长江口碳硅埋藏机制研究取得新进展：人类活动与自然周期共同驱动沉积变化

在人类活动与气候变化双重影响下，大河河口的碳硅埋藏过程发生显著改变。自然资源部第一海洋研究所冉祥滨研究员团队通过分析长江口柱状沉积物，系统揭示了碳硅埋藏通量与组成的长期变化特征，并发现其受河流输入改变、藻类群落演替及60年自然周期的共同调控。相关成果发表于《中国科学：地球科学》2025年第9期。

大河河口是陆海物质交换的关键区域，其碳硅埋藏过程对全球生物地球化学循环具有重要影响。近年来，人类活动如水库建设、土地利用变化等已显著改变了河流向河口输送颗粒物的通量与组成，进而影响了河口碳硅的埋藏效率与机制。以往研究多关注开阔大洋的碳硅循环，而对近海河口区域，特别是百年尺度上的碳硅埋藏响应机制认识仍不足。

自然资源部第一海洋研究所冉祥滨研究员与王昊博士基于长江口柱状沉积物样品，通过分析碳硅组成、稳定同位素（δ¹³C）及生物硅形态（图1），重建了1860年以来长江口碳硅埋藏的演变历史。研究发现，过去几十年长江口碳硅埋藏呈现显著变化：自1960年起，生物硅浓度增加30%，颗粒有机碳含量增长5%，而沉积速率则因长江悬浮泥沙通量减少而下降。

图1 长江口A6-6站位柱状沉积物中硅、碳、C/N比值和碳稳定同位素的垂直分布

（a）Si-Alk、BSi和Si-HCl含量；（b）POC含量；（c）C/N比值；（d）δ¹³C

研究进一步识别出三种主要生物硅组分：植硅体、硅藻碎片和海绵骨针。其中植硅体占比52%，但随时间呈下降趋势，而硅藻和海绵骨针比例逐渐上升。通过显微观察，团队发现植硅体组成以平滑棒形为主（占25%~41%）（图2），其稳定性反映了流域草本植物的连续输入。此外，δ¹³C分析表明，生物硅圈闭有机碳的δ¹³C值较沉积有机碳更偏负，指示后者降解程度更高。

值得注意的是，研究首次发现长江口碳硅埋藏存在约60年的周期性波动，生物硅来源在陆源与海源之间发生多次转换。通过建立C/N比值计算模型，团队量化了非硅藻来源碳的贡献，发现近20年来其比例平均增加9%，这与河口富营养化背景下甲藻比例上升的观测结果一致。

图2 长江口A6-6柱状沉积物中植硅体组成的时间变化

图2显示了长江口沉积物中的植硅体呈现出 “丰度减少但优势种类稳定” 的总体特征。这一变化主要反映了人类活动（筑坝）导致的陆源物质输送减少，同时也记录了流域气候变化的信息。

水库建设等人类活动通过减少陆源植硅体输送、提高水体透明度促进硅藻生长，显著改变了河口生物硅组成。同时，营养盐输入增加加剧了富营养化，进一步推动了浮游植物群落向非硅藻（如甲藻）转变，最终影响了碳硅埋藏的通量与组成。

该研究揭示了人类活动与自然周期共同调控河口碳硅埋藏的新机制，为预测未来河口生态环境演变提供了重要科学依据。研究建议未来应结合多指标与模型模拟，进一步量化关键生物地球化学过程的贡献。