2016年夏季长江口及其邻近海域表层沉积物中有机质的分布特征与来源分析

2016年夏季,在长江口及其邻近海域采集了55个表层沉积物样品,通过分析样品的粒级组成、总有机碳(TOC)、总氮(TN)及其稳定同位素(δ¹³C和δ¹⁵N)等相关指标,探讨了长江口邻近海域表层沉积物中有机质的空间分布特征、来源及环境指示意义。结果表明,有机质的空间分布与海域周边陆源有机质输入、沉积物粒径及海流影响密切相关,长江口外南侧海域和浙江外海泥质区是TOC、TN的高值区(TOC>0.5%,TN>0.08%),长江口北侧的砂质粉砂区为低值区(TOC<0.4%,TN<0.05%)。δ¹³C (-23.94～-20.49‰)与TOC/TN(6.45～11.16)的空间分布特征与数值范围显示,表层沉积物中有机质是海洋和陆地来源的混合;通过分析陆源有机碳的相对贡献率(f:13.00～58.45%)与海源有机碳(TOC_marine:0.12～0.55%)可知,陆海物质来源比例的变化与离岸距离及长江冲淡水的路径密切相关,海源有机质在123°E以东海域显著增加。δ¹⁵     

珠江口及近海表层沉积有机质的特征和来源

测定了珠江口及近海表层沉积物中总有机碳(TOC), 总氮(TN)及稳定碳同位素组成和几类主要有机化合物(水解氨基酸THAA、糖类TCHO、脂类lipid、酸不溶有机物AIOC), 并分析了沉积有机质及化合物的特征和来源。结果表明珠江口表层沉积有机质主要为陆源和水生混合来源, 而近海有机质主要为当地水生来源。大量的陆源高等植物(含有较多的木质素、纤维素等)输入珠江口, 使得珠江口个别站位沉积物中糖类物质含量大幅高于近海样品; 而珠江口与近海沉积物中水生来源有机质的含量相当。氨基酸和糖类占TOC的份额在浮游生物和悬浮颗粒物中分别为56%和48%, 在表层沉积物中为19%, 说明珠江口和近海的有机质从水柱到达沉积物-水界面的过程中经历了较充分的降解。珠江口样品中活性组分氨基酸和糖类占TOC的份额低于近海, 可能说明珠江口沉积有机质的降解程度高于近海。     

广东省典型海湾表层沉积有机质的来源和分布

于2009年对广东省3个典型海湾湛江港、深圳湾和流沙湾表层沉积物的稳定碳同位素进行了分析。结果显示,湛江港表层沉积物δ13C值的范围为25.9‰—23.9‰,平均值为25.2‰;深圳湾表层沉积物的δ13C值的范围为25.9‰—23.2‰,平均值为25.1‰;流沙湾表层沉积物的δ13C值的范围为23.2‰—20.0‰,平均值为20.9‰。根据经典二元模式计算,湛江港陆源有机质的贡献比例范围为0.57—0.90,平均为0.78;深圳湾陆源有机质的贡献比例范围为0.45—0.90,平均为0.76;而流沙湾表层沉积有机质中海洋有机质的贡献比例较大,陆源有机质的贡献比例很小。湛江港和深圳湾表层沉积有机质主要来源于陆架,可能是C3(光合作用最初产物为三碳化合物)植物和海洋浮游微藻的混合有机质,但起主导作用的是陆架C3植物;而流沙湾表层沉积有机质主要来源于大型海藻和贝类的排泄物。各海湾沉积有机质的分布没有明显的规律性,主要受大陆径流、航运和潮汐的影响,同时也受海域初级生产力和水产养殖业的影响。     

Logatchev热液场附近表层沉积物中有机质的组成特征、来源及其影响因素

利用2005年"大洋一号"科学考察船电视抓斗采样器采集的表层沉积物样品,对大西洋洋中脊Logatchev热液场附近7个站位表层沉积物样品中的烷烃组分进行了定量分析,并结合总有机碳(TOC)及C稳定同位素(δ13C值)分析,探讨了表层沉积物中有机质的组成及可能的来源和影响因素.结果表明:表层沉积物中正构烷烃组分以低碳数化...     

杭州湾表层沉积物碎屑矿物分布及物质来源

对2008年采自杭州湾内的232个表层沉积物进行了碎屑矿物研究。结果表明,杭州湾沉积物中重矿物质量分数较低,平均为3.39%,重矿物以普通角闪石、绿帘石为主,富含云母类片状矿物,稳定矿物如钛铁矿、石榴子石、锆石、榍石等质量分数较低。轻矿物以石英、长石为主,绢云母为特征矿物,物源指示意义大。重矿物中优势矿物(普通角闪石,绿帘石)、赤铁矿和褐铁矿以及特征片状矿物可以作为沉积物输送和扩散的指标,碎屑矿物分布特征表明杭州湾表层沉积物以长江输入为主,湾内南部沉积物中混有钱塘江及周边河流的输入物质,岛屿侵蚀产物对沉积物碎屑矿物组成影响有限。     

湖泊沉积物中有机质碳同位素特征及其古气候

本文对湖泊沉积物中有机质碳同位素的形成条件及其与环境气候的关系进行了初步讨论。湖泊沉积物中有机质碳同位素主要由湖泊沉积物中有机质来源决定，因此也涉及有机质合成所需碳的来源。此外，还受湖水化学性质（ｐＨ值、硬度等）、湖泊初级生产力、大气二氧化碳浓度、流域水文特征、区域自然环境、沉积环境以及沉积物埋藏后的保存状况等因素影响。有机质碳同位素与气候条件存在着一联系。￣（１３）Ｃ值高，一般对应于气候的暖期；￣（１３）Ｃ值低则对应冷期。但两者关系实际远非如此简单，一些地区的湖泊沉积物有机质￣（１３）Ｃ对气候波动并不敏感，有时甚至具有反向的变化，本文就这些问题作了详细论述。另外，通过对鄱阳湖、呼伦湖等湖泊沉积物中有机质碳同位素特征分析，认为￣（１３）Ｃ值对区分湖泊沉积中间夹的非湖相（河流、风沙沉积等）沉积环境也具有明显的指导意义。     

外源对太湖河口沉积物有机质贡献的同位素示踪

分析了太湖流域不同土地利用类型土壤、河口表层沉积物及主要生物的有机碳含量和同位素分布特征,并利用端元混合法求取了陆源输入对湖泊沉积物有机质的贡献及分布。研究结果表明,流域表层土壤有机质δ13C受植物群落的δ13C值影响,不同植被类型的土壤有机质δ13C值存在差异。茶园、菜地、林地和农田δ13Corg平均值分别为-25.4‰、-25.8‰、-27.1‰和-28.1‰,其中茶园有机碳同位素值最高。河口表层沉积物有机碳同位素变化范围为-27.5‰～-25.1‰,平均值为-25.7‰。河口近岸区域表层沉积物δ13Corg偏低,且以河口为轴心向湖心逐渐增大,呈扇形条状分布,其分布主要受低δ13C值的陆源有机质输入影响。利用端元混合法求得近河口表层沉积物中陆源有机质贡献高达70%～80%,随着离岸距离的增加,陆源有机质贡献量逐渐减少。     

冲绳海槽中部表层沉积物的重矿物分布和来源

根据冲绳海槽表层沉积物的重矿物含量变化、物源、成因、地貌和沉积特征划分出东海陆坡、琉球岛坡和海槽槽底三个矿物组合区以及六个矿物组合亚区，并对其物质来源和影响范围作了讨论。     

桑沟湾及附近海域表层沉积物碳氮同位素分析及有机质来源

Naturally existing stable carbon and nitrogen isotopes are important in the study of sedimentary organic matter sources. To identify the sources of sedimentary organic matter in Sanggou Bay and its adjacent areas, which is characterized by high-density shellfish and seaweed aquaculture, the grain size, organic carbon(OC), total nitrogen(TN), carbon and nitrogen isotopic composition(δ13C and δ15N) of organic matter in the surface sediment were determined. The results showed that, in August, sedimentary OC and TN ranged from 0.17% to 0.76% and 0.04% to 0.14%, respectively. In November, OC and TN ranged from 0.23% to 0.87% and 0.05% to 0.14%, respectively. There was a significant positive correlation between OC and TN(R=0.98, P0.0001), indicating that OC and TN were homologous. In August, the δ13C and δ15N of organic matter varied from-23.06‰ to-21.59‰ and 5.10‰ to 6.31‰, respectively. In November, δ13C and δ15N ranged from-22.87‰ to-21.34‰ and 5.13‰ to 7.31‰, respectively. This study found that the major sources of sedimentary organic matter were marine shellfish biodeposition, seaweed farming, and soil organic matter. Using a three-end-member mixed model, we estimated that the dominant source of sedimentary organic matter was shellfish biodeposition, with an average contribution rate of 65.53% in August and 43.00% in November. Thus, shellfish farming had a significant influence on the coastal carbon cycle.     

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。     

长江口邻近陆架区表层沉积物的木质素分布和有机物来源分析

对长江口邻近陆架区表层沉积物的有机物进行碳、氮元素、碳稳定同位素和木质素测定,以分析其物质来源,特别是陆源有机物的迁移埋藏。结果表明,碳与氮含量的比值为6.2~7.7,δ13C为-19.9×10-3~-22.4×10-3。8种木质素酚单位的总含量(相对于总有机碳)为0.15×10-2~1.56×10-2mg/mg,显著低于长江口门处的2.50×10-2mg/mg。香草基酚类的酸醛比平均值为0.90,表明该海区的陆源有机物是高度降解的;紫丁香级酚类与香草基酚类的含量之比为(0.78±0.35),肉桂基酚类与香草基酚类的含量之比为(0.13±0.08),表明这些陆源有机物源于草本和木本混合的被子植物。31.5°N以南站位木质素的降解程度比北部的高,草本植物源的贡献更大,被子植物的主导优势也更明显;长江输入的有机物以沿岸堆积为主,具有显著的离岸降低趋势。在31.5°N以北的陆架区,虽然近岸站位陆源有机物的贡献显著高于其他站位,但其他站位并没有离岸递减趋势。这种南北分布差别可能是由海流条件和水深梯度的差异引起的。计算结果显示,该海区表层沉积物中的陆源有机物占总有机物的5%~57%,且主要来自土壤有机质。     

夏季大亚湾悬浮颗粒有机物碳、氮同位素组成及其物源指示

2015年夏季开展了大亚湾悬浮颗粒有机物碳（POC）、氮含量（PN）及其同位素组成的研究,结果表明,δ13C_POC和δ15N_PN的变化范围分别为-25.7‰~-17.4‰和-6.3‰~10.4‰,平均值分别为-20.2‰和8.2‰。大亚湾悬浮颗粒有机物含量及其碳氮同位素组成的空间变化反映了不同有机质来源的影响:喜洲岛附近海域表现出高POC、PN、δ13C_POC和δ15N_PN的特征,指征着浮游植物水华的主导贡献;东北部范和港附近海域具有高POC、PN、低δ13C_POC和高δ15N_PN的特征,反映了河流/河口水生有机物的影响;湾顶白寿湾附近海域的δ13C_POC和δ15N_PN出现低值,体现了陆源有机质和人类污水排放的影响。借助δ13C_POC和δ15N_PN的三端元混合模型,定量出海洋自生有机质、陆源有机质、河流/河口水生有机质等3个来源的贡献平均分别为70%、13%和17%,其中海洋自生有机质是夏季大亚湾悬浮颗粒有机物的最主要来源。从这3种来源颗粒有机物含量的空间变化看,海洋自生有机质含量由湾内向湾外减少,与初级生产力的空间变化相对应;河流/河口水生有机质含量在大亚湾东北部出现高值;陆源有机质含量在表、底层出现不同态势,表层陆源有机物含量在湾中部海域最低,而底层则呈现出自湾内向湾口增加的趋势,主要受控于离岸距离和珠江冲淡水、粤东沿岸上升流输送的影响。     

曹妃甸近岸海域石油烃污染物的来源与空间分布研究

以曹妃甸邻近海域为研究区,利用生物标志化合物地球化学参数分析了表层沉积物中石油烃类的主要组成和分布特征,探讨了石油烃污染物的来源。结果表明,曹妃甸邻近海域表层沉积物中正构烷烃为混源,且陆源贡献小于海洋源。地质构型藿烷、甾烷在甾萜类化合物中为优势组分,且萜甾烷参数显示了有机质成熟度较高。饱和烃的多种地球化学参数显示了该区域表层沉积物可能受到成熟度较高的石油烃输入及其后期微生物降解的影响。该研究将为曹妃甸近岸沉积物输移研究提供基础资料,进而为曹妃甸围填海工程的科学决策提供相关科学数据。     

珠江口沉积物有机质特征、来源及其对碳存储的意义

河口沉积物作为承接陆海过程的重要载体, 是有机质赋存的主要形式之一。本文研究了珠江口沉积物总有机碳、总氮含量和沉积物可溶性有机物三维荧光特征, 以及其在口内区、混合区和口外区空间差异和影响因素, 并结合碳稳定同位素(δ¹³C)估算了珠江口各区域沉积物中不同来源有机质的贡献。结果显示: (1)沉积物总有机碳和总氮含量空间变化相似, 口内区和混合区域沉积有机质含量显著高于口外区; 主成分分析发现, 口内区沉积有机质含量主要受径流输入的影响, 口外区主要受Fe³⁺的影响; (2)MixSIAR稳定同位素混合模型结果显示, 口内区和混合区沉积有机质以陆源为主, 口外区则以海源为主; (3)珠江口沉积物新生有机质较多, 可快速被利用, 总体上不利于有机碳存储; 而陆源输入导致口内区和混合区沉积有机质腐殖化程度较高, 有机碳可存储性相对较高, 口外受海源有机质和铁氧化物—有机质复合体的影响, 有机碳可存储性相对较低。本研究可为深入认知河口区沉积有机质的生物地球化学过程及有机碳存储提供参考。     

南极半岛东北海域表层沉积有机质来源及其沉积环境

采用气相色谱-质谱技术对南极半岛东北海域海底表层沉积物的总有机碳、有机质碳同位素(δ13 Corg)和生物标志化合物等进行了测试分析。研究区表层沉积物总有机碳TOC平均值高于现代深海沉积物中的平均含量。δ13 Corg的变化说明该海域有机碳来源呈海洋水生生物来源和陆源混合的特征。正构烷烃的峰型分布、主峰碳、饱和烃轻重比C-21/C+22和(C21+C22)/(C28+C29)、甾烷组合和藿烷组合证实研究区西部表层沉积物有机质来源以陆源高等植物为主,其陆源可能来自于附近的南极半岛和南舍得兰群岛;研究区东部表层沉积物有机质来源偏以海源为主,且以低等浮游生物、藻类及细菌生物等海源输入为主。碳优势指数(Carbon preference index,CPI)、奇偶优势指数(Odd-even Predominance,OEP)和甾烷C29ααα20S/(20S+20R)比值显示研究区D1-7站位和D5-9沉积物有机质演化程度较高,D5-2和D2-4站位的有机质演化程度低,其他站位介于中间状态。饱和烃中姥鲛烷、植烷及其比值(Pr/Ph)等组合显示研究区西部以氧化-弱还原的沉积环境为主,其可能是受高温低盐别林斯高晋海水流和附近火山喷发的影响所致;研究区东部以还原—强还原沉积环境为主,可能是受低温高盐的威德尔底层水(WSBW)和威德尔海深层水(WSDW)影响所致。     

Stable nitrogen isotope composition in sedimentary organic matter as a potential proxy of nitrogen sources for primary producers at a fringing coral reef

The stable nitrogen isotope ratio (δ ¹⁵N) in macroalgae is effectively used as a time-integrated bioindicator to record nitrogen sources for primary producers during their growing periods in aquatic ecosystems. However, the utility of this tool is limited because the occurrence of these organisms is often restricted in space and time. To investigate the potential of chemical composition in sedimentary organic matter (SOM) as a proxy for time-integrated environmental conditions, nitrogen (N) and carbon (C) contents and their stable isotope ratios (δ ¹⁵N and δ ¹³C) were determined, and systematically cross-checked against corresponding values in macroalgae at the Shiraho fringing reef in Okinawa, Japan. Preliminary trials showed that δ ¹⁵N in SOM processed by the “wash-out method” for δ ¹³C analysis yielded similar δ ¹⁵N values to the bulk sediment, despite the loss of some SOM during the process. The amounts of organic matter and the ratio of the HCl-insoluble portion were variable within the reef, probably reflecting local vegetation and subsequent decomposition. The distribution of δ ¹⁵N and δ ¹³C in SOM showed similar trends to those of macroalgae, with mostly constant differences of 1.4‰ and −6.7‰, respectively. These differences throughout the reef appeared to be explained in terms of mixed contributions from macrophyte and epibenthic microalgae growing in different seasons and years, with their debris undergoing diagenetic alteration. Therefore, macroalgae and SOM δ-values can be used in a complementary manner, over various time scales, as indicators of the integrated effect of dissolved inorganic nitrogen (DIN) sources on coral reef ecosystems.