黄海、东海上层海水磷循环的同位素示踪研究

采用超低本底液闪β计数的方法,测定了春季黄海、东海海水中溶解态、悬浮物、筛绢颗粒物和雨水中天然32P和33P的比活度.结果显示,上层海水各相33P,32P的比活度相当低,其中TDP的32P,33P比活度的浓度最高,悬浮物次之,筛绢颗粒物最低.海水各相中33P与32P活度比值从TDP到悬浮物、筛绢颗粒物逐渐增大,反映出食物链传递过程中磷的年龄逐渐增加.根据稳态模式的估算结果,海水各相中磷的停留时间具有明显的区域变化特征,其中近岸和内陆架溶解磷的停留时间比外陆架短,仅为3~4 d,意味着近岸和内陆架海区低浓度的磷也可能维持高生物生产力的运转.利用稳态模式还估算出浮游植物的碳同化通量为189~814 mg/(m2·d),浮游动物的碳摄食通量为10~161 mg/(m2·d).此外,通过比较雨水32P,33P的输入通量和海水32P,33P积存量,利用质量平衡方法估算出上层海水POC输出通量为102~972 mg/(m2·d).     

海洋沉积物32 Si测年方法研究

天然32Si是宇宙射线成因的,随着降水进入湖泊或海洋,被硅质生物摄取后最终存在于生物硅中。32Si来源单一,生产速率相对恒定,半衰期为150 a,可测年的时间尺度为100~1 000 a,是该时间尺度最合适的测年核素,填补了百年到千年时间尺度测年方法的空白。本文建立了海洋沉积物32Si的测量方法,主要步骤为:（1）样品前处理;（2）生物硅的分离与纯化;（3）生物硅样品中磷的分离与纯化;（4）32P的制样与β计数测量。全程通过硅钼蓝和磷钼蓝分光光度法监测实验过程硅和磷的损失情况,对南沙海域采集的沉积物岩心进行研究,得到南沙海域沉积物岩心32Si的平均活度为16.60 mBq/kg,范围值为8.39~33.34 mBq/kg;32Si在SiO₂中的平均比活度为0.356 Bq/kg,32Si的核素丰度平均值为1.29×10-16（32Si/SiO₂）;根据岩心32Si活度估算得深水区（水深1 335~1 537 m）和浅水区（121~141 m）岩心的沉积速率分别为0.106 cm/a、0.191 cm/a;根据32Si活度计算32Si的平均沉降通量为2.14×10-6 Bq/（cm2·a）,与参考文献的结果较为吻合。     

~(15)N示踪法测定海洋反硝化速率中~(29)N_2浓度的准确定量

利用15 N示踪法实测南海水体反硝化速率的研究发现,培养水样在长时间密闭放置过程中也会受到外界空气的污染,且其29N2/28N2比值恒定为0.007 35。根据空气背景中29N2/28N2比值恒定的特征,提出基于质量平衡关系校正空气N2污染的方法,通过将样品实测29N2浓度扣除由外界空气贡献的29N2浓度,可获得由生物反硝化作用所产生的29N2准确浓度,进而可计算出准确的反硝化速率。经空气29N2背景校正后,29N2浓度的偏差明显小于未经校正的结果,且29N2浓度与培养时间之间的线性相关性显著加强,凸显出空气29N2背景校正是获取准确反硝化速率的关键。鉴于15 N示踪法已被广泛应用于海洋水体与沉积物反硝化速率的测定中,所提出的空气29N2背景校正方法具有重要的意义。     

厦门近岸210Po和210Pb的大气沉降通量

为揭示中国东南沿海地区210Po和210Pb的大气沉降时空变化特征,探讨该地区气溶胶的停留时间,于2013年1月至2014年12月对厦门地区210Po和210Pb的大气沉降通量进行了时间序列研究。结果发现,210Po和210Pb的平均日沉降通量分别为（65.38±4.79） mBq/（m2·d）（n=54）和（0.78±0.09） Bq/（m2·d）（n=54）,表现出明显的周年变化。东北季风期间,210Po和210Pb的沉降通量较高,而西南季风期间其通量较低。2013年和2014年,210Po的年沉降通量分别为19.29 Bq/（m2·a）和9.25 Bq/（m2·a）,210Pb的年沉降通量分别为159.2 Bq/（m2·a）和189.6 Bq/（m2·a）。两核素的年沉降通量表现出不同程度的年际差异。210Po与210Pb沉降通量之间存在显著的线性正相关关系,揭示了大气中210Po和210Pb具有相同的迁出机制,降雨和大气中核素含量是影响210Po和210Pb沉降通量的主要因素。该研究结果可以为探求台湾海峡海水中210Po与210Pb的收支平衡提供大气来源项。     

Measurement of 129I in ferromanganese crust with AMS

In the present study,the analytical method for 129iodine(129I) in ferromanganese crusts is developed and129iodine/127iodine(129I/127I) ratio in ferromanganese crusts is measured by the accelerator mass spectrometry(AMS).The developed method is applied to analyze 129I/127 I ratio in two ferromanganese crusts MP5D44 and CXD08-1 collected from the Mid-Pacific Ocean.The results show that 129I/127 I ratio in MP5D44 and CXD08-1crusts varies from 7×10–14 to 1.27×10–12,with the lowest value falling on the detection limit level of AMS reported by previous literatures.For the depth distribution of 129I/127 I,it is found that both MP5D44 and CXD08-1 crusts have two growth generations,and the 129I/127 I profiles in two generations all displayed an approximate exponential decay.According to the 129I/127 I ratio,the generate age of bottom layer of MP5D44 and CXD08-1 was estimated to be 54.77 and 69.69 Ma,respectively.     

234Th/238U disequilibrium and particulate organic carbon export in the northwestern South China Sea

234 Th was utilized as a tracer of particulate organic carbon (POC) export in the northwestern South China Sea (SCS) on the basis of the data collected at four stations during a spring cruise.Depth profiles of dissolved and particulate 234 Th activities were measured in the upper 60 m,showing a significant deficit relative to 238 U over the investigated stations.A stratified structure of 234 Th-238 U disequilibrium was in general observed in the upper 60 m water column,indicating that the euphotic zone of t...     

厦门湾水体中颗粒有机碳的垂向输出通量:234Th/238U不平衡的应用

对厦门湾塔角附近海域某站位叶绿素 a、POC、初级生产力、234Th/238U不平衡进行的周日变化研究表明,POC含量介于14.4～34.6 mmol/m3之间,其中碎屑有机碳与活体有机碳所占份额分别为74%～92%和8%～26%.POC垂直分布呈现由表及底降低的趋势,且白昼期间POC含量高于晚间,说明研究海域POC含量与生物过程具有密切联系.初级生产力水平在1d之中变化达5倍,垂直分布亦随深度增加而降低,与叶绿素a的变化相对应.短时间(2h)培养获得的初级生产力水平明显高于长时间培养(24 h)的结果,证实部分新固定的碳被优先呼吸排出.结合234Th/238U不平衡法获得的颗粒态234Th输出通量及输出界面颗粒物中的POC/P_Th比值,可计算出真光层 POC的垂向输出通量为16.0mmol/(m2·d),其中碎屑有机碳与活体有机碳贡献的数量分别为13.3和2.7mmol/(m2·d).POC输出通量与初级生产力的比值(ThE比值)平均为0.31,真光层POC停留时间平均为11d.上述结果与Aksnes和Wassmann[1]的模型计算结果相吻合,但与其他大多数模型的结果仍存在一定的差异.     

224,223Ra和137Cs在吕宋海峡及周边海域的分布以及其对“彩虹”台风的响应

本文报道2015年9月和2016年5月期间天然放射性核素²²⁴Ra和²²³Ra在吕宋海峡及周边海域表层和垂向水体的分布特征。为理解日本福岛核事故的影响,本文亦分析研究区域内人工放射性核素¹³⁷Cs的分布特征。结果表明,^224,223Ra和¹³⁷Cs比活度水平均处于我国南海海洋天然放射性本底变化范围之内。²²⁴Ra在吕宋海峡以西南海北部海域比活度较高,在吕宋海峡以东菲律宾海域比活度较低。¹³⁷Cs没有明显的分布趋势。基于三站位（LS3,LS5和LS8）²²⁴Ra、¹³⁷Cs以及温盐的垂向分布特征,本文揭示²²⁴Ra和¹³⁷Cs在热带表层水、次表层水和中-深层水中比活度水平和梯度变化的差异特征。彩虹台风事件扭转了整个吕宋海峡及周边海域的海流循环过程。大量以低水平²²⁴Ra为特征的西太平洋海水涌入南海,降低水体²²⁴Ra比活度水平。但是,西太平洋和南海北部海域水体¹³⁷Cs比活度水平没有明显差异,台风导致的海流变化对水体¹³⁷Cs比活度没有明显影响。     

生物固氮速率测定中15N2同位素示踪剂的引入

生物固氮作用是一个重要的海洋新氮来源,在海洋生物地球化学循环中扮演着不可替代的角色。基于稳定同位素（15N₂）示踪吸收法,是目前直接测定海洋生物固氮速率最有效的手段。其中,高效、洁净地将15N₂引入海水培养体系,并准确定量培养体系底物的同位素示踪水平,是同位素示踪吸收法准确获取固氮速率的关键。本研究针对15N₂同位素示踪剂引入这一关键环节进行了探讨,确认改进气泡法是将15N₂引入海水培养体系的首选操作。在对培养体系造成的较小扰动的情况下,可将培养体系氮气底物的15N原子丰度提升至10%以上,相对于另一种导入同位素示踪剂的手段——预溶解海水法,改进气泡法将培养瓶中氮气底物的15N原子丰度提升了近200%。此外,改进气泡法还具有最小化痕量金属沾污、操作简便等优点。将改进气泡法结合与稳定同位素比值质谱测定结合,是准确测定水体生物固氮速率的推荐方法。     

Measuring low concentrations of Th in water and sediment

²³⁴Th/²³⁸U disequilibria have been used extensively in studies of particle dynamics and the fate and transport of particle-reactive matter in marine environments. Similar work in low salinity, estuarine, and freshwater systems has not occurred primarily because the lower concentrations of both parent and daughter nuclides that are typical of these systems often render established methods for the analysis of ²³⁴Th inadequate. The application of this radionuclide tracer technique to these systems, however, has great potential. To this end, we present a method for measuring low activities of ²³⁴Th in relatively small samples (<200 l) using low background gas-flow proportional counters, a ²²⁹Th yield monitor, and empirical corrections for the interferences from real and apparent betas that are emitted by other thorium isotopes and their progeny. For samples with low ²³⁴Th/²²⁸Th activity ratios, we improve upon current beta counting methodologies that rely on immediate sample counting, weak beta absorption, or multiple beta counts so that, using the analytical approach outlined here, it should be possible to measure ²³⁴Th activities (i) as low as 1.5 dpm/total sample, (ii) up to 2 weeks after radiochemical purification of thorium, and (iii) with only one sample count for alpha and beta activity.     

赣北黄茅潭近代湖泊~(137)Cs蓄积特点、SCP计数和事件性沉积及其对~(210)Pb计年的矫正

对赣北黄茅潭近代湖泊沉积岩芯进行了~(137)Cs、~(210)Pb测试和SCP(球状碳粒)计数分析,阐述了~(137)Cs蓄积特征,结合SCP计数、粒度指标及降水记录厘定了一些事件性沉积层位。研究表明,1986年前后是沉积环境中~(137)Cs行为的转折点;在这之前,~(137)Cs以大气散落为主,其蓄积行为大致与降水存在正相关关系,在这之后,~(137)Cs以流域侵蚀为主,其蓄积行为与降水呈负相关关系。1953—1954年、1974—1975年、1998—1999年,流域降水丰沛,相应沉积层位~(137)Cs比活度低,这与流域强烈侵蚀稀释了进入湖泊的~(137)Cs有关。1963—1964年沉积层位~(137)Cs蓄积峰稳定而显著,与高通量的大气散落有关,也与当时降水量低,大雨、暴雨次数少,流域侵蚀强度低造成较低的沉积速率等密切相关,是可靠的定年时标。1986年存在同样的气候环境特点,其蓄积峰可能也是存在的,但需要进一步确认。基于~(210)Pb方法,利用多种计年模式计算了沉积岩芯的年代,发现与这些事件性沉积层位具有较大差异。研究认为,在长江中游这种降水高、流域侵蚀强度高的较为复杂的沉积环境中,~(210)Pb计年存在较大误差。复杂沉积环境中近代沉积的定年,有必要深度挖掘~(137)Cs环境行为,在全面阐述其蓄积特点的基础上,辅以SCP计数、粒度指标及降水等识别事件性沉积层位,矫正~(210)Pb计年,是精确建立近代沉积时标的必要方法。     

基于双还原体系与膜进样质谱快速测定15N加富水样中15NO3-的方法

海洋中的氮循环是海洋生物地球化学研究的热点领域之一,而硝化过程是氮循环的关键一环,准确获取硝化速率对于丰富海洋氮循环的认识至关重要。¹⁵N标记同位素技术是目前国际上最为广泛使用的硝化速率测定方法,该方法的核心在于准确测定¹⁵N加富样品产生的¹⁵NO₂^-和¹⁵NO₃^-的含量,但目前的方法普遍存在测试时间较长、测试成本较高、所需样品体积较大或者检测限较高等问题。研究以低成本的膜进样质谱作为¹⁵N加富样品测试设备,建立了基于镉柱与氨基磺酸双还原体系测定¹⁵N加富样品中¹⁵NO₃^-含量的方法。经条件优化实验确定的具体方法:采用1 mol/L HCl配制15 mmol/L的氨基磺酸（SA）作为反应试剂除去样品原有的NO₂^-,然后利用镉柱将¹⁵NO     

急性低盐度胁迫对可口革囊星虫存活、Na+/K+-ATP酶及磷酸酶活力的影响

为探讨低盐度急性胁迫对可口革囊星虫(Phascolosoma esculenta)的影响规律,研究可口革囊星虫对急性低盐度胁迫的响应机制,本试验先通过急性毒性试验确定可口革囊星虫96 h内对低盐度的耐受范围,再选取96 h最小死亡率盐度,研究该盐度急性胁迫下可口革囊星虫(平均体质量0.85±0.07 g)体质量、体壁含水量、Na~+/K~+-ATP酶活力以及酸碱磷酸酶活力在96 h内的动态变化。结果表明:在本试验盐度3.0～7.0范围内,可口革囊星虫24 h的最大死亡率盐度是3.0,可口革囊星虫96 h的最小死亡率盐度为7.0;可口革囊星虫死亡率随盐度降低逐渐升高,但相同盐度下随着时间延长,可口革囊星虫死亡率基本不变,可口革囊星虫96h内能耐受的最低盐度是7.0;在低盐度7.0胁迫下,可口革囊星虫体质量和体壁含水量在12 h内显著增大(P0.05),12 h后趋于平稳(P0.05);Na~+/K~+-ATP酶活力也在6 h内显著升高至最大值(P0.05),6 h至12h又显著降低(P0.05),此后稳定在高于对照组水平;酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活力变化趋势与Na~+/K~+-ATP酶活力类似,均是先显著升高(P0.05)后显著降低(P0.05),最后稳定在高于对照组水平。以上研究表明,可口革囊星虫能够通过Na~+/K~+-ATP酶、酸碱磷酸酶等渗透和免疫相关的生理调节机制,迅速响应低盐度环境,其对低盐度有很强的适应力和耐受力。     

盐度突变对半滑舌鳎血浆渗透压和鳃丝Na+/K+-ATP酶活性的影响

研究了半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)由盐度30突变至0、1O、20、35和40盐度后血浆渗透压和鳃丝Na+/K+-ATP酶活性的变化.结果表明,盐度对半滑舌鳎血液渗透压和鳃丝Na+/K+-ATP酶活性均有显著影响(P＜0.05).盐度突变后,各处理组的血液渗透压和鳃丝Na+/K+-ATP酶活性...     

历次核试验进入海洋的~(137)Cs对中国近海影响的模拟研究

1945年以来,世界各主要核国家进行了数千次核试验,这些核试验产生的绝大部分放射性物质通过多种途径进入海洋,对海洋环境造成放射性污染。本文建立了一个准全球海洋的放射性物质输运和扩散数值模式,通过数值模拟手段评估了历史核试验释放的放射性物质137 Cs对中国近海海洋环境的影响。本文借助前人工作评估了核试验释放137Cs进入海洋的途径和总量;通过比较模拟结果与观测资料,表明本文建立的放射性物质模式能够较好地模拟出137Cs在中国近海及其邻近海域的分布情况和随时间演变特征;模拟结果表明中国近海里的137Cs浓度在20世纪50年代中期达到最大,其中吕宋海峡海域137Cs浓度最高,达80.99Bq/m3;进一步分析了2011年3月份日本福岛核事故前中国近海137Cs浓度分布状况,2011年整个中国近海137Cs浓度介于1.0~1.6Bq/m3间,且其浓度垂向分布较均匀,相对封闭的南海浓度略高于其他海域。     

福岛核事故泄漏入海的137Cs长期输运的数值研究

The Fukushima nuclear accident in 2011 released large amounts of radionuclides, including ~(137)Cs, into the Pacific Ocean. A quasi-global ocean radioactive transport model with horizontal grid spacing of 0.5°×0.5° and 21 vertical layers was thereafter established to study the long-term transport of the Fukushima-derived ~(137)Cs in the ocean.The simulation shows that the plume of ~(137)Cs would be rapidly transported eastward alongside the Kuroshio Current and its extensions. Contaminated waters with concentrations lower than 2 Bq/m3 would reach the west coast of North America 4 or 5 years after the accident. The ~(137)Cs tends to be carried, despite its very low concentration, into the Indian and South Pacific Oceans by 2016 via various branches of ocean currents.Meanwhile, the ~(137)Cs concentrations in the western part of the North Pacific Ocean decrease rapidly with time. Up to now the highly contaminated waters have remained in the upper 400 m, showing no evidence of significant penetration to deeper layers.     

13C示踪技术在利玛原甲藻中腹泻性贝毒合成研究的应用

选取具有显著产毒差异的利玛原甲藻(Prorocentrum lima) SHG株与2XS株为研究对象,以2-¹³C-甘氨酸为示踪原料结合高分辨质谱方法,为腹泻性贝类毒素及其酯化态毒素合成与代谢途径的研究提供新方法和思路。结果表明,两株藻共发现16种腹泻性贝毒及其酯化态毒素成分。对照培养条件下SHG株(大田软海绵酸毒素含量为7.88 pg/cell,鳍藻毒素1含量为4.35 pg/cell)的产毒能力高于2XS株(大田软海绵酸毒素5.70pg/cell),而甘氨酸作为氮源培养条件可显著提高两株藻的产毒总量(P<0.05)。¹³C-甘氨酸标记组与甘氨酸培养组单细胞产毒量无显著变化(P>0.05)。腹泻性贝毒被标记后其同位素异构体丰度发生变化,其中酯化态受¹³C标记的影响程度更高,二级质谱图清晰表示出其碎片离子及脱水峰的标记情况。该方法直观阐明了甘氨酸可作为P. lima标记原料的产毒供体,并使用稳定同位素标记方法首次实现了酯化态的同步标记,有助于腹泻性贝毒生成机制的进一步研究。     

Analysis of Ac in seawater by delayed coincidence counting

The activity of ²²⁷Ac in seawater was determined using a delayed coincidence counting technique based on the measurement of the short-lived daughter ²²³Ra (half-life of 11 days). Two 180-l aliquots of Ac free seawater from surface waters of the California borderlands were spiked with Harwell Uraninite standard and the added Ac and Ra were extracted on Mn-fibers. The measured activities on the fibers agreed to within 5% of the equilibrium Ac activity of the spike addition, well within the 2σ counting error of 7% for the measurements. Thus, any recovery error was indistinguishable from counting error. Large volume samples were collected from the water column of the Eastern North Pacific in December of 1998 and processed through Mn-fiber columns. The ²²³Ra activities on the fibers were measured four or more times over a period of 2 months by the technique of [J. Geophys. Res. 101 (1996) 1321] to determine if the activity of ²²³Ra was wholly supported by ²²⁷Ac. In most cases, no significant differences in ²²³Ra activity were observed during repeated counting of the same sample, again implying that ²²³Ra was supported wholly by ²²⁷Ac. In samples where unsupported ²²³Ra were present, samples were counted beyond five half live of the ²²³Ra (>60 days). Two depth profiles of ²²⁷Ac in the Eastern North Pacific showed similar shape and activity to profiles in the Western and Central Pacific measured with alpha-spectrometry by [Nature 310 (1984) 486). Surface waters of the Southern Ocean were relatively enriched in ²²⁷Ac compared to Eastern North Pacific waters, possibly indicating export of the parent ²³¹Pa from Atlantic surface waters or upwelling.     

固相萃取法提取典型海水溶解有机质及其红外光谱和固态13C核磁共振表征

由于海水盐度大、有机质含量低,从海水中提取和纯化克级溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)一直十分困难。基于Bond Elut PPL固相萃取小柱法进行海水DOM固体样品提取的放大试验,建立DOM自动化调酸、PPL树脂吸附技术,最后形成提纯、冷冻干燥PPL-DOM(通过PPL树脂提取的DOM)完整工艺。采用元素分析、三维荧光光谱、红外光谱和固态¹³C核磁共振(NMR)波谱法进行样品表征。结果表明:(1)该方法对近海表层海水DOM回收率稳定在50%以上,搭建的提取装置DOM日吸附量可达230mg;(2)鳌山湾四个季节批次PPL-DOM整体分析结果表明,样品的元素组成和光谱特征相似,表明方法适用性和稳定性较好;(3)三种水生态环境的PPL-DOM¹³C NMR谱图显示样品的基本特征相似,以烷基碳、碳水化合物碳、芳香碳和羧基碳/酰胺碳为主,其中偶极去相(dipolar dephasing)谱显示了DOM前体化合物来源的差异。多种结果表明放大后的PPL固相萃取法可稳定提取克级DOM样品。     

Cu2+/SnO2复合纳米光催化剂的制备及其对海洋柴油污染物的降解

采用化学沉淀法成功制备了Cu2+/SnO2复合纳米光催化剂,采用XRD、SEM等测试手段对复合纳米光催化剂的粒径、形态等进行表征。在紫外光条件下,分别改变催化剂掺杂比、催化剂煅烧温度、催化剂投加量、柴油初始含量和光照时间等单因素,探究不同条件对Cu2+/SnO2复合纳米光催化剂降解海洋柴油污染物的影响。结果表明,自制复合纳米光催化剂可以有效降解海水中的柴油污染物,在紫外光作用下,于400℃下煅烧Cu/Sn掺杂比为0. 03的Cu2+/SnO2复合纳米光催化剂、投加量为0. 2 g/dm3、柴油初始含量为0. 15 g/dm3、H2O2溶液含量为0. 2 g/dm3、溶液的p H为7、光照时间3 h时效果最好,海水中柴油的去除率最高,达到86. 98%。Cu2+/SnO2复合纳米光催化剂用聚丙烯纳米球负载后可以实际应用于海洋中,便于回收。