近日，中國水產科學研究院南海水產研究所院級南海漁業生態環境監測與評價創新團隊谷陽光研究員聯合日本山形大學Richard W. Jordan教授及海南大學姜仕軍教授等，成功揭示了沿海海域過去167年氧化還原性變化對碳氮埋藏量線性增長趨勢的驅動作用。該研究基于南海沿岸新村灣的柱狀沉積物樣本，通過分析氧化還原性指標（Cu/Zn比率）和總有機碳（TOC）、總氮（TN）的變化，首次揭示了過去近兩個世紀中沿海海域氧化還原條件變化對碳氮埋藏的長期影響，為進一步研究海洋碳氮循環及氣候變化提供了重要依據。相關研究成果以《Coastal redox shifts over the past 167 years and preservation of total organic carbon and total nitrogen》為題發表在國際海洋環境知名期刊《Marine Pollution Bulletin》上（JCR一區，IF=5.3）。
該研究采用了210Pb放射性同位素定年模型，精確計算了沉積速率，為建立可靠的年代框架奠定了基礎。通過粒度分析，研究人員發現沉積物中粘土和粉砂成分占主導地位，并在特定深度處發現了粒度波動，反映了環境變化的動態特征。同時，生源要素、δ13C和金屬元素的時空揭示了有機物來源的變化以及人為活動對金屬元素濃度的影響。最為關鍵的是，研究引入了Cu/Zn比率作為氧化還原性指標，發現隨著時間推移，新村灣沉積環境由氧化性向還原性逐漸轉變，氧氣水平呈下降趨勢（圖1）。時間序列分析表明，Cu/Zn比率與TOC和TN之間存在顯著的線性關系，說明氧化還原條件對TOC和TN的保存起著決定性作用（圖2）。這一發現不僅加深了我們對沿海海域沉積環境變化的理解，還揭示了氧化還原性變化對碳氮埋藏量的長期影響。該研究為沿海海域生態系統變化與全球氣候變化之間的相互關系提供了新的證據，并為未來研究海洋碳氮循環及沿海海域生態系統健康提供了重要的科學依據。
研究團隊表示，未來將繼續深入探討不同氣候條件、自然事件和人為活動對氧化還原性變化的影響，以期為沿海漁業生態環境保護與可持續發展提供更多科學支持。
圖1. 新村灣柱狀沉積物樣本中Cu/Zn比率在過去167年（1853～2016年）的長期變化趨勢(A) Cu/Zn比率的原始時間序列數據，顯示出一個逐漸下降的趨勢，反映了新村灣水體中氧化還原電位的下降；(B) 通過時間序列分析得出的新村灣柱狀沉積物樣本中Cu/Zn比率的長期趨勢，顯示出Cu/Zn比率的逐漸下降，表明該水體氧化還原電位的持續下降；(C) 通過時間序列分解提取的季節性成分，表明季節性變化極小，與長期沉積過程一致；(D) 在去除長期趨勢和季節性成分后的殘差，顯示隨機波動，表明數據中沒有其他系統性模式。
圖2. 散點圖顯示顯著負相關關系：(A) Cu/Zn與年份之間的負相關關系；(B) Cu/Zn與總有機碳（TOC）之間的負相關關系；(C) Cu/Zn與總氮（TN）之間的負相關關系。這些關系通過線性回歸和時間序列分析得出，突出了氧化還原動態對沉積物中TOC和TN保存的影響。
本研究獲得了海南省自然基金（(422MS155）和中國水產科學研究院中央級公益性科研院所基本科研業務費（2023TD15）項目的資助。
全文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0025326X24014966
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