长江口外缺氧区沉积物中氧化还原敏感性元素的"粒控效应"

对长江口外缺氧区及其邻近海域表层沉积物和沉积物岩芯样品的粒度和元素（主要包括氧化还原敏感性元素简称RSE,和典型陆源碎屑元素）进行了分析,并对元素的“粒控效应”进行了深入研究.结果表明,在近岸底层水溶解氧浓度正常海区沉积物中,元素（包括典型陆源碎屑元素和RSE）的分布显示出明显的“粒控效应”,在缺氧区沉积物中,RSE与粒度之间的相关性较差,其分布不受“粒控效应”的制约,而主要受氧化还原环境的影响.另外缺氧区缺氧程度的不同会导致不同的RSE的富集.     

长江口外缺氧区柱样沉积物元素的分布及其百年沉积环境效应

在210Pb定年的基础上,对取自长江口外缺氧区内外的柱样沉积物开展了10种常量元素、13种微量元素和粒度的测定分析,研究了其物源及分布特征。结果表明,缺氧区外柱样沉积物主要来源于老黄河口海岸泥沙,大部分元素具有"粒度控制"规律。缺氧区内沉积物主要来源于夏季长江陆源的输入和海洋自生生物死亡后的沉降,部分氧化还原敏感元素(RSE)和亲生物元素不受控于"粒控效应",其中Mo、Cd、As等氧化还原敏感元素自20世纪70年代以来明显富集,分别增加了83%、73%和50%,而Mn出现贫化,指示了缺氧区水体富营养化加剧和底层水体季节性缺氧,引起底层水-沉积物界面氧化还原环境变化;亲生物元素Ca、Sr、P含量自20世纪70年代起分别增加了129%、65%和38%,反映了受化肥使用等人类活动影响,近40年来长江口外水体生产力提高和生物量增加。     

海洋环境中氧化还原敏感性微量元素的地球化学行为及环境指示意义

依据国内外最新研究成果,初步讨论了氧化还原敏感性微量元素(RSE)Re、Cd、Mo、U、V等的地球化学行为,其中包括海洋沉积物中RSE的来源、RSE在缺氧和无氧海区的沉淀富集机理及其环境指示意义。在此基础上讨论了利用RSE研究氧化还原环境时应注意的一些问题。RSE的沉淀富集机制不尽相同,但具有以下共同特点:①对底层海水的溶解氧浓度敏感。在正常溶解氧条件下,氧化还原敏感性微量元素在海水中呈溶解态稳定存在,而当底层海水处于缺氧或无氧条件时容易发生还原。②当底层海水处于缺氧或无氧条件时,经过沉积物—海水界面过程,受缺氧程度不同的制约,海水中呈溶解态的RSE依次在沉积物中沉淀,出现不同程度的富集。③持续还原条件下,RSE在沉积物中稳定存在;受氧化作用后,容易在沉积物中发生二次迁移和重新富集。不同的RSE其氧化还原电位不同,在氧化还原序列中的位置不同,Re在U之后Mo之前发生还原。因此,RSE在海洋沉积物中的不同富集特征和富集程度可作为还原程度指标研究底层海水的缺氧程度和底质的氧化还原环境。研究RSE的氧化还原环境指示意义,必须对RSE陆源碎屑来源组分进行剔除,同时,还应充分注意到还原沉积区发生氧化后,RSE在沉积物中会发生重新迁移和二次富集。     

冲绳海槽中南部柱状沉积物氧化还原敏感元素赋存机理与环境指示意义

沉积物中氧化还原敏感元素（Redox Sensitive Element,RSE）含量变化是上覆水体氧化还原环境良好的替代指标。本文通过冲绳海槽中南部两个柱状沉积物（深度:30 cm）粒度、总有机碳、总氮及其同位素含量和氧化还原敏感元素含量等指标,探究复杂环境背景下冲绳海槽柱状沉积物中RSE的赋存机理与环境指示意义。研究发现,柱状沉积物中除了Cr亏损,其他RSE均显示有不同程度的富集。“粒控效应”对冲绳海槽柱状沉积物的RSE含量影响较小;分析可知,海水表层生产力是影响沉积物氧化还原环境的主要因素,通过Mn（氢）氧化物的吸附或解吸附作用实现RSE的富集与亏损。δCe、V/Cr、Ni/Co和V/（V+Ni）等指标指示沉积物整体处于氧化?弱氧化环境。沉积物中Mn元素通过还原作用以Mn2+形式向上扩散,在25～30 cm处被含氧间隙水氧化富集形成锰峰,指示柱状沉积物0～25 cm处为氧化环境,25～30 cm处为弱氧化环境。     

氧化还原敏感性元素在沉积环境判别中的应用研究进展

部分元素对氧化还原环境非常敏感,氧化还原条件往往决定着这些元素的迁移或富集,这些元素被称为氧化还原敏感性元素(redox sensitive elements,RSE).除Fe、Mn外大部分RSE在氧化环境条件下以溶解态离子形式存在于海洋水体而发生迁移,在还原环境条件下则容易从海洋水体中析出向沉积物中迁移并发生富集.RSE的这种特性常被用来判断现代或地质历史中的沉积环境.本文在总结RSE与沉积氧化还原环境判别的基础上,分析了影响RSE地球化学行为的因素,进而探讨了RSE应用中存在的主要问题及今后研究方向.RSE及相关指标在沉积环境判别中的应用主要包括:氧化还原状态的识别、指示海洋水体生产力变化、指示海洋水体的局限程度、指示沉积物物源等.影响或控制RSE迁移、转化、沉积和富集的主要因素有:成岩作用、陆源物质加入、粒控效应、Fe-Mn氧化物/氢氧化物的吸附、有机质含量、水体局限、人类活动等.迄今对部分RSE的迁移富集机制还不十分清楚,元素指标的应用较粗略.近期在RSE的应用中应重视样品的选取与保存、测量分析技术的提升以及多指标的互相印证,通过综合分析判断,才能得出更接近实际的结果.     

三亚近岸海域表层沉积物常量元素地球化学特征及其物源指示

为充分了解三亚海岸带的状况,对三亚近岸海域的331个站位表层沉积物的常量元素进行了分析。结果表明,研究区内沉积物常量元素组分以SiO_2,Al_2O_3,CaO为主。除SiO_2,CaO外,其余各常量元素组分含量(质量分数)均低于其各自在我国浅海沉积物中的丰度值。空间分布上,三亚近海表层沉积物中的常量元素基本遵循"元素的粒度控制律",Al_2O_3和与其密切相关的常量组分显示陆源细粒沉积物特征,SiO_2则表现出相反的特征。除"粒控效应"外,K_2O,MnO和有机碳在空间的分布还受其他因素影响,CaO的空间分布则主要受控于海洋生物作用。研究区物质来源应以附近的陆源碎屑物质为主,另外还有海洋生物及自生作用等其他物质来源。     

南海典型断面表层沉积物中氧化还原敏感元素的分布特征及其控制因素

氧化还原敏感元素在环境研究中发挥着日益重要的作用,然而对于海底表层沉积物中氧化还原敏感元素的分布规律与特征的研究鲜有涉及。本文以采集自南海4条典型断面(18°N、10°N、6°N、113°E)的75个表层沉积物样品为研究对象,通过主量元素和微量元素(含氧化还原敏感元素Mo、V、U)分析,并结合沉积物粒度、元素富集系数等数据,探讨了表层沉积物中氧化还原敏感元素的分布特征及其控制因素。结果表明,研究区每个断面中的V、U含量变化趋势十分相似,Mo含量变化与V、U的总体变化趋势相近,但Mo在断面上的变化波动比V、U更强烈。4条断面中Mo平均含量表现出明显富集,除了V在断面Ⅰ中表现为轻度富集外,V和U平均含量都表现为亏损。影响沉积物中Mo、V、U含量分布的因素主要包括陆源碎屑含量、生物碳酸盐含量、细粒沉积物的吸附作用和氧化还原环境等。所有断面中V和U的含量分布主要受控于陆源碎屑组分,同时也受到生物碳酸盐含量和细粒沉积物的吸附作用的影响,氧化还原环境对其含量影响较小,受环境影响的自生组分含量较低。Mo的含量分布主要受控于海底氧化还原环境,陆源碎屑组分的贡献和细粒沉积物吸附作用的影响较小,受环境影响的自生组分含量较高。西南次海盆的Mo含量及其富集系数都较低,可能是由于西南次海盆的底流活动使其海底存在氧化环境所致。     

东海季节性低氧海区柱状沉积物中氧化还原敏感元素对沉积环境变化的响应

氧化还原敏感元素(Redox Sensitive Elements，RSE)如V、Cr、Mo、U等，通常在氧化条件下呈溶解态，在还原沉积环境中除Fe、Mn外，RSE被还原成低价态转移至沉积物中富集积累，因此可以利用氧化还原敏感元素在沉积物中的富集情况反演沉积环境的氧化还原状况。本文通过研究东海内陆架季节性低氧海区Zb7沉积柱中氧化还原敏感元素V、Cr、Ni、Cu、Zn、Mo、U的垂直分布、富集特征和比值，探究沉积环境氧化还原状况；发现RSE/Al和富集系数自1978年以来呈增加的趋势，但自2009年开始有所降低，整体RSE富集系数均小于3，未见明显富集。RSE比值V/Cr<2、Ni/Co<5、U/Th<0.75、0.25<(Cu+Mo)/Zn<0.55，以及Mo_EF/U_EF比值主要分布在0.08～0.3倍海水Mo/U值之间，均指示氧化的沉积环境。RSE/Al与Fe/Al、Mn/Al具有显著的相关性，表明RSE在剔除陆源碎屑输入后，主要通过与Fe、Mn氧化物结合进入沉积物，也指示氧化的沉积环境。研究结果与该区域溶解氧历史数据反映的季节性低氧结果不一致，可能与RSE在夏季季节性低氧时，沉积物中的富集信号在秋冬季溶氧水平恢复后缺失有关。尽管RSE不能有效指示东海季节性低氧环境，但Zb7沉积柱RSE在1978年后富集程度的增加以及2011年后的降低，在一定程度上反映了该区域自1978年后季节性低氧程度加重，2009年后又有所缓解的变化趋势。     

长江口和浙江近岸海域表层沉积物中颗粒磷的形态分布和影响因素

研究长江口和浙江近岸海域的水团流向、缺氧程度、潮汐作用以及养殖活动对表层沉积物中颗粒磷赋存形式的影响,对东海生态环境的可持续发展有着重要的意义。长江口以北和浙江近岸泥质区各存在一个缺氧中心,杭州湾属于强潮区,而象山港遍布养殖场。2018年8—9月在上述4个海域分别采集表层沉积物,采用SEDEX方法进行了颗粒磷的形态划分和含量测定。研究结果表明:在长江口外北部缺氧区和浙江近岸泥质区的南部缺氧区,由于沉积物-水界面的还原环境可以活化铁结合态磷,使之转变为生物可以直接利用的弱吸附态无机磷,因此表现出沉积物中铁结合态磷的低值和弱吸附态无机磷的高值;前者的缺氧程度高于后者,因此其铁结合态磷的含量相应更低。杭州湾和象山港海域均受潮汐作用影响,两者沉积物中磷的分布比较均匀。象山港表层沉积物中铁结合态磷含量均较低,这可能是因为养殖活动造成的水体缺氧通过潮汐活动扩散到整个港底。象山港废弃养殖场沉积物中的碎屑磷和残余有机磷含量显著低于非养殖区,可能是由于养殖活动累积的生物沉积稀释了陆源输入的碎屑颗粒。     

长江口及邻近海域表层沉积物中重金属元素含量分布及其影响因素

根据2003和2006年长江口及邻近海域表层沉积物样品的粒度组成和元素铬、铜、镍、铅、锌、铝、钙和锶的含量,分析了重金属元素含量的分布特征,探讨了含量的变化趋势及其对人类活动的响应。自2003年三峡工程一期蓄水完成到2006年6月,长江输沙量逐年减少,长江口海域沉积物中黏土的百分含量明显增加,但是沉积物分布的总体格局并没有发生明显的变化。重金属元素大多在泥质区沉积物中富集,高值区沿岸线呈带状分布,在最大浑浊带和口外羽状锋处达到峰值。在长江大量物质输入的背景下,研究区沉积物中重金属元素含量相对其他类似河口较低。河流的陆源颗粒输入、水动力条件、细颗粒物质的吸附以及絮凝作用是控制沉积物中重金属元素含量分布的主要因素,氧化还原条件也对重金属元素含量变化有一定的影响。人类活动(重大工程的建设和人为污染)对长江口外泥质区中重金属元素含量有重要影响,尤其对铅和锌的含量及其分布的影响显著。自2003年三峡工程一期蓄水以来,长江口海域表层沉积物中重金属元素沉积机制未有明显的变化,但是重金属元素含量有逐渐降低的趋势。     

近三百年来长江口泥质区沉积环境变化及与低氧关系的初步分析

近年来全球大型河口区低氧事件频发,严重威胁环境和生态系统健康。因缺少长时间序列的观测资料,人们对历史时期河口陆架区域生态环境演化,尤其是低氧事件发生的历史认识不足。本文基于~(210)Pb、~(137)Cs和光释光测年技术,以长江水下三角洲现代低氧区沉积物柱状样为研究对象,通过分析沉积物的粒度参数、氧化还原敏感元素、TOC、TN和碳氮同位素等指标,探究了该区域沉积环境的演化历史。结果显示,近三百年来长江口低氧区的演化大致可分为四个阶段:1740—1800年该区域可能存在低氧环境;1800—1850年低氧情况有所缓解;1850—1970年在人类活动影响开始加剧的背景下,低氧事件发生频率开始增加;1970年后由于入海营养物质排放通量增加,加之海温上升和入海水沙通量变化等多因素综合影响导致长江口低氧区面积和发生频率也显著增加。该结果可为了解长江口泥质区历史低氧环境的演化及现代长江口低氧环境的发育过程提供参考。     

2015年春季长江口表层沉积物生源要素分布和来源

根据2015年5月对长江口及其邻近海域的生态环境调查资料, 探讨长江口春季表层沉积物总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)和生源硅(BSi)4类生源要素的空间分布和来源。结果表明: 2015年春季长江口表层沉积物TOC、TN、TP和BSi平均含量分别为0.315%、0.041%、0.066%和0.450%, 其中, 沉积物中TOC、TN受到陆源输入和海洋自生输入双重影响, 且海洋自生组分的贡献较大, 二者空间分布均呈现南部分布最高并沿西北方向递减趋势; TP分布主要受陆源输入影响, 并呈西北向东南递减趋势; BSi来源于生物沉积, 总体呈现南部高、北部低的分布趋势。与2007年相比, 长江口表层沉积物有机碳、氮含量降低, 东南外海区域替代浑浊区域成为表层沉积物生源要素含量最高区域, 且陆源输入对长江口表层沉积物生源要素的贡献趋于减弱。     

2016—2019年长江口海域季节性低氧对大型底栖动物群落的影响

基于2016—2019年夏季在长江口海域进行的4个航次的生态环境调查,分析了长江口海域季节性低氧对大型底栖动物群落结构的影响。结果表明,2016—2019年长江口海域夏季底层DO最低值为1.51 mg/L,存在不同程度的底层低氧现象。低氧区与非低氧区之间大型底栖动物的种类数量、丰度、生物量和群落结构均存在显著差异。多毛类表现出对低氧较强的耐受能力,为低氧区的主要优势类群,中蚓虫(Mediomastus sp.)、索沙蚕(Lumbrinereis sp.)为低氧区的主要优势种。软体动物、甲壳动物和棘皮动物的分布趋势则与多毛类相反,其中甲壳动物对低氧的耐受能力较弱。MDS多维尺度排序表明,低氧区与非低氧区之间大型底栖动物的群落组成差异明显;CCA分析表明,长江口海域夏季底层低氧已对大型底栖动物的群落结构产生一定程度的影响。     

南黄海表层沉积物微量元素地球化学特征

分析了在南黄海采集的295个站位的表层沉积物样品的微量元素含量和500个站位的粒度参数,研究了南黄海沉积物微量元素含量、平均粒径和判别函数的分布特征及微量元素、沉积物类型和平均粒径的相关性。南黄海沉积物微量元素分布由于物质来源和与沉积物类型相关性的不同,表现出明显不同的分布规律:Sr分布与黄河、长江和生物碎屑碳酸盐的贡献有明显关系;Ba分布与黄河、锦江物质供给有关;东部Rb元素分布反映了韩国河流沉积物对南黄海东部的影响;Co分布反映了长江物质的运移方向。Ba和Cu与沉积物类型相关性不明显,不受沉积物粒度控制;Sr、Co、Rb则可以用于区分黄河、长江和韩国河流沉积物的来源。     

三峡工程一期蓄水后长江口及其邻近海域沉积地球化学研究

对采自长江口及其邻近海域的29个表层沉积物中的31个元素(或氧化物)的含量进行了富集因子和变异系数分析,探讨了元素的来源和分布特征,结合沉积环境和沉积物分布特征,Q型聚类分析结果表明研究区可划分为五大沉积地球化学区,相关分析和R型因子分析揭示了长江口及其邻近海域表层沉积物中元素分布的主要影响因素。     

三亚近岸海域表层沉积物微量元素地球化学特征

为了解三亚近岸海域沉积物地球化学特征,测定了331个站位的表层沉积物23种微量元素含量;利用多元统计法进行相关性及R型因子分析,探讨研究区元素的来源、分布特征及其控制因素。微量元素含量测定结果表明,Sr、Ba、Zr、Rb元素平均值比其他元素高;Be、Cr、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Sb、Pb、U、Zr、Ba、Sc、V、Ga等15种元素含量与海南岛水系沉积物、表层土壤、深层土壤接近,推测沉积物主要来自海南岛。各元素在研究区的空间分布比较复杂,在中部和东部,以Li为代表的15种微量元素随离岸距离增加含量增大;Cd、Sb、Zr、Ba、Rb、Sr、As、Hg的分布特征与其他微量元素相比差异明显。Li等15种元素来源与分布主要受陆源黏土矿物吸附作用控制,Sr主要受海洋生源沉积作用的控制,Zr主要受重矿物的控制,Ba和Rb主要受研究区地质背景控制,而Cd和As的来源与分布则与人类活动有关。