春季长江口崇明东滩沉积物-水界面营养盐交换过程研究

2005年3-5月,选取位于长江口崇明东滩的3个典型站点,对沉积物间隙水中营养盐剖面进行了观测;同时,通过模拟现场环境培养的方法测定了营养盐在沉积物-上覆水界面的交换通量.结果表明,间隙水中NH4+和SiO32-浓度比PO43-和NO2-+NO3-一般要高2-3个数量级.沉积物-水界面交换过程在春季表现为对NO3-和SiO32-的吸收,吸收的量在很大程度上取决于上覆水中这两种营养盐的浓度;由上覆水和表层间隙水浓度梯度所决定的分子扩散通量对实际交换通量的控制有限.对NO3-,分子扩散通量占交换通量的比例为到21%;对SiO32-,前者和后者的方向相反;对NH3+,较大的浓度梯度支持显著的释放通量,而在培养过程中并没有发现上覆水中NH4+浓度持续的增长.以上结果都说明其它因素,如浮游植物吸收、颗粒物吸附以及底栖动物扰动在更大程度上决定着崇明东滩沉积物-水界面营养盐的交换过程.     

冲绳海槽北部氧化还原敏感元素的早期成岩过程

The early diagenesis processes of several redox-sensitive trace metals(RSMs)(Mo, U and V) were studied with several short sediment cores(～25 cm) collected in the northern Okinawa Trough(OT). Pore water vertical profiles indicated that the sedimentary environments in all cores were between oxic and suboxic, not yet reaching anoxic sulfidic conditions. The recycling process of Mo in sediments was clearly associated with Mn and yielded little authigenic accumulation, while U showed a downcore increase in sediment and its authigenic mass accumulation rate(MAR) was estimated to be ～23% of the Changjiang(Yangtze) and Huanghe(Yellow) riverine flux. Benthic diffusive fluxes and MAR were calculated and the comparison of them showed that U and V fluxes matched relatively well both in direction and in magnitude, implying that diffusion processes at the sedimentwater interface is the dominant process controlling the remobilization or burial of V and U in northern OT. This work provided a systematic study(both in pore water and solid phase) on the RSMs geochemical behaviors during early diagenesis process, yielding a quantitative assessment of the remobilization or burial fluxes of the RSMs in northern OT. Such studies are in general lacking in the coastal margin of Northwest Pacific Ocean.     

湄洲湾沉积物有机碳、铁和锰的化学成岩过程

本文研究了湄洲湾沉积物有机碳、Fe和Mn的化学成岩过程。应用一维成岩方程计算了有机碳分解速率。讨论了Fe和Mn的深度分布,认为这种分布是沉积物中氧化铁(锰)和氢氧化铁(锰)的还原、扩散和再沉积的结果。     

长江口与东海陆架泥质沉积动力过程与环境效应：长期数据采集需求

长江入海物质在东海内陆架水域形成了大规模泥质沉积区。内陆架泥区具有细颗粒沉积物和有机质的源/汇双重特征。长江口及邻近海域的泥质沉积过程 产物关系、泥质沉积在生态系统动力学中的作用、泥质沉积碳库增量潜力,是区域性沉积动力学的3个前沿问题,主要研究内容包括长江河口泥区未来演化趋势、泥区沉积物重力流形成条件和过程、泥区沉积物有机质含量与初级生产及低氧水层的关系、泥区消浪作用及其机制、颗粒态有机质衰减曲线(或曲线族)、颗粒态有机质碳库增量潜力等。其研究需要海洋观测站网在底部边界层、水层、新型数据上的支撑,以满足数据分辨率、连续性的要求。底部边界层连续观测将有助于重力流、泥区消浪作用、湍动影响下的沉积物起动曲线族等问题的解决。水层观测将有助于有机质衰减系数的研究,进而获得有机质埋藏率、浅层天然气、有机碳库增量等问题的答案。一些新型数据含有物源、沉积体特征和演化的大量信息,此类数据的获取将依赖于观测技术的突破。     

长江口及邻近陆架区沉积物和间隙水中铁及其与细菌的关系探讨

本文通过对长江口及邻近陆架区12个站位的柱状沉积物、间隙水和细菌资料分析,指出了研究区沉积物和间隙水中铁的分布特征,并与细菌、地质资料对比研究、从生物地球化学角度对间隙水中铁的来源及其控制因素作了初步探讨。资料研究表明,沉积物中铁主要赋存于细粒沉积物中,腐植酸中铁由河口向陆架减少。间隙水中铁主要来自沉积物中高价铁,在弧菌科(Vibrionaceae)和假单孢菌属(Pseudomonas)细菌的媒介下,参加了沉积物中某些有机物的降解反应,接收了有机物的电子后被还原,其含量和分布主要受控于参加媒介作用的细菌。     

海岸沉积物中微量金属的早期成岩作用行为用作指示过去生成环境的变化

沉积物中有机质在氧化降解作用时，结合态金属Ni、Cu和Cd被释放入孔隙水中和返回水柱中．海岸沉积物的最上部沉积物层的孔隙水中，溶解的Cu．Ni和Cd通常比底层水富集．在较深的缺氧沉积物中，溶解的金属含量一般较低．     

2017年春季长江口-东海连续体pCO2的空间分布特征及其控制因素

厘清河口-陆架连续体的碳源/汇机制是认识海洋在"碳中和"中作用的重要基础.本研究基于2017年春季长江口-东海的走航CO2分压(pCO2)及温、盐等资料,分区域阐述春季长江口-东海连续体pCO2的空间分布格局,半定量解析水团分配、有机质生产及降解等过程对pCO2的控制作用.结果表明:水团来源是决定春季长江口-东海连续体...     

用成岩模型计算沉积物-水界面营养盐的交换通量--以渤海为例

根据沉积物中营养盐的再生对水体中营养盐的收支循环动力学的作用.利用1998年秋季和1999年春季沉积物间隙水中营养盐的分析结果,建立了沉积物中营养盐的成岩模型,并由此计算了沉积物-水界面营养盐的交换通量.结果表明,硝化速率、反硝化速率、有机氮含量、硅质成分的溶解速率、生物扰动作用、孔隙率明显影响沉积物间隙水中营养盐的分布和沉积物-水界面的交换通量.对比了实验室培养法和扩散通量计算法测得沉积物-水界面营养盐的交换通量,表明2种方法所得NO3通量较一致,但NH4 ,PO43-,SiO32- 2种方法所得通量有一定差异,文中讨论了可能的原因.以渤海为例阐明了在用扩散通量法研究沉积物-水界面营养盐的交换通量时,表层沉积物分割厚度对界面交换通量影响显著,为了得到合理的与现场接近的结果表层沉积物的分割厚度以不超过1em为宜.     

长江口沉积物-水界面无机氮交换通量的模拟测定

通过对长江口水下沉积物-水界面可溶态无机氮(DIN=NO3- NO2- NH4 )的交换行为研究发现,低潮时近口点(A)沉积物是水体DIN的汇(-2006.99μmol/(m2·h)),而靠近口外点(B)沉积物是水体DIN的源(1848.27μmol/(m2·h))。但高潮时,A点沉积物转变为水体DIN的源(1880.97μmol/(m2·h)),而B点的沉积物转变成为DIN的汇(-956.64μmol/(m2·h))。在距河口较远高低潮盐度变化微弱的地点(P),沉积物始终是水体DIN的源(1872.41μmol/(m2·h))。高低潮海水盐度的变化对沉积物中微生物活动的影响是导致这一变化的主要原因。     

珠江口外近海沉积有机质化学及稳定同位素组成的早期成岩改变

理解早期成岩过程中有机质的化学和同位素分馏对于研究海洋和湖泊环境中的生物地球化学过程是很重要的。将珠江口外近海生物成因有机质分为可水解氨基酸、碳水化合物、脂类和酸不溶四个部分,分析了有机质的化学和同位素组成(δ13C,δ15N),借以讨论沉积有机质在埋藏的早期成岩过程中所发生的化学和同位素改变,结果表明,从浮游生物→悬浮颗粒物→表层沉积物→沉积柱内部,易降解组分可水解氨基酸、碳水化合物、脂类占样品总有机碳的份额依次降低。沉积物及四个有机部分的稳定碳同位素组成在纵向上随深度保持相对恒定,而在不同有机部分之间差异明显。不同类型有机物的分解速率差异在改变有机质化学成分的同时,导致其δ13C发生小幅度负向漂移;细菌有机质的形成和分解对有机质化学成分和同位素组成演化也有重要贡献,并且在一定程度上抵消了上述δ13C的负向漂移,其结果导致沉积有机质的δ13C略低于浮游生物;另一方面,由于异养菌生长过程中的氮同位素分馏系数与可利用氮源的特征和培养基的性质等多种因素有关,导致沉积物的δ15N变化范围增大。在这里δ13C可以可靠地指示该海域沉积有机质的来源,而δ15N变化范围较大且规律不明显,难以用作沉积有机质来源的指示。     

长江口及邻近海域细颗粒沉积物中重金属的空间分布及沉积通量

长江每年输送大量的泥沙进入东海,其中细颗粒沉积物具有搬运距离远、扩散范围大的特点,成为示踪河口及近海沉积物源汇过程的良好载体。本文基于采自长江口及邻近海域的44个表层沉积物样品,分析了细颗粒组分中重金属的空间分布和沉积通量,探讨了重金属来源和搬运沉积过程。研究表明:长江口及邻近海域细颗粒沉积物中Cu、Cr、Ni、V和Zn含量、沉积通量的空间分布具有高度的相似性,总体表现为长江口及浙闽沿岸高,向外急剧降低;该区细颗粒沉积物中的重金属主要来自长江,入海后向两个方向扩散,其一为向西南方向扩散,沉积于内陆架泥质区;其二是向东的跨陆架输送,沉积于长江冲淡水影响的海域。从长江口向西南方向的输送和沉积是长江入海重金属最重要的汇。     

基于水淘选分级的长江口及其邻近海域表层沉积物中有机碳的来源、分布和保存

从分级的角度认识大河三角洲前缘河口沉积有机碳的来源、分布和保存对深刻理解全球碳循环具有重要意义。于2012年6月采集了长江口和浙闽沿岸共6个站位的表层沉积物样品,采用水淘选的方法按照颗粒物水动力直径大小对其进行分级分离,分析了这些分级样品的有机碳含量、稳定同位素、比表面积以及木质素等参数,并且结合蒙特卡洛模拟的三端元混合模型,讨论了此区域不同粒级沉积有机碳的来源、分布和保存特点。结果表明,长江口表层沉积物的有机碳在小粒级中含量较高,如8~16μm粒级有机碳含量的均值为1.30%,而32~63μm粒级的均值为0.90%,但是大粒级有机碳对沉积物有机碳的贡献最高(81.3%),这是因为大粒级的质量贡献占绝对优势(72.0%)。三端元混合模型的计算结果表明,长江口表层沉积物中沉积有机碳的贡献以海洋来源为主(平均为73%),土壤和维管植物也有一定贡献(平均值分别为21%和6%)。在小粒级(8~16μm)中,土壤对于沉积有机碳的贡献显著高于其他粒级,这是由于土壤有机质比较容易富集在细颗粒上。木质素的参数,如C/V(0.04~0.32)和S/V(0.33~1.23),显示长江口表层沉积物主要来源于草本和木本被子植物的混合,随着粒级的增大,草本被子植物的来源逐渐增多。浙闽沿岸分级沉积物的OC/SSA0.4mg/m2,而长江口的站位中OC/SSA0.4mg/m2,表明长江口沉积有机碳的保存效率比浙闽沿岸的高。木质素降解参数,如(Ad/Al)v、3,5-Bd/V和P/(S+V)随着粒级的增大逐渐降低,表明小粒级降解程度较高,而大粒级中降解程度较低。     

春季长江口及其邻近海域溶解有机物的分布、组成及降解行为研究

2021年3月对长江口及其邻近海域9个断面溶解氨基酸(THAA)、溶解有机碳(DOC)和溶解有机氮(DON)的分布和组成进行了调查研究。结果表明:THAA的浓度范围为1.24~4.71μmol/L,平均浓度为(2.61±0.85)μmol/L;DOC的浓度范围为118.17~450.58μmol/L,平均浓度为(149.73±33.34)μmol/L;DON的浓度范围为10.48~24.45μmol/L,平均浓度为(13.80±1.81)μmol/L。THAA、DOC和DON的水平分布表现出近岸高于远岸的特点,表明陆源输入对调查区域的THAA等分布有重要影响。而THAA与D-天门冬氨酸、D-谷氨酸、D-丝氨酸和D-丙氨酸的D/L比均呈显著负相关,与天门冬氨酸/β-丙氨酸(Asp/β-Ala)呈正相关,表明细菌活动是影响THAA浓度变化的重要因素。长江口及邻近海域的优势氨基酸为L型氨基酸,D型氨基酸和非蛋白型氨基酸的占比仅为7.34%。基于C/N比值分析,长江口及其邻近海域溶解有机物(DOM)的来源受到长江冲淡水和台湾暖流的共同影响。THAA-C%、THAA-N%、降解因子和反应活性指数表明:水平方向上盐度接近于0的淡水区域和盐度高于34的远海区域降解程度较高;垂直方向上随着深度的增加,有机物的降解程度逐渐升高。调查区域有机物的降解程度主要受到陆源输入和细菌活动的影响。     

长江口外颗粒有机碳及光合色素在不同溶氧水平下早期降解速率研究

有机质降解是低氧形成的重要原因.长江口外的低氧近几十年来日趋恶化,引起了大量学者关注,但现场有机质降解及相关的耗氧速率还鲜见报道.本研究通过人工控制体系溶氧(DO)水平,于2006年10月在曾经出现低氧的长江口外近海进行现场有机质降解培养实验,以模拟有机质在沉降进入近底层水后早期(9天)内的生物地球化学过程,估算有机碳降解速率和耗氧速率.培养实验表明,有机质在几天内即可出现明显的降解,并伴随体系pH的下降和细菌、病毒的增加.体系溶氧对有机碳(POC)降解速率影响较大,POC在DO＞95％条件下的降解速率是DO＜50％条件下的5倍,分别为1.5 mmol/(m3·d)和0.3 mmol/(m3·d).光合色素岩藻黄素(FUCO)和叶绿素a(Chla)含量在9天内呈指数下降,其中80％的FUCO在9天内发生了降解.指数方程能较好地实现对观测数据的拟合,结果表明Chl a的半衰期为3-4天.不同溶氧条件下的结果表明低溶氧条件(DO＜50％)下浮游植物更容易成为降解有机质的来源.根据POC降解速率估算得到长江口外溶氧消耗速率分别为82-91 mmol/(m2·d)(DO＞95％条件)和27-30 mmol/(m2·d)(DO＜50％条件),远高于深海氧通量和表层50 m南海的氧消耗通量;以此耗氧速率为基础,估算得到长江口外层化形成至发育出低氧的时间为50-150天.     

夏秋季东海陆架区二甲亚砜的分布特征及影响因素

于2013年10～11月和2014年5～6月调查测定了东海陆架区海水中二甲亚砜(DMSO)的浓度,探讨了溶解态二甲亚砜(DMSOd)和颗粒态二甲亚砜(DMSOp)的水平和垂直分布、季节变化及其影响因素;此外,对沉积物间隙水中DMSOd的浓度以及表层海水中不同粒径的DMSOp和叶绿素a(Chl a)进行了分析.结果显示,...     

东海内陆架泥质区沉积物生物硅分布及其影响因素

采用连续提取方法对东海内陆架泥质区表层沉积物进行了生物硅测定,得出研究区生物硅空间分布特征。结果表明,受中国东部海域低硅质骨骼供给量及高溶解作用的沉积背景的控制,沉积物中生物硅质量分数为0.66%~1.26%,平均值为0.95%,整体上属于低值海区。生物硅的空间分布上不均一,呈明显的分带性,可能主要受研究区特定流系格局控制下的陆源碎屑物质冲淡作用影响。另外,生物硅与沉积物中有机质正相关,而与沉积物粒度组成相关性不明显。     

秋季长江口水体颗粒有机碳年际变化及影响因素分析

根据2007—2012年长江口及其邻近海域4个航次(11月)调查资料,探讨了长江口秋季颗粒有机碳(POC)时空分布特征;结合长江口环境要素和陆源输入(径流、输沙),分析了秋季POC分布的主要影响因素。结果表明:(1)2007—2012年秋季长江口POC浓度范围为0.03—16.95mg/L,均值2.30mg/L,底层POC浓度高于表层。长江口表层POC浓度存在显著的年际变化特征。(2)长江口区POC分布呈现沿长江径流入海方向降低的趋势,高值区出现在口门附近偏南部水域。口门内和近岸水域POC显著高于近海水域。口门水域POC年际间相对稳定,近岸和近海水域年际变化显著。(3)长江口POC分布与盐度呈非保守性变化,悬浮物是POC分布的主要控制因素,多数年份POC与叶绿素a相关程度较弱。(4)河口来水来沙量对POC浓度具有较强的制约性,径流的主要影响区域在口门内和近岸区,输沙的主要影响区域在最大浑浊带和长江口北部水域。(5)入海输沙量与长江口水域POC相关性最强。咸淡水交汇引起的悬浮物沉积和沉积物的再悬浮强度决定口门内水域POC浓度,浑浊度较高的近岸水体POC对陆源输入泥沙的依赖性较强,长江口外侧海域初级生产力水平成为POC浓度的重要影响因素。     

长江口崇明东滩地貌发育过程中的活性铁变化及环境意义

利用2002—2003年在崇明东滩采得的CDS、CDM和CDN三个典型沉积物剖面样品,测定了其中的Fe3 、Fe2 、Fe3 /Fe2 以及有机碳、粒度等特征参数,分析了活性铁分布变化特征并对其沉积物氧化还原环境的变化进行了探讨。结果表明Fe3 含量在整个研究区域均是从表层向下逐渐递减的,Fe2 含量逐渐增加。从实验结果判断,所研究区域沉积环境上层以氧化环境为主,呈弱氧化型,中下层以还原环境为主。分析发现其分布变化受粒度、有机碳的影响,氧化还原界面与中、高潮滩划分界大致相当。