镭同位素示踪边缘海陆架跨边界营养盐输运过程及其生态意义

本研究利用短寿命镭同位素(224Ra/223Ra)示踪技术，首次系统量化了波罗的海沿岸带营养盐跨陆架输运通量。研究人员通过14条断面采样揭示：陆架区水平涡扩散系数达(3.9±1.1)×106 m2 day-1，近岸水体滞留时间7.6±4.5天；发现溶解无机氮(DIN)跨陆架通量是历史河流输入均值的4.5倍，磷酸盐通量高出20%，而硅酸盐通量降低57%。该研究为边缘海营养盐循环模型提供了关键参数，揭示了传统河流中心评估方法的局限性。

　　

在海洋与陆地交汇的边缘海区域，营养盐的输运过程如同精密的生态齿轮，驱动着整个近岸生态系统的运转。波罗的海作为典型的半封闭边缘海，长期承受着来自85 million沿岸人口的营养盐输入压力，90%的沿岸水域常年受到有害藻华和缺氧困扰。传统研究将河流视为营养盐输入的主要通道，却忽视了陆架区这个"隐形调节器"——在这里，营养盐可能被转化、滞留或永久移除。更关键的是，我们至今不清楚有多少陆地营养盐能真正突破"河口过滤器"进入开阔海域，这个认知缺口直接影响了富营养化治理策略的制定。

瑞典哥德堡大学（University of Gothenburg）海洋科学系的Aprajita S. Tomer团队创新性地运用短寿命镭同位素示踪技术，在波罗的海12个沿海位置布设14条断面，首次全景式揭示了陆架尺度营养盐输运的"黑箱"过程。这项发表在《Ethics, Medicine and Public Health》的研究表明：陆架区就像一个生化反应釜，不仅改变了河流输入的营养盐配比，还可能通过地下水等隐蔽途径额外输送营养盐。

研究人员采用三大关键技术：1) 镭同位素(²²⁴Ra半衰期3.66天，²²³Ra半衰期11.4天)水平梯度法计算涡扩散系数K_h；2) ²²⁴Ra/²²³Ra活度比测定水体表观年龄；3) 结合营养盐浓度梯度与CTD分层数据，计算8000 km海岸线的营养盐通量。所有样品均通过300L大体积采水器获取，采用MnO₂纤维富集和RaDeCC系统测定镭活度。

【海岸水文条件】

垂直剖面显示14 m深处存在稳定密度跃层(?²>0)，表层混合均匀(?²≈0)。这种分层结构有效阻断了底栖营养盐输入，确保表层镭信号仅反映水平输运过程。盐度梯度(0.1-4.7)证实淡水主导的表层水体承载着陆源营养盐。

【镭示踪的近岸混合】

²²⁴Ra活度(1.0±0.7 dpm/100L)随离岸距离呈指数衰减，80%断面符合涡扩散主导模式。计算得到的水平涡扩散系数(3.9±1.1)×10⁶ m² day^-1与德国Eckernf?rde湾历史数据吻合，但将空间尺度从海湾拓展至整个波罗的海。水体滞留时间7.6±4.5天，为营养盐转化提供了充分时间窗口。

【跨岸营养盐动态】

营养盐呈现显著陆源特征：硅酸盐(14.3 μM)>DIN(3.3 μM)>磷酸盐(0.07 μM)。DIN:DIP=29远超Redfield比值(16:1)，显示磷限制状态；而DIN:DSi=0.2表明硅相对富集。特别值得注意的是，瑞典西南沿岸硅酸盐浓度是东南部的2倍，反映基岩风化输入的空间异质性。

【波罗的海营养盐收支新解】

通过BALTSEM模型对比发现：镭推导的跨陆架通量显示硅酸盐比河流输入减少57%(10.9 kt Si day^-1缺口)，而DIN和磷酸盐分别增加4.5倍和20%。这种"硅流失而氮磷增益"现象暗示：1) 陆架沉积物可能截留硅；2) 地下水等扩散源补充氮磷；3) 生物过程改变营养盐 stoichiometry(化学计量比)。

这项研究颠覆了传统"河流中心主义"的评估框架，证明陆架区是营养盐循环不可忽视的"二次加工厂"。镭同位素揭示的45.1 m² s^-1涡扩散系数，为建立新一代波罗的海生态模型提供了关键参数。更深远的意义在于：当前仅针对河流输入的减排政策可能低估了陆架隐蔽源的通量，特别是地下水输入的溶解无机氮可能持续"喂养"有害藻华。该成果为边缘海治理提供了新的监测思路——要想真正遏制波罗的海富营养化，或许需要把监测网络从河口延伸到整个陆架区。