近日，5123导航、海洋与地球学院王桂芝教授课题组与合作者以“Submarine groundwater discharge in Dongshan Bay, China: a master regulator of nutrients in spring and potential national significance of small bays” 为题在海洋学国际期刊Frontiers in Marine Science上发表最新研究进展。研究揭示了海底地下水排放（SGD）主控东山湾营养盐的输入、分布以及浮游植物生长的现象，该成果对富营养化小型海湾环境管理措施的制定和中国沿岸SGD的营养盐总通量的准确评估具有重要意义。
海底地下水排放（Submarine groundwater discharge，SGD）指陆架边缘海底水体受不同驱动力驱动而向近岸海域的排放。由于地下水中的营养盐浓度普遍高于近岸海水，因此SGD是近岸海域重要的营养盐来源，也是造成近岸海域富营养化的重要推手之一。中国沿岸90%的海湾面积不足500 km2，然而对于这些小型海湾的SGD调查却相对匮乏，SGD对小型海湾系统的营养盐含量、分布以及生物地球化学循环的影响也尚未明确。
研究团队以长半衰期镭同位素（226Ra和228Ra）作为SGD示踪剂，基于大面观测和定点时间序列观测数据建立质量平衡模型，估算出东山湾全湾平均与定点站位的SGD通量及营养盐排放通量。结果显示，2020年5月，东山湾全湾平均的SGD通量为（7.47±3.40）×106 m3 d-1，相当于漳江当月径流量的9倍左右。SGD向东山湾输入的营养盐净通量分别为溶解无机氮（DIN）：（7.06±0.82）×105 mol d-1，活性磷酸盐（SRP）：（2.05±0.34）×104 mol d-1，溶解硅酸盐（DSi）：（1.12±0.34）×106 mol d-1。SGD输入的营养盐通量比河流输入和大气沉降分别高出一至两个数量级，表明SGD是东山湾最主要的营养盐来源。
图1. SGD、河水以及大气沉降向东山湾输入的营养盐通量
研究还发现东山湾内228Ra活度和DIN、SRP以及DSi的浓度之间的正相关关系在迄今为止已报道的近岸系统中最为显著（除表层水中的SRP外，p<0.01，R2>0.90），表明SGD对东山湾营养盐分布的驱动较其它近岸系统更为强烈；湾内228Ra活度和叶绿素（Chl. a）浓度之间也存在显著的正相关关系（p<0.05，R2>0.40），据此推测SGD可通过控制营养盐的输入和分布调节东山湾浮游植物的生物量；在湾中心的定点站位，228Ra活度的最高值和Chl. a浓度的最高值同时出现，再次确证了SGD对湾内浮游植物生物量的调控作用。显而易见，SGD营养盐的输入决定了东山湾的潜在富营养化条件。
图2. 东山湾春季 228Ra和DIN、SRP、DSi以及Chl. a之间的关系。（A-D）表层水；（E-H）底层水
基于海湾面积、海岸线长度、沉积物粒度等特征，研究团队采用k-means聚类分析，将中国沿岸的海湾分为三类：大型海湾（>2000 km2）、中型海湾（500-2000 km2）和小型海湾（<500 km2）。同时结合已有文献，对中国沿岸SGD输入的营养盐总通量以及其中小型海湾的占比进行了评估。研究结果显示，小型海湾对整个中国沿岸SGD营养盐通量的贡献超过50%，因此，加强小型海湾的调查对于提高大空间尺度SGD营养盐通量估计的准确性至关重要。
图3. 中国沿岸大型、中型以及小型海湾的SGD输入的营养盐通量汇总
该论文的第一作者为5123导航2020级硕士研究生孙亚飞，共同通讯作者为王桂芝教授和中国地质科学院水文地质环境地质研究所张媛静副研究员。论文的共同作者还包括福建省海洋研究所福建省海岛与海岸带管理技术研究重点实验室翁宇斌副研究员、5123导航工程师江艺勇等。该研究受到福建省自然科学基金项目（2019J01020）和国家自然科学基金项目（42188102, 41576074）的联合资助。
论文来源
Sun, Y., Wang G*., Weng Y., Li, Q., Zhang F., Jiang W., Dai G., Lin W., Sun S., Jiang Y., Zhang Y.* (2023). Submarine groundwater discharge in Dongshan Bay, China: a master regulator of nutrients in spring and potential national significance of small bays. Frontiers in Marine Science, 10, doi: 10.3389/fmars.2023.1164589
供稿：孙亚飞
审核：蔡毅华、刘志宇
