营养盐及痕量金属元素在海洋生物地球化学循环中发挥着重要作用，对初级生产力和人类健康有着重要影响。元素的活性态比溶解态更能反映其生物可利用性的信息。我室潘大为研究员团队，针对海洋重要的营养元素（P、Zn、Cu等），在元素活性态监测及近海分布特征研究方面取得新进展，相关成果发表于Science of the Total Environment、Marine Chemistry、Environmental Pollution、Chemosphere期刊。针对近海水体高盐度、高浊度对磷形态的影响，利用电化学伏安法实现了近海自然水体中活性无机磷（BIP）的测定，并探究了烟台四十里湾BIP的分布特征。烟台四十里湾表层和底层BIP浓度范围分别为1.00 ~ 2.13和0.88 ~ 2.05 μM。BIP在总磷（TP）中占主导地位，分别占表层样品的48.5%~67.5%和底层样品的32.6%~92.7%（图1）。考虑到烟台四十里湾富营养化事件频发，但溶解态无机磷（DIP）含量相对较低，而BIP不仅包含DIP，还包含不稳定且容易分解吸附的颗粒态磷，因此BIP可能更适合作为高盐高浊的沿海地区富营养化评价指标。
图1 烟台四十里湾表层水样(a)和底层水样（b）中DIP、BIP和TP的浓度
以及DIP和BIP分别占TP的百分比例
利用联合开发的电化学痕量金属检测系统，研究了连续三年（2019-2021）烟台夏季表层和底层海水中活性态Zn和Cd的时空变化情况（图2）。2019年和2020年表层活性锌浓度高于底层，而2021年底层活性Zn浓度显著高于表层。三年Zn和Cd活性态浓度范围平均为209.4和2.0 nmol/L。浮游植物（包括硅藻和鞭毛藻）丰富度越高，活性态Zn和Cd浓度越低，表明Zn和Cd作为碳酸酐酶中的金属辅助因子可能在近海固定二氧化碳方面发挥了重要作用。
图2 烟台四十里湾活性态Zn和Cd浓度分布图
采用电极表面多孔化刻蚀以及凝胶保护层覆盖两种方案，显著提高了微针传感器的机械稳定性及防污染性能，实现了海水中自然活性态Cu的高灵敏、高稳定监测。对自然活性态Cu在渤海表层海水中的分布特征、烟台港连续14天的变化规律，以及近海活性态Cu与总溶解态Cu之间的配比关系进行了研究（图3）。发现近海活性Cu浓度普遍小于2ppb，相对较为稳定。活性态Cu占溶解态Cu的比例在7.1 ~ 22.3%之间，呈现近岸高于远岸的趋势。自然活性态金属的监测对于探究海洋金属元素的生物可利用性具有重要意义。
图3 微针传感器多孔化刻蚀（A）、凝胶保护层覆盖（B）方案及活性Cu在渤海分布特征（C）、烟台港连续变化规律（D）及近岸海水中活性Cu与总溶解Cu的配比关系（E）
相关研究得到了国家重点研发计划课题（2019YFD0901103、2021YFD190090201）、国家自然科学基金（42177443、42207522）、中国科学院0到1原始创新项目（ZDBS-LY-DQC009）、中国科学院B类战略先导科技专项子课题（XDB 42000000）和山东省泰山学者青年专家等项目的资助。
论文信息：
Hong Wei, Dawei Pan*, Yan Liang, Xia Fan, Guowei Gai, New insights into estimation of bioavailable inorganic phosphorus in natural coastal seawater, Science of The Total Environment, 2024, 914: 169751. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2023.169751.
Yan Liang, Dawei Pan*, Hong Wei, Haitao Han, Ying Li, Tianzhuo Liu, Speciation, distribution and relationship of zinc and cadmium in summer coastal seawater of northern China. Marine Chemistry, 2024, 258:104349. https://doi.org/10.1016/j.marchem.2023.104349.
Haitao Han, Jie Wang, Dawei Pan*, Ying Li, Chenchen Wang, Tip-porous microneedle: A highly stable sensing platform for direct determination of labile metals in natural seawater, Environmental Pollution, 2023, 316: 120687. https://doi.org/10.1016/j.envpol.2022.120687.
Ying Li1, Haitao Han1, Chenchen Wang, Yan Liang, Dawei Pan*, Haizeng Wang*, An antifouling gel-protected iridium needle sensor: Long-term, on-site monitoring of copper in seawater, Chemosphere, 2023, 313: 137366. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2022.137366.
