了高分辨率的垂直剖面测量。同时,他们还通过计算碳酸盐系统参数,如溶解无机碳、总碱度、二氧化碳分压和方解石饱和度,来补充这些观测数据。此外,研究团队还利用卫星遥感技术获取了海表温度数据,以更全面地理解中层pH值变化的驱动因素。
研究团队还指出,由于中层碳酸盐极端现象的形成机制尚未完全明确,因此需要进一步的观测和研究。他们希望通过这一研究,揭示中层pH值变化的形成机制,并探讨其对沿海生态系统的影响。此外,研究团队还强调,中层pH值变化可能对上层沿海生态系统产生显著影响,包括对贝类养殖业的潜在威胁。
在结论部分,研究团队总结了他们的主要发现。他们指出,通过解析五个关键剖面的全深度生物地球化学数据,他们发现pH值的最低点通常与溶解氧的减少和硝酸盐的积累同时发生,这些变化发生在温跃层附近。尽管物理和生物因素都对中层pH值变化有影响,但与Redfield化学计量比的紧密关联以及叶绿素a的升高表明,现场有机物的呼吸作用是塑造中层pH动态的主要驱动因素。此外,研究团队还指出,中层pH值下降的信号被进一步放大,这可能对沿海生态系统产生更深远的影响。
研究团队还强调,对中层pH值变化的深入理解对于评估海洋酸化对沿海生态系统的影响至关重要。他们指出,中層pH值的变化可能对上层沿海生态系统产生负面影响,包括对贝类养殖业的潜在威胁。因此,研究团队希望通过这一研究,揭示中层pH值变化的形成机制,并为未来的海洋研究提供新的视角。
此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
研究团队还提到,他们希望进一步探讨中层pH值变化对海洋生态系统的潜在影响。他们指出,中层pH值的下降可能会对海洋生物的生理功能产生影响,包括钙化速率和光合作用效率。因此,研究团队希望通过这一研究,揭示中层pH值变化的形成机制,并为未来的海洋研究提供新的视角。
在研究过程中,研究团队还强调了多学科方法的重要性。他们结合了现场观测、离散水样分析和卫星遥感数据,以更全面地理解中层pH值变化的驱动因素。同时,研究团队还指出,高分辨率的垂直剖面数据对于揭示这些变化的细节至关重要。通过这一研究,他们希望为未来的海洋研究提供新的数据支持,并推动对海洋酸化现象的进一步理解。
研究团队还提到,他们的研究结果对理解海洋酸化在沿海生态系统中的表现具有重要意义。他们指出,中层pH值的变化可能对沿海生态系统的结构和功能产生影响,包括对贝类养殖业的潜在威胁。因此,研究团队希望通过这一研究,揭示中层pH值变化的形成机制,并为未来的海洋研究提供新的视角。
此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
研究团队还提到,他们的研究结果对理解海洋酸化在沿海生态系统中的表现具有重要意义。他们指出,中层pH值的变化可能对沿海生态系统的结构和功能产生影响,包括对贝类养殖业的潜在威胁。因此,研究团队希望通过这一研究,揭示中层pH值变化的形成机制,并为未来的海洋研究提供新的视角。
研究团队还强调,他们的研究结果对于评估海洋酸化对沿海生态系统的影响具有重要意义。他们指出,中层pH值的变化可能对海洋生物的生理功能产生影响,包括钙化速率和光合作用效率。因此,研究团队希望通过这一研究,揭示中层pH值变化的形成机制,并为未来的海洋研究提供新的视角。
此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
研究团队还提到,他们的研究结果对理解海洋酸化在沿海生态系统中的表现具有重要意义。他们指出,中层pH值的变化可能对沿海生态系统的结构和功能产生影响,包括对贝类养殖业的潜在威胁。因此,研究团队希望通过这一研究,揭示中层pH值变化的形成机制,并为未来的海洋研究提供新的视角。
研究团队还强调,他们的研究结果对于评估海洋酸化对沿海生态系统的影响具有重要意义。他们指出,中层pH值的变化可能对海洋生物的生理功能产生影响,包括钙化速率和光合作用效率。因此,研究团队希望通过这一研究,揭示中层pH值变化的形成机制,并为未来的海洋研究提供新的视角。
此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
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研究团队还强调,他们的研究结果对于评估海洋酸化对沿海生态系统的影响具有重要意义。他们指出,中层pH值的变化可能对海洋生物的生理功能产生影响,包括钙化速率和光合作用效率。因此,研究团队希望通过这一研究,揭示中层pH值变化的形成机制,并为未来的海洋研究提供新的视角。
此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
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此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
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此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
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此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
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此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
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此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
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此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
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此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
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此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
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此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
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研究团队还强调,他们的研究结果对于评估海洋酸化对沿海生态系统的影响具有重要意义。他们指出,中层pH值的变化可能对海洋生物的生理功能产生影响,包括钙化速率和光合作用效率。因此,研究团队希望通过这一研究,揭示中层pH值变化的形成机制,并为未来的海洋研究提供新的视角。
此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
研究团队还提到,他们的研究结果对理解海洋酸化在沿海生态系统中的表现具有重要意义。他们指出,中层pH值的变化可能对沿海生态系统的结构和功能产生影响,包括对贝类养殖业的潜在威胁。因此,研究团队希望通过这一研究,揭示中层pH值变化的形成机制,并为未来的海洋研究提供新的视角。
研究团队还强调,他们的研究结果对于评估海洋酸化对沿海生态系统的影响具有重要意义。他们指出,中层pH值的变化可能对海洋生物的生理功能产生影响,包括钙化速率和光合作用效率。因此,研究团队希望通过这一研究,揭示中层pH值变化的形成机制,并为未来的海洋研究提供新的视角。
此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
研究团队还提到,他们的研究结果对理解海洋酸化在沿海生态系统中的表现具有重要意义。他们指出,中层pH值的变化可能对沿海生态系统的结构和功能产生影响,包括对贝类养殖业的潜在威胁。因此,研究团队希望通过这一研究,揭示中层pH值变化的形成机制,并为未来的海洋研究提供新的视角。
研究团队还强调,他们的研究结果对于评估海洋酸化对沿海生态系统的影响具有重要意义。他们指出,中层pH值的变化可能对海洋生物的生理功能产生影响,包括钙化速率和光合作用效率。因此,研究团队希望通过这一研究,揭示中层pH值变化的形成机制,并为未来的海洋研究提供新的视角。
此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
研究团队还提到,他们的研究结果对理解海洋酸化在沿海生态系统中的表现具有重要意义。他们指出,中层pH值的变化可能对沿海生态系统的结构和功能产生影响,包括对贝类养殖业的潜在威胁。因此,研究团队希望通过这一研究,揭示中层pH值变化的形成机制,并为未来的海洋研究提供新的视角。
研究团队还强调,他们的研究结果对于评估海洋酸化对沿海生态系统的影响具有重要意义。他们指出,中层pH值的变化可能对海洋生物的生理功能产生影响,包括钙化速率和光合作用效率。因此,研究团队希望通过这一研究,揭示中层pH值变化的形成机制,并为未来的海洋研究提供新的视角。
此外,研究团队还指出,中层pH值的变化可能与上升流和盐度锋面的物理输运过程密切相关。这些区域通常具有较高的生物生产力,为中层pH值的变化提供了丰富的营养来源。同时,研究团队还强调,中层pH值的变化可能受到当地有机物分解和强底水输运的共同影响,因此需要进一步的研究来确认这些因素的具体作用。
研究团队还提到,他们的研究结果对理解海洋酸化在沿海生态系统中的表现具有重要意义。他们指出,中层pH值的变化可能对沿海生态系统的结构和功能产生影响,包括对贝类养殖业的潜在威胁。因此,研究团队希望通过这一研究,揭示中层pH值变化的形成机制,并为
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