《Marine Environmental Research》：Hydrodynamic processes and their impact on eutrophication in two distinct types of bays near the Beibu Gulf coast: insight from dual water isotopes
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本研究通过δD和δ1?O同位素技术分析早雨季广西湾口Qinzhou湾（多河输入）和Tieshangang湾（无河输入）的水动力过程与营养盐输运。结果显示：Qinzhou湾49%受近岸淡水影响，Tieshangang湾61%受外湾高盐水控制；但后者69-95%的营养盐来自淡水，因海水入侵形成内锋面阻碍扩散，导致其富营养化程度显著高于Qinzhou湾。研究揭示了海湾类型差异对富营养化的影响机制，强调河流在营养输运中的关键作用。
吴俊辉|曹瑞雪|老启斌|金光哲|卢轩|陈春青|陈发金|张书文
中国汕头大学海洋科学研究所
摘要
对于不同类型小海湾中的水动力过程和营养物供应的定量理解仍然有限。通过结合水同位素、水文参数和营养物分析，我们的研究发现：秦州湾（一个有多条河流输入的海湾）受到沿海稀释水的影响显著（49%），而铁山港湾（一个没有河流输入的海湾）在雨季初期主要受到外部高盐度海水的影响（61%）。然而，尽管存在这些差异，铁山港湾从稀释水中获得的营养物供应比例（69-95%）仍然高于秦州湾（58-87%）。这种差异与铁山港湾内部海水入侵程度更高有关，这形成了一个内部盐度锋面，阻碍了营养物向海湾外的扩散。该锋面的屏障效应阻碍了陆地营养物质向海湾外的扩散，并在海湾内积累，加剧了铁山港湾内部的富营养化现象。因此，铁山港湾的富营养化程度明显高于秦州湾。我们的研究为不同类型海湾中的水动力过程及其对富营养化的影响提供了宝贵的见解，强调了河流存在对小海湾营养物输送的重要性。
引言
沿海海湾和河口是从河流径流到海水的过渡区域（O'Connor等人，2022年），在全球生物地球化学过程、海洋生产力、生态环境和碳封存方面发挥着极其重要的作用（Dai等人，2023年；Dzwonkowski等人，2023年）。它们也是将陆地营养物质输送到海洋的关键区域（Dai等人，2023年；Lheureux等人，2022年）。然而，近岸小海湾中的水动力过程非常复杂且多变（Chen等人，2022年；Jackson等人，2022年）。这些不同水体之间的水文特征和营养物携带物质的差异显著影响了当地的水质、沉积环境和生态，例如缺氧（Steckbauer等人，2011年；Testa等人，2014年）、海水养殖活动（Yoshikai等人，2021年；Lao等人，2022a）以及有害藻类暴发（Aleynik等人，2016年；Yang等人，2018a；Lao等人，2023a）。因此，对小海湾中的水动力过程及其相关营养物供应的定量理解将有助于我们更好地了解海洋动力过程如何影响沿海海洋生态环境，同时促进海洋经济的可持续发展。
传统的海水团分析方法难以识别具有复杂水动力过程的沿海地区和小海湾中的水体过程（Lao等人，2022b）。近年来，同位素技术的出现逐渐解决了这一问题。由于水同位素（δD和δ18O）的保守性质及其与水本身的相似特性，它们能够保留关于各种水体的关键信息，并被广泛用于识别和追踪当前及过去的水体输送、分布和混合情况（Deshpande等人，2013年；Dubinin和Dubinin，2014年；Voelker等人，2015年；Yang等人，2018b；Chen等人，2020年；Xie等人，2023年；Lao等人，2022b）。同位素技术已成功用于深入了解沿海水体的动态及其相关的生态环境影响，如有害藻类暴发（Poulson和Sullivan，2010年）和海水养殖活动（Guo等人，2021年）。
北部湾位于中国南海的西北部，是一个半封闭的海湾。它是中国重要的天然渔场和海洋水产养殖基地。北部湾的近海区域受到众多河流的淡水输入，导致海湾内形成了近岸水流（Lao等人，2022b）。由于季风和地形等多种因素的影响，北部湾内的水动力过程非常复杂，具有明显的季节性变化（Gao等人，2013年；2017年）。值得注意的是，这些河流的分布并不均匀。例如，秦州湾附近有多条河流输入，而铁山港湾则没有（图1）。这种水动力差异导致了这两个海湾中海洋生物地球化学过程的显著变化（Chen等人，2022年）。尽管Lao等人（Lao等人，2022a，2022b，2023a）研究了北部湾的水体分布及其对营养物供应的影响，但在具有显著水动力差异的沿海海湾（如有多条河流输入的秦州湾和没有河流输入的铁山港湾）中的水体过程和来源仍不清楚。此外，通过水同位素（δD和δ18O）追踪的水体混合与这两种类型海湾之间富营养化的差异之间的联系尚未建立。此外，还没有对这些类型海湾向北部湾的营养物供应机制进行定量比较。特别是在雨季初期，许多在旱季积累的陆地污染物被冲入沿海水域（Chen和Jia，2009年），导致这一时期水富营养化加剧和藻类暴发频繁（Worm和Lotze，2006年；Zhang等人，2022年），严重影响了海湾内的水产养殖活动。为了解决这些问题，本研究在雨季初期调查了秦州湾和铁山港湾的双重水同位素、海水温度、盐度和营养物，旨在识别和量化这两个海湾的水源，探索它们对营养物供应的影响，从而加深对不同海湾水动力过程中营养物供应及其对沿海生态环境影响的理解。
研究区域和野外采样
北部湾是一个位于中国南海西北部的半封闭海湾，毗邻越南、广西壮族自治区、雷州半岛和海南岛。秦州湾位于中部地区，而铁山港湾位于西部地区，两者都靠近北部湾的海岸，是该海湾中较大的两个海湾。这些地区的气候主要受东亚季风的影响，雨季以西南季风为主
水文和富营养化特征及同位素丰度
水文参数和同位素值的分布特征如图2所示。秦州湾的平均温度为24.9±0.4°C，空间分布较为均匀（Q10-Q13站除外）。相比之下，铁山港湾的平均温度为25.3±0.9°C，内部海湾的温度显著高于外部港口（图2b）。这与铁山港湾内部的水交换较弱有关
秦州湾和铁山港湾的水源分布
在水生环境中，氢同位素的丰度变化较大（超过250‰），这种变化明显高于水中的氧同位素（Craig和Gordon，1965年；Lao等人，2023b；Dawson和Siegwolf，2007年）。这导致在水生环境中的同位素分馏过程中δD的变化比δ18O更为显著（Gat，2010年；Lao等人，2023b）。由于水过程的差异（如
结论
本研究通过结合水文参数、双重水同位素和营养物，量化了北部湾沿海地区两个海湾在雨季初期的水动力过程和营养物供应情况：一个有河流输入（秦州湾），另一个没有河流输入（铁山港湾）。这两个海湾的海水主要受到稀释水和高盐度海水的影响，这两种水体都来自外部海湾。具体来说，秦州湾受到的影响更为显著
CRediT作者贡献声明
张书文：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念构思。吴俊辉：撰写——初稿、方法论、调查、数据分析、数据管理。卢轩：调查、数据管理。金光哲：可视化、方法论。老启斌：撰写——审稿与编辑、可视化、软件应用、数据分析。曹瑞雪：调查。陈发金：监督、资源协调、方法论。陈春青：方法论
未引用参考文献
Dubinin和Dubinina，2014年；Lian等人，2016年。
利益冲突声明
? 作者声明他们没有已知的可能影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了广东省基础与应用基础研究基金（2023B1515120029）、国家自然科学基金（92158201、42376001、42276047）以及汕头市创新与创业项目（2021112176541391）的支持。
