研究簡介:本研究探討了黃海永三河口大型人工堤防對沉積物地球化學、硫酸鹽還原率（SRRs）、沉積物耗氧需求（SOD）以及底棲營養物通量（BNF）對初級生產潛在貢獻的環境影響。文章指出，在21世紀，隨著人口增長和工農業活動增加，全球河流系統建造了大量水壩和堤壩以解決水資源短缺問題。然而這些結構在大潮差河口環境中可能引發與沿海生態系統中生物地球化學和生態過程相關的嚴重問題。例如堤壩附近的水流速度降低，導致有機質豐富的細顆粒大量沉積，改變了水柱和沉積物的物理化學性質。此外，淡水排放物中可能含有大量的顆粒和溶解有機物及無機營養物質，可能引發富營養化和浮游植物大量繁殖，最終改變沿海生態系統中的營養結構和生物地球化學過程。本研究的主要目標是闡明人工堤壩對沉積物地球化學、沉積物耗氧需求和通過硫酸鹽還原的厭氧有機碳氧化的影響，以及評估底棲營養物通量通過底-遠洋耦合在大潮差榮山江河口水柱初級生產中的潛力。

Unisense微電極系統的應用

使用孵化室分別采集未受擾動的沉積物樣品，以測量沉積物氧需求（SOD）和底棲營養鹽通量（BNF）。取回后立即將孵化室運送到實驗室，并在采樣后6小時內在原位溫度和小心密封以排除氣泡的情況下開始孵化。上覆水通過齒輪泵連續均質化。DO濃度隨時間的下降在8小時內通過插入核心頂部的小口中的Clark型氧微傳感器（Unisense，OX-50）測量。使用底水已知氧濃度的信號與沉積物厭氧區的零氧線性關系對氧微傳感器進行校準。在孵化期間，每0.5-1小時手動記錄DO濃度的變化。

實驗結果

黃海永三河口的大型人工堤防對沉積物地球化學、硫酸鹽還原率（SRRs）、沉積物耗氧需求（SOD）以及底棲營養物通量（BNF）產生了顯著影響。研究發現，堤壩附近的沉積物具有高有機碳含量，導致極高的SOD和SRRs，其中硫酸鹽還原占有機碳氧化的73%，顯著增加了孔隙水中的NH4+、PO43-和HS-濃度。此外堤壩附近的BNF對水柱初級生產所需的N和P貢獻高達200%，表明人工堤壩的建設可能對沿海生態系統的生物地球化學和生態過程產生深遠影響。

圖1、榮山江河口的采樣站點及各站點沉積物顏色的圖片

圖2、孔隙水中NH4+、NOx、PO43-、HS-和SO42-的垂直分布以及沉積物中的硫酸鹽還原速率（SRR）

圖3、2011年YE1和YE3底棲室內氧氣和營養物質濃度隨時間的變化

圖4、在各種海洋環境中測量的顆粒有機碳（POC）與沉積物氧需求（SOD）之間的關系

圖5、初級生產（PP）的營養需求、底棲營養物質通量（BNF）及其對富含有機質的沿海沉積物中PP的貢獻。

結論與展望

本研究聚焦于黃海榮山江河口，旨在探究大型人工堤壩對沉積物地球化學特性、硫酸鹽還原率（SRRs）、沉積物耗氧需求（SOD）以及底棲營養物通量（BNF）對初級生產力的潛在影響。研究發現，堤壩附近的沉積物（YE1）有機碳含量超過4%（干重），并表現出極高的SOD（327 mmol/m2/d）和SRRs（91-140 mmol/m2/d）。硫酸鹽還原在有機碳氧化中占比高達73%，導致孔隙水中的NH4+、PO43-和HS-濃度顯著升高。YE1站的BNF對水柱初級生產所需的氮（N）和磷（P）貢獻超過200%。這些發現揭示了人工堤壩建設可能對沿海生態系統的生物地球化學循環和生態過程產生顯著的長期影響。研究結果強調，人工堤壩的建設可能會深刻改變沿海生態系統的生物地球化學和生態過程，尤其是在堤壩附近，高BNF可能通過底-遠洋耦合機制影響水柱的初級生產。

Unisense微電極系統為沉積物-水界面的化學特性提供了詳盡的數據，幫助評估人工堤壩對沉積物地球化學及生物地球化學循環的影響，從而更深入地理解人工堤壩對沿海生態系統的潛在影響。這些發現突出了人工堤壩在改變沉積物特性和加強底-遠洋耦合中的潛在作用，可能對水柱中的初級生產力和營養循環產生影響。因此本研究凸顯了在河口生態系統管理中考慮人工堤壩影響的必要性，并為水資源管理和生態保護提供了科學依據。