論文一、 我國河流氮和溶解氧含量對氧化亞氮釋放影響
河流系統已經成為陸地系統氮輸出的主要匯,因此河流系統氧化亞氮的排放受到廣泛關注。地理資源所晏維金研究員與國內同行合作,選擇長江、巢湖和九龍江流域的六條不同類型河流,研究河流氧化亞氮的釋放、關鍵影響因素并評估IPCC關于河流氧化亞氮釋放系數的適用性問題。研究發現,不同類型河流溶存氧化亞氮濃度和釋放存在顯著的空間差異,城市納污型河流氧化亞氮的濃度和釋放通量大大高于其它類型的河流,河流氧化亞氮與河流硝酸鹽含量之間有顯著的正相關關系,而與河流溶解氧含量之間有顯著的負相關關系,但對于城市納污型河流來說,河流氧化亞氮與河流氨氮含量之間有顯著的正相關關系。研究建議IPCC在評估河流氧化亞氮釋放系數時,應當全面考慮這些因素。上述研究結果發表在國際環境生態類 TOP 期刊 Atmospheric Environment(Wang, J., Chen, N., Yan, W*., Wang, B., Yang, L.,Effect of dissolved oxygen and nitrogen on emission of N2O from rivers in China, Atmospheric Environment (2015), doi: 10.1016/j.atmosenv.2014.12.054. ) 。
論文二、模擬長江輸送溶解態無機氮與無機磷比例的長期變化及其與鄰近河口葉綠素和海床溶解氧濃度的關系
近幾十年來,人類活動顯著影響長江流域的氮、磷輸入量和生物地球化學循環過程,相應地,長江向河口輸送的溶解態無機氮(DIN)和無機磷(DIP)通量呈指數式增加。由此引起的問題是:長江輸送營養鹽的比例變化對長江口鄰近海域生態環境產生怎樣的影響?這一問題一直是國際“陸海相互作用(LOICZ)”,“IMBER”等研究計劃的核心和熱點問題。本研究基于Global NEWS-DIN 和 NEWS-DIP模型,模擬長江輸送DIN:DIP比例的長期變化,研究顯示長江輸送DIN:DIP比例從1970年的76:1,快速增加到1985年的384:1, 然后在2013年下降到149:1。觀測到長江口鄰近海域葉綠素濃度從1992年到2010年增加了146%,海床溶解氧含量下降24.6%,從1999年開始,每年夏季在特定的海域(122°-123°E, 32°-33°N)觀測到低氧區。研究發現這期間的葉綠素濃度與長江輸送DIN:DIP比例呈顯著的負相關關系。研究揭示長江輸送的營養鹽顯著影響長江口鄰近海域的葉綠素和溶解氧濃度。基于千年生態系統評估(MEA)的四種不同情景預測表明,到2050年,在采取全球協調、技術革新和實行可持續發展的模式下,長江輸送的營養鹽量將達到控制,鄰近河口海域葉綠素含量下降。上述研究成果發表在Estuarine, Costal and Shelf Sciences (Jianing Wang, Weijin Yan*, Nengwang Chen, Xinyan Li, Lusan Liu. Modeled long-term changes of DIN:DIP ratio in the Changjiang River in relation to Chl-α and DO concentrations in adjacent estuary. Estuarine Coastal and Shelf Science. doi: 10.1016/j.ecss.2014.11.028.)期刊。
論文三、長江輸送溶解態無機氮對東海初級生產力及海床沉積物厭氧區影響
地理資源所晏維金研究員與臺灣中央大學劉康克教授等人合作,基于長江月徑流量和DIN通量,首次定性定量地研究長江輸送的氮負荷時間序列變化(1970-2002年)對東海水體初級生產力和沉積物-水界面海床需氧量(SOD)的影響。研究結果表明,長江輸送的氮量是東海初級生產力的主要驅動因素之一,對水體初級生產力和沉積物-水界面海床需氧量(SOD)有顯著影響;模型模擬的東海陸架海域多年平均初級生產力為 437 mg C m-2 d-1 ,海床需氧量(SOD)為10.0 mmol O2 m-2 d-1。長江輸送DIN每增加大約2.4倍,東海初級生產力增加約17%,SOD增加22%。如果考慮沉積物-水界面海床水柱深在25米以上,厭氧區的SOD標準為 30 mmol O2 m-2 d-1 ,那么,自1991起,最大厭氧區面積在1年中的任何月份都顯著增加,從1991年前的不到7700 km2,增加到9000 km2以上,最大面積達到21000 km2,特別是每年5-7月份的厭氧區面積從1990開始出現突然的增加,厭氧區面積增加的響應相比長江輸送DIN的增加更加突出,表明厭氧區面積增加對長江輸送DIN的響應是非線性的。進一步的研究長江輸送營養鹽的形態組成變化,特別是顆粒態營養鹽的量,將有助于更精確的定量反映東海初級生產力和SOD的響應機制。上述研究成果發表在Journal of Marine Systems (Liu, Kon-Kee, Yan, Weijin, Lee, Hung-Jen, Chao, Shenn-Yu, Gong, Gwo-Ching, Yeh, Tzu-Ying. Impacts of increasing dissolved inorganic nitrogen discharged from Changjiang on primary production and seafloor oxygen demand in the East China Sea from 1970 to 2002, Journal of Marine Systems, doi:10.1016/j.jmarsys.2014.07.022 )刊物上。
本系列研究成果得到國家自然科學基金和中國科學院地理科學與資源研究所“一三五”領域前沿項目的資助。