1950年代以来,有关富营养化导致的近海缺氧的报道逐渐增多,通常伴随缺氧区的面积和持续时间的增加。缺氧区的形成机制主要包括:（1）水体层化抑制了溶解氧从表层水向底层水的扩散补充,（2）有机物矿化耗氧速率高于底层水体溶解氧的补充速率,从而使溶解氧持续减少直至低于缺氧阈值。其中,耗氧有机物可能来自系统外部（外来的）,比如植物碎屑、土壤侵蚀、生活污水、工业废水、农业径流,也可能来自局地生产（自生的）,例如营养盐刺激下的初级生产生物量。在近海缺氧区,这两大类有机物往往同时存在,却因为其数量和生物活性的差异,导致这两类有机物对耗氧的贡献有所不同。定量耗氧有机物的来源不仅可以加深对近海缺氧形成机制的理解,还有利于环境治理政策的制定,例如有机物减排和营养盐减排哪个措施可以更有效的控制与减少近海缺氧的发生。在近海区域,富营养化除了会刺激藻类初级生产,增加有机物有氧呼吸消耗氧气导致缺氧区的形成,其呼吸作用的产物二氧化碳和氢离子会在底层水体累积,从而加剧近岸水体的酸化程度。但是,人们对于富营养化以及季节性缺氧甚至无氧的水体是如何缓冲近海酸化的机制知之甚少。对该机制的探索有助于科学认识近海生态系统对海洋酸化的响应机理、预测全球气候变化下近海生态系统的演化趋势。珠江口和切萨皮克湾同为世界上著名的两个大型河口,拥有不同的水文条件和物理作用,存在着不同程度的富营养化和缺氧的环境问题。基于现场观测数据,本论文的第二章和第三章分别揭示了珠江口缺氧区和切萨皮克湾缺氧区的碳酸盐系统和溶解氧的空间分布特征及其生物地球化学控制因素,定量了外来（陆源）有机物和自生（海源）有机物对耗氧的贡献,并在第三章末尾讨论了导致这两个系统耗氧有机物来源存在差异的原因。本论文的第四章分析了切萨皮克湾主航道和浅水区水草床的碳酸盐系统动态变化,提出切萨皮克湾具有自我调节的pH缓冲机制。第五章总结前述三个研究案例,提出若干本论文尚未解决的科学问题。2014年7月13-27日,我们对珠江口下游及其邻近海域的碳酸盐系统和溶解氧展开调查,该航次期间受到了台风登陆的影响。台风来临前站位A10的底层水是缺氧区核心,台风的到来使水柱充分混合,底层的缺氧水体得到复氧,但在台风消逝的一天内水体层化基本恢复,一周内底层水溶解氧显著减低。珠江口下游缺氧区的位置在台风前后发生了变化,其缺氧区面积均为～300平方公里。本研究运用三端元混合模型,基于总溶解无机碳及其碳稳定同位素的质量守恒,得到以下结论:在珠江口下游,有机物的有氧呼吸过程主导了溶解氧的消耗,～65%的耗氧有机物来自海源浮游植物的初级生产,其余的35%来自陆源有机物的输入。2016年6月6-10日,我们沿切萨皮克湾主航道对碳酸盐系统和溶解氧进行了现场调查,观测结果显示夏季缺氧区存在于切萨皮克湾中游10米以深的水体中。缺氧区内的总溶解无机碳的增加受控于水柱有氧呼吸（43%）、沉积物硫酸盐还原（39%）、大气二氧化碳入侵（13%）和碳酸钙溶解（5%）。本研究运用两端元混合模型,总溶解无机碳及其碳稳定同位素的质量守恒得出以下结论:2016年初夏在切萨皮克湾缺氧区耗氧有机物基本都来自于浮游植物的初级生产,而陆源有机物的贡献可以忽略不计。本论文探讨了外来（陆源）有机物在珠江口缺氧区贡献显著而在切萨皮克湾对耗氧基本上没有贡献的原因在于两个河口系统拥有不同的水文条件、有机物输入的数量和活性以及缺氧水体的物理特征。2016年8月8-12日,我们对切萨皮克湾主航道进行了现场调查,通过两端元混合模型发现在上游低盐度区域钙离子、总碱度和总溶解无机碳被大量去除,但在中游以及下游它们又被溶解添加至水柱中。本研究推断这主要是由在上游浅水区域的水草床光合作用驱动的碳酸钙形成和在中下游缺氧或无氧水体的酸化驱动的碳酸钙溶解导致。2018年9月4日,我们对淡水区域的一个大型水草床的调查结果显示,该水草床能大量吸收去除钙离子、总碱度和总溶解无机碳,并在量上接近于在主航道上游水体的去除量。此外,还有三个证据支持这些物质的吸收去除与水草床内的光合作用、碳酸钙形成相关:1)原位传感器数据显示水草床内存在很高的溶解氧饱和度和pH;2)电子扫描电镜和微量元素分析结果显示水草叶片表面存在不同大小和形态的碳酸钙沉淀,3)水草叶片样品的碳酸钙含量显著高于表层沉积物样品的碳酸钙含量。本论文使用生物地球化学计量关系定量了各个过程对中下游水体的总碱度和总溶解无机碳的影响,进一步计算出各个过程对水体pH的影响。结果显示在中游次表层水,碳酸钙溶解引起的pH升高（～0.6）基本上能缓解由有机物有氧呼吸导致的pH降低,这两个过程引起的pH变化幅度显著大于因海洋吸收人为二氧化碳导致的海洋酸化（～0.1）。通过有效浓度的计算方法,本论文指出切萨皮克湾是总碱度的弱汇,其系统内的碳酸钙生成和溶解基本平衡。因此,本论文提出了切萨皮克湾拥有一个自我调节的pH缓冲机制来降低近海富营养化和酸化的负面影响。在夏季,密集的水草床通过强烈的光合作用吸收去除了营养盐,并提升了叶片表面微环境以及周围水体的pH和碳酸钙饱和度,促进碳酸钙沉淀和生物钙化。这些产生的碳酸钙颗粒会被传输到中游缺氧酸化的底层水体进行溶解,从而缓解了有氧呼吸和人为二氧化碳导致的pH降低,使水体pH相对稳定。该缓冲机制的基础是因营养盐减排而大量恢复生长的水草床,这说明当人类通过环境治理减少对水体的人为扰动后,近海系统会通过复杂的自我调节过程进一步恢复自身生态。本论文针对近海富营养化-缺氧-酸化的科学热点,对两个大型河口——珠江口和切萨皮克湾进行了比较研究,定量分析出两个系统拥有不同的耗氧有机物来源及其原因,提出了切萨皮克湾存在自我调节的pH缓冲机制,对今后近海系统富营养化和酸化问题的研究有启发作用。