夏季南极普里兹湾碳的生物地球化学循环Ⅰ:DOC的含量与分布

本文通过南极第15次科学考察,对夏季普里兹湾的溶解有机碳(DOC)进行研究.结果表明:调查期间普里兹湾及邻近海域DOC平均含量较高,表层含量在68.23-125.92μM之间变化,平均值为102.32μM,大于典型的大洋表层DOC含量(70-80μM).垂直分布表明水体上层DOC含量高于底层,在25-50m附近含量出现最高值.在普里兹湾及邻近海域难降解有机物是DOC的主要部分,经估算湾内难降解DOC含量92.34μM占总DOC的77%,湾外难降解DOC含量为76.89μM,占总DOC的82%.     

夏季南极普里兹湾碳的生物地球化学循环Ⅰ:DOC的含量与分布

本文通过南极第 1 5次科学考察 ,对夏季普里兹湾的溶解有机碳 (DOC)进行研究。结果表明 :调查期间普里兹湾及邻近海域DOC平均含量较高 ,表层含量在 68.2 3- 1 2 5 .92 μM之间变化 ,平均值为 1 0 2 .32 μM ,大于典型的大洋表层DOC含量 ( 70- 80 μM )。垂直分布表明水体上层DOC含量高于底层 ,在 2 5- 5 0m附近含量出现最高值。在普里兹湾及邻近海域难降解有机物是DOC的主要部分 ,经估算湾内难降解DOC含量 92 .34μM占总DOC的 77% ,湾外难降解DOC含量为 76.89μM ,占总DOC的 82 %。     

南极夏季普里兹湾叶绿素a的时空变化研究

利用SeaWiFs、MODIS卫星数据所获取的南极普里兹湾表层海水叶绿素a（Chl-a）与海表温度（SST）的遥感数据,并结合我国2001-2011年南极科学考察所获得的现场数据,对该区域的海表温度、叶绿素a与营养盐的分布规律进行分析。结果表明：研究海区的叶绿素a的分布具有明显的区域特征,以陆架坡为界,湾内向湾外表现出明显的递减趋势;在湾内陆架区,浮游植物的旺发主要受海冰消融以及营养盐供给的影响,十年南极夏季叶绿素a浓度的遥感区域平均值为1.40mg/m3;在陆坡区,浮游植物的繁殖主要受到水文条件的影响,十年的夏季遥感平均值为0.44mg/m3;在湾外深海区,浮游植物的繁殖主要受到水文条件与铁元素的影响,浓度较低,十年的夏季遥感平均值为0.25mg/m3。在整个南极夏季,研究海域每月的叶绿素a浓度与海表温度呈现出一定的正相关性（R2=0.505）,而在年际变化上,叶绿素a与海表温度的变化趋势也有着明显的相似性,表明温度是叶绿素a浓度的主要影响因素。通过研究多变量厄尔尼诺指数与湾内表层叶绿素a浓度的关系,可知在相对敏感的湾内陆架区,厄尔尼诺/拉尼娜可能会对叶绿素a的浓度产生影响,在厄尔尼诺年,叶绿素a的浓度较高;而在拉妮娜年,叶绿素a的浓度较低,表明高纬度海区浮游植物的生长与繁殖对中低纬度的ENSO事件存在一定的响应联系。     

夏季南极普里兹湾碳的生物地球化学循环Ⅳ:有机碳的垂直迁移与转化

根据CHINARE 1 5航次调查数据对普里兹湾DOC与POC相互转化以及垂直迁移过程进行了初步分析。研究表明 ,在上层水体中用于DOC、POC降解的氧分别占表现耗氧量的 6 .0 %和 6 .2 % ,1 0 0m以下水体中虽然DOC的降解与表层相比有所加强 ,但仍不是非常大的规模 ,这也证明普里兹湾难降解的DOC含量较高。在 2 5m以内DOC与POC的正相关性说明在表层生成的POC部分转化为DOC ,且对DOC的贡献不容忽视     

2011夏季南极普里兹湾营养盐与浮游植物生物量的分布

利用2011南极夏季在普里兹湾获取的海水样,检测了Chla、磷酸盐、硅酸盐、硝酸盐和铵盐的含量。结果表明,普里兹湾表层海水中Chla的含量普遍具有冰架边缘>陆架区>陆坡及深海区的分布特征,海冰的消融及水体的稳定性是影响表层海水Chla分布的主要原因。Chla含量的垂直分布与光照条件相关,具有上层水体含量高,随着深度逐渐降低的分布特征。磷酸盐、硅酸盐和硝酸盐的水平及垂直分布特征都与Chla的分布格局相反。表层海水中铵盐的分布特征与磷酸盐等主要营养盐的分布格局相反,冰架边缘、陆架区铵盐的垂直分布特征与陆坡及深海区不同,在冰架边缘和陆架区有机质降解过程主导着水柱中铵盐的浓度,而浮游植物吸收作用与有机质降解过程之间的平衡控制着陆坡及深海区铵盐的垂直分布。根据Chla与营养盐的浓度及分布特征,结合温度、盐度、溶解氧等水文要素,分析探讨了Chla深层最大值现象（DCM）的成因及67.5°S以南表层海水中铵盐对硝酸盐吸收的抑制作用。     

南极普里兹湾的海水化学特征

本文利用 1 989/1 990年度中国第六次南极考察期间所获得的调查资料 ,探讨了普里兹湾营养盐分布及其与生物生产力间的相互关系。结果表明 ,在艾默里冰架外侧存在大片温暖高盐水域 ,该水域真光层内营养盐含量较低 ,溶解氧饱和度高达 1 2 0 %,叶绿素 A含量大于 1 .0 0 mg/m3 ,表明了普里兹湾是南极高生产力区。化学要素垂直分布如温度一样出现了强跃层 ,并于3 5 0 m层出现了异常的营养盐垂直分布 ,但盐度无明显跃层存在。最后讨论了引起异常分布的原因。     

南极普里兹湾海域夏季表层水体颗粒有机碳及其同位素分布特征

基于中国第29次南极科学考察在普里兹湾海域采集的61个站位的表层悬浮体样品的颗粒有机碳(POC)及其稳定同位素(δ13CPOC)测试结果,结合卫星遥感解译的研究区海水表面温度(SST)、叶绿素a(Chl a)浓度和海冰覆盖率数据,研究了普里兹湾海域表层水体悬浮POC的分布特征,探讨了悬浮体中POC的来源及其形成过程。结果表明,2013年夏季普里兹湾表层悬浮POC浓度为0.28—0.84 mg·L-1,平均浓度为0.48 mg·L-1;δ13CPOC值的变化范围为-29.68‰—-26.30‰,平均值为-28.01‰。表层水体悬浮POC分布呈现近岸高于远岸,西部高于东部的特征。POC的高值区主要分布在冰架附近,与表层水体Chl a浓度和海冰覆盖率分布趋势基本一致,表明夏季普里兹湾表层水体悬浮POC主要由浮游植物现场生产,而浮游植物的生长受到了海冰的显著影响。在普里兹湾外部海域表层水体悬浮颗粒物δ13CPOC值从东向西逐渐偏负,而调查区东部从近岸向远海逐渐偏负,反映该海域δ13CPOC分布特征主要受到浮游植物吸收与固定CO2速率的影响。中山站附近海域δ13CPOC值显著偏负,可能是受到近岸海域陆源有机质输入和浮游生物种属改变的影响。     

1998/1999年南极夏季普里兹湾及北部海区叶绿素a和初级生产力的分布特征

1998 /1 999年南极夏季 ,作者随“雪龙船”在南极普里兹湾及其北部海区 (63° - 69°1 2′S ,70°30′- 75°30′E) 3条断面 2 4个测站进行浮游生物现存量和初级生产力的现场观测 ,研究叶绿素a浓度和初级生产力的分布特征。测区表层叶绿素a浓度为 0 .1 6 - 3 .99μg/dm3,普里兹湾内和湾西部四女士浅滩海域浓度在 3 .5μg/dm3以上 ;平面分布趋势从湾内向西北方向递减 ,深海区浓度在 0 .5μg/dm3以下。从垂向看叶绿素a浓度的最大值大多出现于 2 5m或 50m层 ,50m以下更深层的浓度随深度的增加而降低 ,2 0 0m层叶绿素a浓度分布范围为 0 .0 1 - 0 .95μg/dm3。粒径分级叶绿素a浓度以微小型浮游生物的贡献占优势 (56 % ) ,微型浮游生物的贡献占2 4 % ,微微型浮游生物的贡献占 2 0 %。测区潜在初级生产力为 0 .1 1～ 1 1 .67mgC/(m3·h) ,平均值为 2 .0 0± 2 .80mgC/(m3·h)。高生产力区位于普里兹湾 ,平均现场生产力达到 0 .86gC/(m2 ·d) ;依次为陆架区、陆坡区 ,深海区生产力较低 ,平均现场生产力为 0 .1 7gC/(m2 ·d)。光合作用同化数较低 (1 .53± 1 .1 1mgC/(mgChla·h) )。粒径分级初级生产力以微小型浮游生物的贡献占优势 (58% ) ,微型浮游生物的贡献占 2 6 % ,微微型浮游生物的贡献占 1 6 %。浮游植     

南极普里兹湾营养盐分布特征及季节性消耗

利用中国南极科学考察CHINARE-25/27/29航次获取的普里兹湾营养盐数据,对该海域营养盐的含量分布特征进行了分析,利用水柱T_(min)层的存在估算了夏季的营养盐消耗量(NNU、NPU和NSiU),并对营养盐的吸收比例及结构做了初步探讨。结果显示,普里兹湾营养盐空间分布呈现明显的区域特征,上表层水营养盐浓度分布表现为冰架边缘区陆架区深海区的区域性特征。夏季普里兹湾受到浮游植物旺发的影响,湾内营养盐(NO_3-N、PO4_-P和SiO_3-Si)的消耗值相对湾外较高。营养盐吸收比值的变化表明,NSiU/NNU比值由湾内向湾外呈现升高的特征,与叶绿素a具有相反的分布趋势,推测这一现象与湾内陆架区铁的供应要高于湾外深海区有关。本文对营养盐结构与变化的探讨,将有益于进一步深入了解南极普里兹湾各生源要素的循环过程,为预测未来南极浮游群落结构的演变提供依据。     

南极夏季普里兹湾邻近海域浮游植物、粒度分级叶绿素a和初级生产力的分布

１９９１／１９９２年夏季，在南极普里兹湾邻近海域现场观测浮游植物细胞丰度、优势种类组成、颗粒有机碳浓度、粒度分级叶绿素ａ浓度和初级生产力的分布。调查海域现存生物量和初级生产力以及颗粒有机碳浓度分布均具有较明显的时间和空间区域性特征。在普里兹湾邻近北部陆架和测区东部海区现存生物量、初级生产力和颗粒有机碳浓度均较高，西部海区上述生物参数均较低。测区微型和微微型浮游生物代谢生理活性高，能量转换速率快，在现存生物量和生产力中均占较高比重。其对初级生产力的贡献要高于对生物量的贡献。     

1999/2000年夏季南极普里兹湾及湾口区叶绿素a和初级生产力

20 0 0年 1月 1 9日至 2 7日在 70°3 0′E- 75°3 0′E,6 2°S以南的南极普里兹湾近岸陆架区的陆隆向深海区设三条纵断面进行浮游生物现存量、真光层深度和光合作用速率的现场观测。并在冰间湖站 - 1 2进行连续昼夜观测。结果表明 ,观测海区叶绿素 a浓度高值位于近岸海湾、冰间湖和测区中部的陆坡区 ;陆坡中部站 - 6和 - 8,0 - 5 0 m的浅水层为叶绿素 a高值区 (2 .1 6- 5 .0 8μg/dm3 )。各测站平均叶绿素 a浓度 2 5 m次表层 (1 .49± 1 .6 1 μg/dm3 )高于表层 (1 .1 4±1 .1 9μg/dm3 ) ,5 0 m以下更深层的浓度随深度的增加而降低 ,2 0 0 m层叶绿素 a浓度仅 0 .0 3±0 .0 2μg/dm3 。昼夜观测结果表明表层叶绿素 a浓度在南极夏季的午后出现最大值 ,晨间出现最小值 ;2 5 m以浅水层的叶绿素 a浓度明显高于深层水 ,与封冰消融冰藻的释放有关。测区真光层潜在初级生产力为 0 .76 - 1 2 .5 9mg C/(m3· h) ,平均值为 4.0 1± 4.0 7mg C/(m3· h) ;海湾和陆架区现场生产力均超过 1 .5 g C/(m2 · d) ,陆坡、深海区约 0 .5 g C/(m2 · d)。高生产力位于高生物量的近岸海湾、陆架冰间湖区。光合作用同化数在 0 .88- 3 .1 0 mg C/(mg Chla· h)。表层叶绿素a浓度与海水中溶解氧浓度呈紧密相关 (Y=0 .0 5 9X     

2007/2008年和2008/2009年夏季南大洋以及普里兹湾POC的分布与变化

在中国第24次和第25次南极科学考察期间,利用航渡表层水观测和普里兹湾定点观测,对颗粒有机碳(POC)的分布及其影响因素进行了研究.结果表明,南大洋表层水体的颗粒有机碳分布具有明显的区域性特征,表层水体POC的含量与营养盐和叶绿素a有着明显的相关分布趋势.南极水、亚南极水的表层POC浓度明显高于亚热带水和热带水,第24...     

南极半岛邻近海域夏季POC分布特征及其影响因素

海水中的颗粒有机碳(POC)与生物的生命过程、初级生产力关系密切,是海洋食物链中重要的物质基础和能量来源,因此POC的分布特征可以有效反映其生物地球化学环境。利用中国第33次南极考察期间(2016年12月至2017年1月)在南极半岛邻近海域采集的海水颗粒物样品,研究POC的空间分布特征及其影响因素。结果表明,斯科舍海0—200 m的POC浓度范围为7.44—193.52μg·L~(-1),平均浓度为(48.84±35.09)μg·L~(-1);南斯科舍海岭0—200 m的POC浓度范围为9.13—62.17μg·L~(-1),平均浓度为(29.76±14.12)μg·L~(-1);鲍威尔海盆0—200 m的POC浓度范围为5.87—270.72μg·L~(-1),平均浓度为(48.57±38.92)μg·L~(-1)。表层POC高值出现在斯科舍海区和鲍威尔海盆区,而低值出现在海岭区,与叶绿素a(Chla)的变化趋势一致,与营养盐的变化趋势相反。垂向分布上,各个区域POC平均浓度随深度的增加而减少,鲍威尔海盆和斯科舍海POC最高值都出现在25 m层。分析结果表明光合浮游植物是研究海域POC的主要来源, POC的主要影响因素为温度、水团混合以及海冰环境。斯科舍海与鲍威尔海盆整体非生命POC占比高,可能是由于高磷虾生物量、海冰碎屑以及陆源输入的干扰;南斯科舍海岭整体非生命POC占比低。     

南极普里兹湾营养盐消耗及新生产力的估算

研究了ＣＨＩＮＡＲＥ－６和ＣＨＩＮＡＲＥ－９普里兹湾内营养盐的分布及变化,采用化学质量平衡方法估计了该海区新生产力的大小。结果表明在ＣＨＩＮＡＲＥ－６期间,ＮＯ３－Ｎ、ＰＯ４－Ｐ、ＳｉＯ３－Ｓｉ消耗分别为１０６４．８、６９．２、２１９６．９ｍｍｏｌ／ｍ２,ＮＰ、ＳｉＰ吸收比分别为１５．３、３１．７,平均新生产力为９９２．４ｍｇＣ／（ｍ２ｄ）。在ＣＨＩＮＡＲＥ－９期间,ＮＯ３－Ｎ、ＰＯ４－Ｐ消耗分别为５５１．９、４１．２ｍｍｏｌ／ｍ２,ＮＰ吸收比为１３．４,平均新生产力３９０．１ｍｇＣ／（ｍ２ｄ）,表现出很大的季节和／或年际变化。估算的新生产力值都大于１４Ｃ测定的初级生产力值,表明普里兹湾海区夏季有很大的新生产力。元素吸收比和外海测定值不同,表明营养盐的吸收和循环在南极海区有很大的区域差异性。     

南极普里兹湾及其毗邻南印度洋夏季微小型浮游植物的分布特征

1990年 1 2月～ 1 991年 1月从南极普里兹湾及其毗邻南印度洋获得的微小型浮游植物样品 ,经鉴定、分析表明 :调查海区有 5门 40属 1 2 2种、变种和变型 ,其中硅藻类占 73 .0 %,甲藻类占2 0 .5 %,其它仅占 6 .5 %。表层水样微小型浮游植物平均丰度为 2 5 5 1× 1 0 4个 /m3 ,其密集区主要分布在普里兹湾内邻近陆架区的 7站和西冰架与沙克尔顿冰架之间的以北海域 ( 3、 4、 2、 3、 1站及 1站 ) ;位于普里兹湾西北部海域断面 和 1～ 5站丰度最低。网采浮游植物平均丰度为 81 2× 1 0 4 个 /m3 ,其密集区则分布在普里兹湾邻近陆架区 ( 2、 4、 5、 7、 4、 5站 )和西冰架北部海域 ( 1、 3站 ) ;低丰度位于沙克尔顿冰架东部海域 (断面 、 的测站 )。微小型浮游植物垂直分布密集区位于测区中部 ( 3、 3站 )和东部 ( 3站 ) 0～ 5 0 m水体 ,水深1 0 0 m以下至 2 0 0 m随深度的增加而丰度逐渐减少。微小型浮游植物丰度与大磷虾的丰度和营养盐 (N、P、Si)浓度成显著的负相关。     

南极普里兹湾表层沉积物中生物钡的含量与分布

利用中国南极科学考察第21和27航次采集的普里兹湾表层沉积物样品,分析了其中BBa的含量及分布特征,并讨论了控制其分布的相关因素。结果表明:分别利用直接扣除法和分步萃取法获得的BBa含量差别较大,直接扣除法获得的含量明显高于分步萃取法,这是因为扣除法获得的BBa中包含了大量的非生源钡,比如与样品中含砂量有密切联系的铁锰氧化物结合态钡,从而导致在该海域采用直接扣除法缺乏合理性。分步萃取法获得表层沉积物中BBa含量为104—445μg·g-1,平均值为227μg·g-1,呈现明显的空间分布差异,整体分布趋势为湾中心区域较高,浅滩及冰缘区较低。表层沉积物样品中BBa的含量及分布与BSi、OC以及上层水体的叶绿素a和初级生产力情况密切相关,说明上层水体的生物生产状况是BBa分布的主要控制因素。     

南极普里兹湾表层沉积物中磷的形态分布特征

针对多次南极考察中雪龙号在普里兹湾海域获取的表层沉积物样品,分析了该海域沉积物中各形态磷的含量,并讨论了其分布特征和控制因素。结果表明,表层沉积物总磷含量介于416.1×10-6—676.3×10-6之间,平均为543.5×10-6,主要由碎屑磷(平均为209.9×10-6)和自生磷(平均为137.7×10-6)组成。自生磷、有机磷呈现从湾东部至西部逐渐降低的分布趋势,这种分布与有机碳、生物硅等生源要素的分布以及上层水体生产力的高低相吻合,指示了其海洋生源属性;碎屑磷在湾西部含量较高,其分布与沉积物中铝、砂质的分布模式一致,表明其主要来自堆积在西部浅滩区域冰山携带的陆源砂质碎屑。可交换态磷(平均为36.0×10-6)和铁结合磷(平均为47.1×10-6)在沉积物中含量较低,分别受沉积物粒度和铁含量的控制,仅在湾东部和中心个别站位含量较高。生物可利用磷在湾东部和中心区域含量较高,可能与上述区域较高的生源颗粒物沉降速率有关,同时这些颗粒物可能吸附了水体中的磷进入沉积物中,导致对应底层海水磷酸盐浓度相对降低。     

2011年夏季南大洋普里兹湾颗粒态生物硅的分布与变化特征

利用中国第27次南极科学考察期间获得的颗粒物样品,对南大洋普里兹湾海域水体中颗粒态生物硅的含量及分布特征进行了初步研究,分析了该海域颗粒态生物硅与营养盐、浮游植物以及颗粒有机碳之间的关系,同时结合历史数据对比了颗粒态生物硅的年际变化情况。研究结果显示：在2011年夏季普里兹湾表层水体中颗粒态生物硅含量在0.76-19.72μmol/ dm3之间变化,平均为6.06±4.55μmol/ dm3。在表层水体中的分布趋势是67°S以南的湾内区域颗粒态生物硅含量明显高于67°S以北的湾外区域,最大值出现在普里兹湾陆架区。在垂向分布上,P3断面水体中颗粒态生物硅含量随深度增加而减少。根据不同年份即24,25,26,27次南极科学考察期间获取的数据对比分析显示,颗粒态生物硅含量虽存在一定的年际差异,但是在普里兹湾的分布趋势基本一致。颗粒态生物硅含量的变化特征与硅酸盐相反与叶绿素a、颗粒有机碳相似。