河流向海洋的物质输运是海洋元素循环的重要组成部分，然而以往的关注点主要是河流溶解态元素输运对海洋元素收支的影响，对绝大多数元素来说，陆源颗粒物的贡献目前尚缺乏理解和量化。近日，Ⅳ类高峰学科“岛屿大气与生态”赵宁研究团队与新加坡国立大学、美国麻省理工学院等多家机构的科学家合作，揭示了陆源颗粒物与海水的物质交换是全球海洋铅循环的重要环节，可以解释海水铅源-汇不平衡的缺失通量，研究成果以Boundary exchange completes the marine Pb cycle jigsaw为题在线发表于美国科学院院刊（PNAS）。

基于深海沉积物的研究表明全球海洋铅汇的通量显著高于已知的大气沉降、海底热液和河流等铅源的总通量，表明对海洋铅来源的认识还存在重要缺失。前人基于钕同位素等研究，发现大陆边缘的沉积物能与海水发生物质交换，从而改变海水中一些元素的同位素组成，这一过程被称为边界交换。然而，边界交换对海洋同位素的影响是否适用于更多元素，以及边界交换是否可以显著影响海洋元素收支通量目前还很少被关注。对于铅元素而言，颗粒态形式的河流入海通量是溶解态的数百倍，于是研究团队计划通过野外采样、实验室分析、数据集成与模型计算，综合评估边界交换在海洋铅循环中的作用。

样品采集区域

亚洲东部和南部是世界上河流入海沉积物通量最大的区域，其中东南亚地区多半岛与岛屿，海岸线长，且由于降雨量高、地形坡降大，单位面积的沉积物产出量大，所以是进行本研究实验部分采样的合适区域。研究团队分析了马来半岛周围多个站位的海水同位素数据，发现海水铅同位素组成并不能用河流与海洋两个端元的混和来解释。基于模型的计算结果则发现河流输入颗粒物与海水的铅交换可以很好地解释马来半岛周围海水的铅同位素异常。模型研究进一步表明，颗粒态-溶解态交换导致的由颗粒物向海水转移的铅元素净通量会随着海水浓度升高而降低。由于人类活动的影响（如含铅汽油的使用），当今许多地区表层海水的铅浓度较高，陆源颗粒物可能会成为海水铅的汇，但是对于人新世之前的海洋，由于海水铅浓度较低，颗粒态-溶解态交换的净效果使得陆源颗粒物成为重要的海水铅源。

边界交换对深海铅同位素的影响

该研究也收集了全球深海自然状态下（前人新世）的铅同位素数据，发现陆源沉积物对海水铅的影响并非局限于浅海。对于西北大西洋以及孟加拉深海扇等区域，大量陆源物质被输运到深海，由于深海铅浓度很低，颗粒态-溶解态交换使得陆源物质成为深海铅的重要来源。这也意味着通过陆源沉积物向深海的输运，河流对海洋铅的影响可以远超河口冲淡水的影响范围。研究人员进一步估算了边界交换对前人新世全球海洋铅的贡献，表明这一贡献可以填补海洋铅源-汇不平衡的缺失通量。

颗粒态-溶解态交换对海水铅收支的影响以及前人新世海洋铅源汇通量

华东师大河口海岸学国家重点实验室研究员、崇明生态研究院特聘研究员赵宁与新加坡国立大学陈梦立博士为论文共同通讯作者；陈梦立博士为第一作者。美国麻省理工学院Edward Boyle教授，新加坡南洋理工大学Gonzalo Carrasco博士、王先锋教授、Federico Lauro教授，新加坡国立大学Jani Tanzil博士，马来西亚登嘉楼大学Jen Nie Lee博士、Seng Chee Poh教授，泰国梅州大学Alan Ziegler教授、泰国农业大学Decha Duangnamon博士参与了此项研究。本研究得到了国家海外人才引进计划青年项目的资助。

图文、来源|崇明生态研究院灾害风险防控研究中心赵宁研究员团队