西太平洋Y3海山对营养盐的影响及其生态环境效应

作为大洋典型地貌特征的海山,其邻近的海洋生境并不被人熟知。依据2014年冬季对热带西太平洋Y3海山及其邻近海域的综合调查,首次探讨了该海山区海水中营养盐的分布特征及其与生态环境的耦合关系。结果表明Y3海山区是典型的热带寡营养海域。在50~125 m的深度,温跃层和高盐区双重作用对底部高浓度营养盐向上输送的阻碍,是导致真光层上部营养盐浓度较低的重要原因;同时,浮游植物和异养细菌的消耗也加剧了该区域营养盐的缺乏。Y3海山突出的地形地貌对营养盐的分布产生重要的影响,海山对流经的海流产生阻碍,形成上升流,使底部高浓度的营养盐突破温跃层和高盐区的阻碍向上输送,从而使海山周围营养盐的平均浓度高于远离海山的海域。相关性分析显示,Y3海山区真光层中营养盐浓度与温度、盐度、叶绿素a浓度和异养细菌丰度分别呈负相关、正相关、负相关(除NO₂-N外)和负相关关系。海山区特殊的营养盐分布及其与生态环境的耦合是其成为一种独特的大洋生态系统的重要因素。     

热带西太平洋M4海山超微型浮游生物的生态分布特点

获取并分析了2017年8月热带西太平洋M4海山水体中的超微型浮游生物样品,根据流式细胞术的散射光和荧光信号,检测到M4海山各水层中普遍存在四个超微型自养浮游生物类群(聚球藻、原绿球藻、微微型真核浮游生物、微型真核浮游生物)和两个超微型异养原核生物类群(低核酸含量和高核酸含量异养原核生物)。聚球藻丰度高值出现在100m以浅;原绿球藻和微微型真核浮游生物丰度高值区在深层叶绿素最大值附近(75—150m);微型真核浮游生物和异养原核生物分布范围较广,150m以浅丰度较高。异养原核生物的生物量(1.68—11.25μgC/L)高于自养浮游生物(0.05—6.02μgC/L)的生物量。在超微型自养浮游生物中,原绿球藻生物量在100—150m水层占优势(53.83%±6.32%),微型真核浮游生物的生物量在75m以浅(58.62%±8.53%)和200—300m水层占优势(46.18%±7.82%)。在异养原核生物中,高核酸含量异养原核生物的生物量所占百分比(61.05%±3.98%)高于低核酸含量异养原核生物(38.95%±3.98%),然而在海山附近DCM层低核酸含量异养原核生物比例最高可达58.64%。冗余分析表明,超微型浮游生物的丰度与温度呈正相关,与深度和营养盐呈负相关关系。在M4海山超微型自养浮游生物分布没有明显的"海山效应",但海山的存在会对异养原核生物两个类群生物量的比例产生影响。     

胶州湾沉积物-海水界面硅的交换速率及其影响因素探讨

采用实验室培养法在原位温度和溶氧条件下测定了胶州湾沉积物-海水界面硅的交换速率,并探讨了相关环境因子对界面交换速率的影响机制。结果表明,胶州湾沉积物-海水界面硅的交换表现为从沉积物向水体释放,其交换速率在947~4 889 μmol/（m2·d）范围内,平均速率为1 819 μmol/（m2·d）。表层沉积物中叶绿素a（Chl a）和总有机碳（TOC）是影响胶州湾沉积物-海水界面硅交换速率的主要环境因子,同时表层沉积物的含水率（φ）、生源硅（BSi）和粘土含量以及间隙水中溶解硅酸盐（DSi）对沉积物-海水界面硅的交换也有重要影响。由此可推知,胶州湾沉积物-海水界面硅的交换速率主要受生物活动和溶解-扩散双重过程调控,而表层沉积物粒度与底层水体中DSi对胶州湾硅的释放影响较小。     

模拟添加氮对海水溶解无机碳体系的影响

碳和氮作为主要的生源要素对维持海洋生态系的正常运转起着至关重要的作用,碳与氮的变化是相互耦合的且呈双向作用,为探讨海水无机碳与氮的相互作用规律,研究了室内模拟添加硝酸盐对海水无机碳体系pH、溶解无机碳(DIC)、HCO3-、二氧化碳分压(Pco2)的影响。结果表明,在室内培养的条件下,单纯添加硝酸盐(增加至原海水硝酸盐浓度的5-20倍)可引起培养体系浮游生物量的变化,但不能引起海水pH及DIC、HCO-3含量的明显变化,对DIC而言,其变化率仅仅在1%以内,但可导致海水Pco2的相对明显升高,其最终结果导致海水碳汇强度的减弱,碳源强度的增加。     

海洋沉积物中碳的来源、迁移和转化

人类活动每年向大气排放的CO2约为65亿t，其中留在大气中的约占50%，大洋吸收约16亿-20亿t，陆地生态系统大约吸收0.7亿~1.4亿t(Bates，2001；Battle et al.，2000),还有大约13亿t找不到去处，称为大气CO2丢失项，而陆架边缘海有可能是这丢失项的去处。近海沉积物是大气二氧化碳的接受者，同时当条件合适时沉积物中的碳又可被释放重新进入水体乃至大气中，是碳循环中的重要源与汇，因此海洋沉积物在碳循环中的作用是全球碳循环的一个关键环节。虽然近十年来这方面的研究已经引起众多学者的关注，对沉积物中的碳循环进行了较大量的研究，取得了一系列成果，但海洋沉积物在碳循环中的作用和过程至今并未查清，具体体现在海洋沉积物在海洋碳循环中起什么作用？起多大作用？在哪些方面影响和控制海洋碳循环？这些均需要科学家们长期的艰苦努力，以便在更深入、更系统和更高层次上研究解决困扰当今人类的涉及碳循环这一重大环境科学问题。 海洋沉积物为海洋环境中的一个主要研究对象，其中的碳与水体-生物体以及大气、入海河流等进行着不间断的交换、大气中的气体碳经过复杂的海洋生物地球化学过程转化为水体中的溶解碳，再变为颗粒碳，经沉降最终形成沉积物，在适宜的条件下上述的反过程同样会发生。因此，研究海洋沉积物中的碳在其循环中的作用是非常困难的。碳是最主要的生源要素，更是生命活动能流、物流中最重要的元素，几乎所有的生物地球化学循环过程都与它有关，因而有关碳循环的研究是目前全球变化研究的热点。许多国际研究计划均以此为核心研究内容。如国际地圈与生物圈计划(IGBP)中的全球海洋通量联合研究(JGOFS)、全球生态系统动力学(GLOBEC)以及上层海洋与低层大气研究计划(SOLAS)等(唐启升，2001；宋金明，2000)。碳循环研究以 JGOFS计划2001年基本结束为标志，通过近十几年的研究，取得了丰硕的成果，系统了解了海洋循环的过程及界面碳通量，对全球碳循环也有了一个初步的了解。为进一步深入开展这方面的研究作者从海洋沉积物中碳的形态与来源、海水及颗粒物中碳与沉积物碳的关系、表层沉积物再悬浮对碳循环的影响以及沉积物中碳的早期成岩作用等几个方面阐述了海洋沉积物中碳循环目前的研究进展。     

胶州湾沉积物中氨基酸对有机质降解及细菌源贡献的指示作用解析

基于对胶州湾表层沉积物中总可水解氨基酸（THAA）的含量、组成、构型及分布特征的系统研究，通过氨基酸碳氮归一化产率（THAA-C%，THAA-N%）、降解因子DI、反应活性指数RI以及D型氨基酸占比（D-AA%，摩尔百分比）等指标结合碳氮比（TOC/TN）、碳稳定同位素（δ13C）探析了胶州湾沉积物中有机质的来源与降解状态，利用细菌源有机质及胞外肽酶活性（EEA）探讨了微生物在有机质迁移转化过程中的作用与贡献。结果表明，胶州湾表层沉积物中氨基酸平均含量为（7.60±3.64）μmol/g，在陆源与海源混合影响下，其水平分布呈现湾内高于湾外、湾内东部高于西部的特点，表明湾内东部陆源输入对沉积物THAA具有较高贡献。THAA-C%、THAA-N%、DI、RI以及D-AA%等指示因子均显示胶州湾表层沉积物中有机质的降解程度呈现湾外高于湾内、湾内东部高于西部的变化趋势，有机质来源、微生物活性与上覆水水深共同影响了有机质的降解程度。胶州湾表层沉积物中细菌源有机碳的贡献率为（29.35±18.73）%，其水平分布显示出湾内西部与湾外相近且高于湾内东部的特点。细菌胞外肽酶活性（EEA）平均为（0.81±1.31）nmol/（g·h）（以MCA计），整体分布趋势与细菌贡献率相反，呈现湾内东部高于湾内西部和湾外的特性。沉积物中有机质的不同海源、陆源占比决定了有机质的可降解性，而有机质的降解程度进一步影响了细菌源有机质的贡献与胞外肽酶活性。     

台湾以东黑潮沉积物中的生源要素对近千年来气候环境变化的响应

基于台湾以东黑潮主流系沉积物中碳、氮、磷等生源要素指标的变化，在沉积物年代学的基础上，探讨了近千年来气候环境变化在黑潮沉积物中的历史记录。结果表明，近千年来台湾以东、琉球岛弧南侧斜坡的黑潮主流区平均沉积速率可达34.2 cm/ka，据其变化可大致分成的3个沉积阶段，与中世纪暖期、小冰期和现代暖期的划分基本一致。沉积物中碳以无机碳为主，总无机碳（TIC）的含量从1850年开始逐渐增大并伴随剧烈波动，恰好与大气CO₂水平的快速升高相对应；总有机碳（TOC）含量的变化则与东亚夏季风强度的变化关系密切，在夏季风较弱的小冰期其含量明显高于夏季风较强的中世纪暖期和现代暖期，这是由于较弱的夏季风有利于亚洲大陆风尘的产生和向海输送，从而促进了研究海域的初级生产力。1850年以来，沉积物中的C∶N∶P逐渐从低于转变为高于Redfield比，反映了上层水体营养盐结构从氮缺乏到氮充足的转变，这与近现代以来急剧增加的全球氮排放密切相关。总体来说，黑潮主流系沉积物中的生源要素指标，明确记录和响应了近千年来的气候环境变化，尤其是近150多年以来不断加剧的人类活动所造成的气候环境剧变。     

Spatial distribution and diurnal variation of chemical oxygen demand at the beginning of the rainy season in the Changjiang （Yangtze） River Estuary

A field observation was carried out in the Changjiang （Yangtze） River Estuary from May 19 to 26, 2003. A total of 29 stations, including 2 anchored stations, were occupied through almost the whole salinity gradient. Based on the observation data, biogeochemistry of chemical oxygen demand （COD） was examined. Spatial distribution pattern of COD shows that it decreased downstream. The COD concentration varied generally within a narrow range of 1.24-1.60 mg/L in the zone around the river mouth, beyond which it decreased rapidly to 0.20 mg/L. In the mixed water zone, the fluctuation in COD was smaller at 2 m above the bottom layer than at the surface layer in 48 h. In the seawater zone, the 48-h fluctuation at the surface was the largest, followed by that of 5 m below the surface and 2 m above the bottom layers in a range of from 2.50 to 0.55 mg/L. Freshwater discharge was the dominant source of COD in the estuary. The average COD beyond the river mouth was 2.7 mg/L, which accorded with the Chinese seawater quality Grade I. Relationships between dissolved oxygen and biogeochemical parameters such as suspended particulate matter, dissolved organic matter and chlorophyll-a were also discussed.     

基于磷脂脂肪酸的热带西太平洋沉积物生源要素矿化过程探析

甄别生源要素参与的海洋沉积物矿化过程对探析生源要素的生物地球化学循环有重要的作用,矿化作用包括有氧呼吸、硝酸盐还原、铁锰异化还原及硫酸盐还原等多个过程,但如何区分这些过程一直是海洋沉积物矿化研究的难点。本研究采用气相色谱-质谱(GC-MS)联用对热带西太平洋沉积物中的磷脂脂肪酸(phospholipid fatty acid, PLFA)的组成进行了解析,并分析不同矿化过程中的主要PLFA种类及其影响因素,探究PLFA对沉积物矿化的指示作用。结果表明,PLFA总量在有氧呼吸过程中最高,而在硝酸盐还原过程中最低;且14:0、i14:0、i15:0和i19:0是有氧呼吸过程中微生物PLFA的主要组成,当其含量明显降低时可以指示沉积物矿化从有氧呼吸转变为硝酸盐还原;而10:0、17:0、20:0和22:0含量之和显著增加时则指示了硫酸盐还原过程的发生。在热带西太平洋沉积物中,总有机碳(TOC)和总有机氮(TON)含量以及间隙水NO₃-N含量是PLFA含量的重要影响因素,PLFA总量随着TOC和TON含量的减少而减少,并且TOC和TON的降解能够促进PLFA降解的发生,对PLFA组成有更直接的影响。     

CO2 flux and seasonal variability in the turbidity maximum zone and surrounding area in the Changjiang River estuary

The turbidity maximum zone(TMZ) is one of the most important regions in an estuary.However,the high concentration of suspended material makes it difficult to measure the partial pressure of CO_2(pCO_2) in these regions.Therefore,very little data is available on the pCO_2 levels in TMZs.To relatively accurately evaluate the CO_2 flux in an example estuary,we studied the TMZ and surrounding area in the Changjiang(Yangtze) River estuary.From seasonal cruises during February,August,November 2010,and May 2012,the pCO_2 in the TMZ and surrounding area was calculated from pH and total alkalinity(TA)measured in situ,from which the CO_2 flux was calculated.Overall,the TMZ and surrounding area acted as a source of atmosphere CO_2 in February and November,and as a sink in May and August.The average FCO_2was-9,-16,5,and 5 mmol/(m~2·d) in May,August,November,and February,respectively.The TMZ's role as a source or sink of atmosphere CO_2 was quite different to the outer estuary.In the TMZ and surrounding area,suspended matter,phytoplankton,and pH were the main factors controlling the FCO_2,but here the influence of temperature,salinity,and total alkalinity on the FCO_2 was weak.Organic carbon decomposition in suspended matter was the main reason for the region acting as a CO_2 source in winter,and phytoplankton production was the main reason the region was a CO_2 sink in summer.