渤海南部海域柱状沉积物中氮的形态与有机碳的分解

海洋沉积物中氮形态的研究是研究其生物地球化学循环的重要前提,柱状沉积物中氮的形态分布在一定程度上反映了其早期成岩作用的进程及结果.利用分级浸取分离方法首次对渤海南部海域自然粒度下5个柱状沉积物样品进行了分析,依据是否可由试剂提取将其分为可转化态和非转化态,系统地研究了可转化态中各形态氮的分布特征及早期成岩作用.研究表明,渤海南部海域自然粒度下柱状沉积物中,OSF-N和IEF-N是可转化态氮的优势形态.各形态氮的含量随深度变化趋势不同,成岩作用亦不同.沉积物中有机氮的分解速率常数为15.51×10-3a,且对各生源要素的分解速率常数有N>P>C>Si;OC/TN比值远小于OC/ON,说明沉积物中保留了大量无机氮(IN)和非转化的有机氮,OC/ON值随深度增加而减小是由于沉积物中富集了ON;柱状沉积物中,表层比深层可转化态氮占其总量的比例高,在局部区域由于深层沉积物中氮的“再活化”导致二者几乎相同.     

黄海、东海陆架区沉积物中氮的形态分布及与浮游植物总量的关系

利用分级浸取分离法将黄海、东海陆架区沉积物氮分为转化态氮(TF-N)和非转化态氮,并将可转化态氮区分为4种形态:离子交换态氮IEF-N 、碳酸盐结合态氮CF-N 、铁锰氧化态氮IMOF-N及有机态和硫化物结合态氮OSF-N。 对各形态氮的平面、垂直和沉积剖面年际分布进行了分析,并进一步探讨了该区域氮形态与古生产力的替代指标——生物硅(BSi)的相关性,揭示了氮形态的地球化学特征及与浮游植物总量的关系。结果表明,黄海、东海陆架区表层沉积物中可转化态氮占总氮的百分比为16.81%,可转化态氮中4种形态氮的平均含量为:IMOF-N(66.65 μg/g)>IEF-N(22.96 μg/g)>OSF-N(17.40 μg/g)>CF-N(11.26 μg/g),IMOF-N是可转化态氮的优势形态;柱状沉积物中各形态氮垂直分布不同,长江口沉积物中各形态氮垂向变化幅度大于南黄海中部;离子交换态氮IEF-N和铁锰氧化态氮IMOF-N对浮游植物总量贡献较大。     

渤海沉积物氮的生物地球化学功能

20世纪90年代,科学家们对海洋沉积物中氮的行为等进行了较深入的研究(宋金明,1997; Hammond et al.,1996;Jordan et al.,1998)。如氮的早期成岩过程、氮的去营养化作用、氮在沉积物-海水界面的转移过程及交换通量。近年来实施的全球性重大合作计划,如 JGOFS、GLOBEC、SOLAS等进一步加强了对海洋中的氮循环的研究(Collier,1991;Smith et al.,1996)。随着研究的深入,沉积物中氮循环的控制机制、氮循环与其他生源要素循环的关系及其生物地球化学功能等方面的研究已经成为目前研究的焦点。以往的研究工作大多集中于从沉积物间隙水这一角度研究沉积物中的氮循环,而对沉积物本身研究较少,主要是由于研究手段、方法的缺乏(甄别沉积物中氮的各种赋存形态极为困难)。而通过对沉积物初步的研究已证明(马红波等,2001),沉积物固体颗粒本身的特征,如颗粒大小及氮在其中的赋存形态对较长时间尺度上的氮循环过程具有重要影响。本文作者在研究沉积物氮形态基础上,对渤海沉积物氮的生物地球化学功能进行了探讨,以期对深入研究生源要素的循环过程提供基础依据。     

南海深海盆表层沉积物氮的地球化学特征与生态学功能

研究了南海深海盆区域(南沙海槽西南部)表层沉积物中氮的形态、分布及其在生物地球化学循环中的功能.研究表明,表层沉积物中不同形态氮的含量不同.其中,氧化还原转化态的氮(SOEF-N)含量最高,平均为68.3μg/g,占总氮(TN)的7.08%;弱酸转化态氮(WAEF-N)含量最小,仅占总氮(TN)的1.09%.离子交换态(IEF-N),WAEF-N,S OEF-N及TN的地球化学分布特征存在一定相似性:均由海槽东西两侧向中央递增,并在槽底呈高含量分布;SAEF-N(强碱转化态)分布则与该趋势相反.IEF-N,SAEF-N和SOEF-N的分布主要受沉积物中有机碳含量(OC)控制;而WAEF-N则与碳酸盐(CaCO₃)存在显著的负相关关系;TN与OC不具有显著意义的相关,间接说明二者来源的不同.同时,各形态氮的分布还与沉积物粒度类型密切联系.此外,研究区域内由沉积物提供的氮源很大程度上补偿了浮游植物对水体中营养盐的消耗,对维持该海域的初级生产力水平起到一定作用.其中,IEF-N和SOEF-N的释放对浮游植物生长及初级生产力的贡献较为显著.     

用南黄海沉积岩心中氮同位素重建海水营养盐利用率的历史变化

基于2006年黄东海航次获得的表层沉积物和2009年航次南黄海3个柱状沉积物岩心，分析了表层沉积物总氮（TN）、C/N比值和氮稳定同位素比值（δ15N）的分布特征及南黄海柱状沉积物中这些参数的长期变化规律。结果表明，黄海、东海表层沉积物TN含量、C/N比值和δ15N的变化范围分别为0.023%~0.33%、1.4~50.3和4.0‰~16.0‰。其中，TN与C/N比值存在较显著的负相关性，而TN与δ15N以及C/N比值与δ15N之间无明显的相关性，这反映出黄海和东海陆架边缘海中氮循环的复杂性。对南黄海柱状沉积物的分析结果表明:3个柱状岩心中的TN、C/N比值和δ15N随年代的波动均呈现一定的周期性变化趋势。3个岩心中TN随年代的变化趋势基本一致，100 a来总体呈波动上升趋势，且3个岩心中C/N比值也呈较为类似的变化趋势。柱状沉积物中δ15N的平均变化周期约为24 a左右。由此，重建200 a来南黄海海水中营养盐利用率的历史变化，并初步探讨了其对气候变化的响应。     

南黄海表层沉积物中氮的区域地球化学特征

通过分级浸取分离的方法获得了南黄海表层沉积物不同形态的氮，首次探讨其分布的区域性特征：南黄海表层沉积物中各形态氮在不同测线上均呈现出波状分布。B测线的基本上呈现出中部海域高，两边海域低，而西部海域又略高于东部海域的趋势，D和E测线的基本上呈现出西高、东低的趋势，C测线的则呈现出西低、东高的趋势，F测线的变化趋势比较平缓，从整体上看，SOEF—N和TN的分布呈现出西部海区比东部海区低的趋势。受各测线上沉积物种类差异的影响，自北向南各形态氮的变化幅度逐渐减小，其中SOEF-N在各测线上的变化幅度最大，且自北向南降幅最大。受水动力及沉积物粒度的影响，不同形态氮在黄海槽内各站位沉积物中的含量较高。沉积物中各形态氮在不同测线上的分布还表明，陆源输入对南黄海沉积物中氮测线分布有较小的影响，海洋自生氮对南黄海表层沉积物中氮的形态、含量与分布具有重要影响。     

Characteristics of nitrogen forms in the southern Huanghai Sea surface sediments

The distributions of different forms of nitrogen in the surface sediments of the southern Huanghai Sea are different and affected by various factors. The contents of IEF-N, SOEF-N and TN gradually decrease eastward, and those of SAEF-N northward, while those of WAEF-N westward. Around the seaport of the old Huanghe (Yellow) River, the contents of both SOEF-N and TN are the highest. Among all the factors, the content of fine sediment is the predominant factor to affect the distributions of different forms of nitrogen. The contents of IEF-N, SOEF-N, and TN have visibly positive correlation with the content of f‘me sediments, and the correlative coefficient is 0.68, 0.58 and 0.71 respectively, showing that the contents of the three forms of nitrogen increase with those of f-me sediments. The content of WAEF-N is related to that of fine sediments to a certain extent, with a correlative coefficient of 0.35; while the content of SAEF-N is not related to that of fine sediments, showing that the content of SAEF-N is not controlled by fine grain-size fractions of sediments. In addition, the distributions of different forms of nitrogen are also interacted one another, and the contents of IEF-N and SOEF-N are obviously affected by TN, while those of inorganic nitrogen (WAEF-N, SAEF-N and IEF-N) are not affected by SOEF-N and TN obviously, although they are interacted each other.     

南海北部海域沉积物中生物钡、碳氮同位素的组成特征及其与表层水体初级生产之间的关系

通过对采集自南海北部的D06和S0612两个短柱状沉积物样品中的不同赋存形态钡、有机碳和生物硅的含量以及有机质碳氮同位素组成的分析，结果表明沉积物中的钡主要以碎屑钡和自生的生物钡形式存在。沉积物中生物钡的含量在10.3~385.2 μg/g之间，平均值为177.0 μg/g，据此计算的新生产力在12.3~146.7 mg/（d·m2）（以碳计）之间，平均为78.9 mg/（d·m2）；D06站计算的结果和附近站位的实测值相当。沉积物中有机碳的含量在0.64%~1.34%之间，平均值为0.89%，C/N比值为4.96~5.93，平均值为5.54。有机碳的δ13C值在-22.98‰~-20.73‰之间，平均值为-21.46‰，依据端元组份同位素组成计算的陆源有机质比率显示，D06站位的有机质主要来自海洋生物，而S0612站位则受陆源有机质的影响较大。沉积物中有机质的δ15N值在3.96‰~6.29‰之间，平均值为5.26‰，反映的是该海区氮源的同位素组成，而不受硝酸盐利用率的影响。     

南极普里兹湾沉积物中有机碳和总氮的含量与分布

利用中国多次南极科学考察获得的沉积物样品,对普里兹湾沉积物中有机碳(OC)、总氮(TN)的含量和分布以及OC/TN进行了分析。结果表明:普里兹湾表层沉积物中OC和TN的含量变化范围分别为0.14%~1.20%和0.02%~0.20%,平均值分别为0.63%和0.11%。OC/TN的变化范围为5.5~8.2,平均值为6.8。OC和TN含量呈现明显的正相关性,表明有机质来源相同,比值接近6.6,说明有机质主要为海洋生源沉积。两者平面分布趋势非常一致,且与沉积物中泥质含量呈显著正相关,湾内73°E以西区域OC和TN含量较低,而以东区域含量较高,这是上层水体生产过程和冰川携带陆源砂等因素共同作用的结果。垂直分布上,OC和TN含量总体上表层高于深层,OC含量随深度增加逐渐降低,达到一定深度后趋于稳定。较高的沉积速率加速OC的埋藏,5根柱样中OC的埋藏率为39%~91%,平均为66%,表明普里兹湾是重要的碳汇区。     

Distributions and sources of bulk organic matter and aliphatic hydrocarbons in surface sediments of the Bohai Sea, China

Surface sediment samples from a matrix of fifty-five sites covering virtually the entire Bohai Sea (Bohai), China were analyzed for total organic carbon (TOC), total nitrogen (TN), n-alkanes, unresolved complex mixture (UCM), biomarkers and stable carbon isotopic composition (δ¹³C), and principal component analysis was performed for source identification of organic matter (OM). The distribution of organic carbon correlated well with sediment grain size with the finest sediments having the highest concentration, suggesting the influence of hydrodynamics on the accumulation of sedimentary organic matter (SOM). The corrected TOC/ON (organic nitrogen) ratios and δ¹³C indicated mixed marine and terrestrial sources of SOM. Results suggested that δ¹³C could be used as a potential indicator to observe the dispersion of Huanghe-derived sediments in Bohai. Total n-alkane concentrations varied over 10-fold from 0.39 to 4.94 μg g^− 1 (dry weight) with the maximum terrigenous/aquatic alkane ratio observed at the Huanghe River Estuary (HRE) due to more higher plant OM from riverine inputs. C₁₂–C₂₂ n-alkanes with even-to-odd predominance were observed in several central-eastern Bohai sites. The HRE and its adjacent area is the main sink for the Huanghe river-derived OC. The ubiquitous presence of UCM, biomarkers (hopanes and steranes) and PCA results indicated the presence of petroleum contamination in Bohai, mainly from offshore oil exploration, discharge of pollutants from rivers, shipping activities and atmospheric deposition.     

渤黄海营养盐结构及其潜在限制作用的时空分布

根据2006-2007年4个季节的现场调查资料,分析探讨了渤海和黄海营养盐结构分布变化特征及其对浮游植物生长的潜在的限制状况.结果表明,渤黄海水体 Si/N/P 比值均偏离 Redfield 比值,季节变化明显;春夏冬季 N/P和 Si/P比值由近岸向远岸海域递减,高值区主要分布在黄河口、鸭绿江口及苏北近岸,秋季上层水体N/P和Si/P比值的分布趋势有所不同,高值区主要分布在南黄海的中部海域.受陆源输入的影响,近岸特别是河口区 N/P和 Si/P比值均较高,温跃层的生消变化和生物活动调控着黄海中部海域营养盐结构的变化.渤黄海浮游植物生长主要受P的潜在限制,部分季节受N、Si的潜在限制;营养盐限制状况存在着明显的时空变化及不同营养盐的同时或交替限制的现象.     

渤海表层沉积物中有机碳的分布和来源

大河影响下的陆架边缘海沉积有机碳的分布和来源是全球碳循环研究的重要内容。本研究于2012年5月采集了渤海海域的29个表层沉积物样品,分析了粒度组成、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、木质素含量和稳定碳同位素丰度(δ13C)等参数,结合基于蒙特卡洛模拟的三端元混合模型,定量研究了沉积物中有机碳的分布和来源情况,并讨论了其影响因素。结果表明,研究区域表层沉积物中TOC含量为0.19%~0.81%,渤海中部泥质区站位(大于0.65%)明显高于其周围砂质区域站位(小于0.40%);TOC与黏土含量也有显著的正相关性,说明细颗粒沉积物容易富集有机碳。沉积有机碳的δ13C范围为-23.7‰~-21.8‰,显示沉积有机碳是海源和陆源有机碳的混合输入。木质素参数,如C/V、S/V和LPVI的数值范围显示研究区域表层沉积物中木质素主要来源于被子植物草本组织与木本组织的混合,同时有少量裸子植物的贡献。基于蒙特卡洛模拟的三端元混合模型显示研究区域沉积物中有机碳主要来源于海洋浮游植物,平均为64%,陆源有机碳中来自土壤的贡献最高(平均为27%),C₃维管植物的贡献较少(平均为9%)。海洋浮游植物有机碳主要分布在渤海中部泥质区及离岸较远的区域,而土壤有机碳和C₃维管植物有机碳则主要沉积在河口附近及近岸区,并可以离岸输运到较远的地方。     

浙江近岸海域表层沉积物中氮的存在形态及其含量的分布特征

运用分相浸取法分析了浙江近岸海域60个站位的表层沉积物(0～2 cm)中各形态氮的含量和分布.研究结果表明,表层沉积物中总氮(TN)含量为214.66～861.44 mg/kg,均值为580.52mg/kg,位于浅水区的长江口、杭州湾和浙江沿岸的TN含量低于东部远岸海域;可转化态氮(TTN)含量只占总氮的3.06%～37.24%,有机态和硫化物结合态氮(OSF-N)是沉积物中可转化态氮的主要赋存形态,非转化态氮(NTN)是浙江近岸海域表层沉积物中的优势形态.各站位沉积物中氮在不同提取相中的含量差异较大,与沉积物的陆源输入、沉积物重金属含量、粒径分布及沉积海域的水动力条件等因素有关.     

黄海、渤海铅-210沉积速率的分布特征及其影响因素

对黄海、渤海17个箱式柱样进行了210Pb放射性活度测定,计算了近百年来210Pb沉积速率,并结合前人资料对黄海、渤海区210Pb沉积速率的空间分布特征及其影响因素进行探讨,结果表明,黄河口附近站位沉积速率最高(＞2 cm/a),而在渤海中部、渤海湾以及山东半岛沿岸的站位沉积速率较小(≈0.5 cm/a),部分站位沉积...     

晚更新世末期黄、渤海陆架沉积物分布格局及其沉积特征

通过对80年代以来黄、渤海陆架地质调查有关柱状岩芯资料的分析研究，以地层年代为依据，划分晚更新世与全新世地层。研究结果表明，未次冰期低海面时期，黄、渤海陆架沉积物受到来自北方于冷气流的作用，形成独特的分布格局，陆架沉积物的综合特征反映出晚更新世末期黄、渤海陆架曾经发生过沙漠化，并形成一系列的风沙沉积。根据沉积物的分布特征和拉度组成将黄、渤海陆架划分为6个沉积区域和4种主要沉积类型。     

Paleoclimatic and diagenetic history of the late quaternary sediments in a core from the Southeastern Arabian Sea: Geochemical and magnetic signals

Geochemical and rock-magnetic investigations were carried out on a sediment core collected from the SE Arabian Sea at 1420 m depth in oxygenated waters below the present-day oxygen minimum zone. The top 250 cm of the core sediments represent the last 35 kaBP. The · ¹⁸O values of Globigerinoides ruber are heaviest during the Last Glacial Maximum (LGM) and appear unaffected by low-saline waters transported from the Bay of Bengal by the strong northeast monsoon and West Indian coastal current. The signatures of Bølling-Allerød and Younger Dryas events are distinct in the records of magnetic susceptibility, organic carbon (OC) and · ¹⁸O. Glacial sediments show higher OC, CaCO₃, Ba, Mo, U and Cd, while the early-to-late Holocene sediments show increasing concentrations of OC, CaCO₃, Ba, Cu, Ni and Zn and decreasing concentrations of Mo, U and Cd. Productivity induced low-oxygenated bottom waters and reducing sedimentary conditions during glaciation, and productivity and oxygenated bottom waters in the Holocene are responsible for their variation. The core exhibits different stages of diagenesis at different sediment intervals. The occurrence of fine-grained, low-coercivity, ferrimagnetic mineral during glacial periods is indicative of its formation in organic-rich, anoxic sediments, which may be analogous to the diagenetic magnetic enhancement known in sapropels of the Mediterranean Sea and Japan Sea. The glacial sediments exhibiting reductive diagenesis with anoxic sedimentary environment in this core correspond to reductive diagenesis and intermittent bioturbation (oxygenation) reported in another core in the vicinity. This suggests that the poorly oxygenated bottom water conditions during glacial times should not be generalized, but are influenced locally by productivity, sedimentation rates and sediment reworking.     

Nutrients concentration and changes in decade-scale in the central Bohai Sea

ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅＢｏｈａｉＳｅａｉｓａｎｉｎｎｅｒｓｅａｏｆＣｈｉｎａａｎｄａｓｍｏｏｔｈｂｏｒｄｅｒｏｆｔｈｅｗｅｓｔｅｒｎＰａｃｉｆｉｃＯｃｅａｎ ,ｗｉｔｈａｎｅｘｔｅｎｓｉｏｎｏｆａｂｏｕｔ 5 5 0ｋｍｆｒｏｍｎｏｒｔｈｔｏｓｏｕｔｈａｎｄ 30 0ｋｍｆｒｏｍｅａｓｔｔｏｗｅｓｔ.Ｉｔｉｓｓｔｒｏｎｇｌｙｔｉｄａｌｌｙｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄａｎｄ ,ｍｏｒｅｏｖｅｒ,ｂｙａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｄｒｉｆｔｉｎｇｏｆｗｉｎｄｓｔｒｅｓｓａｎｄｃｕｒｒｅｎｔｓｏｆｗａｒｍｔｈａｎｄｓａｌｔ.Ｔ…     

北极楚科奇海海底表层沉积物有机碳的生物地球化学特征

1999年7月和2003年7月在北极科学考察中获取的楚科奇海海底表层沉积物有机碳质量分数的分析结果表明,楚科奇海海底表层沉积物有机碳平均质量分数约为1.41%,远高于我国东海和世界部分大陆架沉积物;有机碳/氮比值为8.69,反映了有机物以海洋自生为主的混合性来源;有机碳与有机氮之间显著相关(R=0.93);有机碳质量分数与粒度明显相关(R=0.71),细粒粘土质沉积物中的有机碳质量分数高于砂质沉积物的;在水深200m以内,有机碳质量分数随水深加大有一定的增加;有机碳质量分数与生源硅质量分数明显相关;有机碳质量分数随纬度变化较小。结合2次北极考察的实测结果,对楚科奇海海底表层沉积物中的有机碳来源进行了初步讨论,认为沉积有机碳埋葬可能主要取决于生物泵。     

长江口柱状沉积物中氮的形态特征研究

研究分析了长江口柱状沉积物中氮的赋存形态,并结合沉积速率和有机碳含量分析了氮的迁移转化特征和有机质来源.研究结果表明,有机物与硫化物结合态氮(OSF-N)是柱状样可转化形态氮中的主要赋存形态,碳酸盐结合态氮(CF-N)含量最低;位于长江口122°E附近测点的各形态氮的垂直分布与122.6°E附近测点的差异明显,受水动力...     

渤海湾氮、磷营养盐在水体和沉积物中的分布特征及其相互关系

近岸海域水体和沉积物是营养盐迁移转化的重要场所。2016年8月对渤海湾水体和沉积物进行采样监测,分析了渤海湾水体和沉积物中不同形态氮、磷的含量,并研究了营养盐在水体和沉积物中的分布特征及其相互关系。结果表明:渤海湾水体中的营养盐在西部近岸地区含量较高,而在离海岸线较远的开阔海域含量较低,表现出一个明显的质量浓度梯度。说明人类活动对近岸海域水体中营养盐含量的贡献较为明显。水体中营养盐主要是以无机态为主,无机氮和无机磷分别占到总氮和总磷的76.65%和76.46%。沉积物中氮、磷营养盐表现出和水体中营养盐含量类似的空间分布特征,但形态主要以有机氮为主,无机磷的含量也仅占到30.42%。这说明夏季渤海湾水体中氮、磷营养盐主要由水中有机体通过同化作用将无机态营养盐合成为有机态营养盐进入沉积物,渤海湾西北海域的富营养化过程是水体中营养盐向沉积物迁移的一个主要驱动力。