渤海和北黄海N2O分布及其对海洋酸化的响应研究

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氧化亚氮(N2O)是大气中常见的温室气体之一,可以通过光化学反应破坏大气臭氧层。然而,由于海洋环境复杂,N2O的排放在全球海洋中的分布并不均匀。受人为活动影响较大的大陆架是N2O的重要来源,特别是在河口地区。然而,由于观测频率和空间的限制,对N2O海气通量的估算仍然不准确。为了探究黄海和渤海N2O的时空分布特征以及环境因子对N2O的调控机制,我们于2019年进行了三次航次调查,研究渤海(BS)和北黄海(NYS)的N2O浓度分布和海气通量的时空变化,并分析了该海域N2O的区域来源和环境因子的影响机制。研究结果表明N2O的平均浓度在夏季达到峰值,其次是秋季,而在春季降到低值。N2O浓度从河口到陆架海域呈梯度下降,特别是在夏季,这表明河口区域的河流输入是黄渤海重要的N2O来源。由于水体的垂直混合效应,秋季N2O的垂直分布比较均匀,而春季和夏季的沉积物-水交界面仍然是N2O排放的热点区域。广义加性模型(GAM)结果表明,温度、盐度、溶解氧和p H值是渤海和北黄海中N2O的主要预测因子。过量的N2O浓度与表观氧利用率(AOU)和NO3–浓度呈线性相关,这表明硝化作用是渤海和北黄海中原位产生N2O的主要过程。水团的混合,特别是河流冲淡水(DW)和渤海沿岸水(BCW),为渤海和北黄海的整个陆架海区域提供了大量的N2O。此外,沿海河流输入是河口地区N2O排放的主要推手。总体而言,渤海和北黄海的N2O年排放量约为1.72×10–2Tg yr–1,占全球海洋N2O年排放量的0.51%,但仅占世界海洋总面积的0.04%。因此,渤海和北黄海都是该区域大气中重要的N2O来源。由于气候变化,水体耗氧和海洋酸化变得更加严重。低氧环境能够刺激N2O排放,而海洋酸化对N2O产生的影响有差异性,而差异因海域而不同。低氧和海洋酸化可能在未来海洋N2O生产的演变中发挥关键作用。然而,低氧和海洋酸化对N2O产生的交互影响仍不清楚。我们进行了实验室内培养实验,以确定海洋酸化和低氧以及它们的交互作用对N2O产生的影响。培养实验结果表明,当p H值下降0.25时,N2O产量分别下降50.77%和72.38%。相比之下,低氧处理对N2O产量有积极的影响;当溶解氧(DO)降至3.7和2.4 mg L–1时,N2O产量分别增加了49.72和278.68%。海洋酸化和低氧的耦合显著增加了N2O的产量,但单一处理而言,低氧和海洋酸化两者之间存在拮抗关系。结构方程模型结果表明,低氧处理对N2O产量变化的总体影响抵消了海洋酸化的影响,总影响为正。根据我们的研究结果,在未来的全球气候变化情景下,由于海洋酸化和低氧海域日益扩大,渤海沿海水域的N2O产量会增加,进一步影响气候变化。
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