海洋沉积物中氮的形态及其生态学意义

海洋沉积物作为生源要素氮的重要源与汇，在其生物地球化学循环中起着至关重要的作用。该项研究旨在查清海洋沉积物中氮的存在形态及其生态学意义。氮是生物生命活动必需的营养要素，海洋中的氮往往是海洋初级生产力的限制因子，氮的吸收与再生释放在估算海洋新生产力和生源要素的生物地球化学循环率上也有重要贡献。海洋沉积物中的氮作为海水中氮的重要供给源是海洋生物赖以生存的重要物质基础，对维持海洋生态平衡、修复失衡的海洋生态环境具有重要意义。但由于不同海区海洋沉积物的来源和环境不同，氮的形态和含量亦不相同，可被生物吸收和利用的数量就不相同，因此造成了不同海区生物种群和环境不同，进而影响生态环境。因此，研究海洋沉积物中氮的形态，了解各个形态与沉积物中生物种群及与环境的关系，确定其生物和化学活性，査清氮不同形态的生态学功能，对于深入探讨海洋生物资源可持续利用的方法和策略具有重要意义。本文主要阐述海洋沉积物中氮的存在形式与分布、氮的早期成岩和去营养化作用、硝化和反硝化作用以及氮与生物特定种群的关系等，探讨了影响海洋沉积物中的氮循环的主要因素，并分析了海洋沉积物中的氮与生态系的关系，以期对研究氮的海洋生物地球化学过程有所帮助。     

渤海沉积物氮的生物地球化学功能

20世纪90年代,科学家们对海洋沉积物中氮的行为等进行了较深入的研究(宋金明,1997; Hammond et al.,1996;Jordan et al.,1998)。如氮的早期成岩过程、氮的去营养化作用、氮在沉积物-海水界面的转移过程及交换通量。近年来实施的全球性重大合作计划,如 JGOFS、GLOBEC、SOLAS等进一步加强了对海洋中的氮循环的研究(Collier,1991;Smith et al.,1996)。随着研究的深入,沉积物中氮循环的控制机制、氮循环与其他生源要素循环的关系及其生物地球化学功能等方面的研究已经成为目前研究的焦点。以往的研究工作大多集中于从沉积物间隙水这一角度研究沉积物中的氮循环,而对沉积物本身研究较少,主要是由于研究手段、方法的缺乏(甄别沉积物中氮的各种赋存形态极为困难)。而通过对沉积物初步的研究已证明(马红波等,2001),沉积物固体颗粒本身的特征,如颗粒大小及氮在其中的赋存形态对较长时间尺度上的氮循环过程具有重要影响。本文作者在研究沉积物氮形态基础上,对渤海沉积物氮的生物地球化学功能进行了探讨,以期对深入研究生源要素的循环过程提供基础依据。     

南沙海洋沉积物中脂肪酸地球化学研究

本文对南沙海洋岩芯和层样品中的脂肪酸进行了分离和鉴定，研究了脂肪酸的组成和分布特征，探讨了沉积物中有机质的来源及脂肪酸的早期成岩变化。结果表明，脂肪酸的组成和分布，反映了沉积有机质主要来自浮游生物和细菌，陆源高等植物的贡献较少；低碳及不饱和脂肪酸相对含量随埋深降低可能与化学和生物化学降解作用有关。／     

气相色谱法分析海洋沉积物中多糖的组成

碳水化合物是海洋有机质的主要组成部分，海洋中的碳水化合物主要以聚合物的形式存在，其分子组成信息对研究它们的来源及其在生物地球化学循环中的作用具有重要意义。作者应用毛细管气相色谱法分析了海洋沉积物中多糖的组成。利用2．0mo1／L三氟乙酸，在80℃水解8h，把沉积物中的多糖水解成单糖，从而把单糖萃取到水相中。水解液在60℃旋转蒸发除去三氟乙酸，用等量的阴离子和阳离子交换树脂混合柱脱除残留离子，以Milli—Q水洗脱。洗脱液经蒸发、干燥后，用吡啶溶解，在0．2％LiClO4吡啶溶液催化下，于60℃经48h达到互变异构平衡。平衡异构体经Regisil试剂衍生化成三甲基硅醚(1MS)，用HP5890气相色谱仪进行分析。使用长30m、内径0．32mm的HP—5石英毛细管柱，配FID检测器，进样口和检测室温度保持在300℃，采用无分流进样，以N2作载气，流速为2．0ml/min，柱箱在140℃保留4min，然后以2℃／min的速度升温到220℃，保留10min。以每种单糖的相对保留时间定性；选择每种单糖中分离效果好、组成占优势的异构体峰面积作为单糖定量的依据，采用内标标准曲线法定量。应用这一方法分析了厦门港沉积物样品，确定了沉积物中7种主要中性单糖的组成。方法的样品加标准回收率为77．0％一115％，相对标准偏差为1．8％一11％；空白加标准回收率在93．8％一113％之间，相对标准偏差为0．6％一9．5％；当信噪比为3时，各单糖的检出限为0．02一0．06mg／L;内标戊五醇的全程回收率为79．8％(n＝6，RSD=5．2％)。     

海洋酸化对碳、氮和硫循环的影响

工业革命以来,大气CO_2浓度呈现快速增加的趋势,随之而来的问题是海洋酸化的程度越来越明显。与工业革命前相比,目前海洋表层海水pH降低了0.1个单位,到本世纪末估计会降低0.4个pH单位。本文综述了海洋酸化对碳、氮和硫循环的影响,包括碳循环中的溶解度泵、碳酸盐泵、软组织泵和微型生物碳泵,海洋酸化对氮循环中氮的固定、硝化作用、反硝化作用、N_2O的产生的影响,海洋酸化与硫循环中二甲基硫(DMS)的产生及其与食物网结构之间的关系。海洋酸化无论是以直接或间接方式均会在一定程度上对碳、氮和硫的生物地球化学循环产生影响,最终改变海洋系统的结构与功能。在自然界中,海洋酸化不是一个独立的过程,而是与其他物理、化学、生物变化因素相偶联共同作用于碳、氮和硫的生物地球化学循环。     

胶州湾沉积物中一氧化碳的微生物产生及消耗研究

本研究通过测定一氧化碳(CO)原位浓度和地球化学参数并结合实验室培养实验,系统地探究了胶州湾沉积物中CO的产生及消耗过程。本文首次测定胶州湾沉积物孔隙水中CO的浓度在46.8～189.9 nmol·L^-1,培养实验结果表明三甲胺及甜菜碱的添加明显促进了CO的生物产生,2-溴乙烷磺酸钠(Sodium 2-Bromoethanesulfonate, BES)及钼酸钠等抑制剂的添加对CO消耗没有明显影响,表明产甲烷过程和硫酸盐还原过程不是消耗CO的主要微生物过程。硝酸盐浓度的增加对CO消耗有明显的抑制作用。研究结果可以为深化海洋沉积物中CO生物地球化学循环及微生物介导的碳循环过程认知提供基础支撑。     

海洋表层沉积物再悬浮的诱因及其对生源要素循环的影响

颗粒物质在向海底沉降的同时,在自然因素、生物扰动以及人为因素等作用下,海洋表层沉积物会再悬浮,从而引起生源要素在海水和沉积物中的再分配,进而对生物食物网、初级生产力产生影响。特别是在陆架边缘海,由于海水较浅,再悬浮剧烈,对生源要素的垂直转移及其生物地球化学过程影响严重,由于再悬浮的诱因很多,过程复杂,所以定量研究表层沉积物的再悬浮还有很多困难。作者将主要对表层沉积物再悬浮的诱因及其对生源要素循环的影响进行总结归纳,以期促进这方面的研究。     

近海沉积物中氮磷的生物地球化学研究进展

通过对国内外学者十几年来在近海沉积物氮磷地球化学方面研究工作的综述，阐明了该方面的最新进展。主要包括：沉积物中氮磷的形态及分布特点，各种形态间的分配关系，以及与氮磷迁移转化相关的循环过程。最后对该领域今后的发展方向进行展望。     

海洋中氮循环的热力学平衡问题

海洋中的氮化物,已知主要以NO3-、NO2-、NH4+及有机氮的形式存在。它们通过浮游生物及微生物等的作用,构成了一个循环。 在氮循环中, NH4+、NO2-及NO3-之间可能的转化过程是 NH3?NH2OH?N2O2?NO2-?NO3-。 NH3氧化为NO2-及后者进一步氧化为NO3-的反应,按照热力学的趋势,可自发进行,并且,在达到平衡时,氮基本上已转化为NO3-。这在一些氮的转化实验及季节循环中,均已得到证明。 氮的转化实验及海洋中各种形态氮的季节循环,虽已有不少研究,但尚缺乏较为完整的资料。 对于自有机氮转化为NH4+与进一步转化为NO2-及NO3-的速率,也已有人作过一些研究。但是,都没有很好考虑影响反应速率的各种因素。不同海区所得結果,自然亦有所不同。 本文的目的,是讨论海洋中各种氮化物是否处在热力学平衡状态。     

苯酚在海洋沉积物上的吸附作用

以苯酚为研究对象，系统地研究了其在南海沉积物上的吸附行为。实验中作者利用紫外可见分光光度计测定苯酚在沉积物上吸附前后的浓度变化，从而可以根据平衡浓度(Ce)和吸附在沉积物上的量(Cs)的关系来推测苯酚在沉积物上的吸附机理。研究表明，苯酚在海洋沉积物上的吸附行为可以同时很好地用Freundlich型、Langmuir型和线型三种吸附等温式来描述，这说明其吸附行为比较复杂。另外，通过改变吸附条件发现苯酚吸附行为受沉积物有机质的含量、介质的盐度、温度、酸度等因素的影响，并且饱和吸附量随着沉积物有机质含量、介质盐度和酸度的升高而增大，随着温度的升高而减小。     

海洋沉积物中多氯联苯的测定

提取海洋沉积物中的多氯联苯(PCBs),常用正己烷、正己烷-丙酮、正己烷-异丙醇或苯-甲醇等萃取。在分离上,常用氢氧化钠水解法;氧化铝-活性碳层析柱法;硅胶-Celiti层析柱法;或先用氧化铝柱分离,后用硅胶柱分离。这些方法操作均较为烦琐。我们用     

海洋沉积物质14C测年的若干问题

本文根据海洋沉积物质测年中的一些具体实例,结合国际上的研究动态,探讨了测年中表观年龄与储存效应及污染程度的关系。它从储存年龄的客观性角度强调了校正的必要性,并且对不同的海洋物质在测年中的可靠性做了探究,尤其就无机样品的误差形成原因及途径进行了分析,指出“死碳”的混入及碳酸盐物质缓慢的生长速率是主要的误差来源。     

海洋沉积物中磷的地球化学特征

本文通过中太平洋西部海区、黄海和苏北海域沉积物中磷含量的分布变化,探讨不同海域沉积物中磷含量与水深、沉积类型、悬浮体,水动力、有孔虫化石等因素之间的关系,并初步探讨大洋、近海、河口等沉积物中磷含量分布的模式。     

海洋沉积物中铁的流动注射分析

本文提出铁(Ⅱ)-向红邻菲哕啉-TritonX-100体系流动注射分析(FIA),进样体积为50μl,频率可达100次/h,其线性范围和最小检出限分别为0.5—4.0ppm和0.02ppm,对3.0ppm铁试液测定的变动系数为2.0％。用于海洋沉积物中铁的快速测定,获得了满意结果。本法还可应用于其他样品中对微量铁的测定。     

网箱养殖海区底泥产芽孢细菌多样性

采用培养与16S rRNA基因序列比对的方法,对海水网箱养殖区底泥中的可培养细菌进行研究。结果表明,网箱正下方的产芽孢细菌比例高达50%,随着离网箱距离的增加,产芽孢细菌的比例明显降低,200m远时,其比例降至17%。从3个采样点分离纯化出91株产芽孢细菌,对其菌落形态、菌体形态的研究和部分菌株16S rRNA基因的DGGE带型和序列分析表明,91株产芽孢细菌中,有85株属于芽孢杆菌属(Bacillus)的10个种,25个发育型;6株属于盐芽孢杆菌属(Halobacillus)的1个种,3个发育型。芽孢杆菌属的B.marisflavi、B.baekryungensis、B.aquaemaris、B.pumilu等4个种为优势类群。此外,接近半数的产芽孢细菌能代谢含硫化合物,部分菌株能够还原硝酸盐或分解无机磷化合物,仅有3株菌具有亚硝酸盐还原作用。     

海洋沉积物声速与物理参数的关系

海洋沉积声速与物理性质密切相关，特别是含水量Ｗ和孔隙度Ｎ，它们在建立回归议程和预报沉积物性质中有所贡献。中国东，南海沿海沉积物的资料和数据表明：声速和声速比可以用来预报沉积物性质。     

海洋沉积物中早期成岩作用地球化学研究进展

海洋沉积物中早期成岩作用过程以有机质降解为基础。按照反应自由能大小,有机质依次被O2、NO3-、Mn4+、Fe3+、SO42-氧化,在产甲烷菌作用下发生产甲烷作用,形成大量生物成因甲烷,这是海洋沉积物中甲烷主要来源之一。甲烷气体在向上运移过程中既可在水合物稳定带中与水分子结合形成水合物,游离态和溶解甲烷也可以在硫酸盐还原菌和甲烷菌联合作用下发生甲烷厌氧氧化作用,并与沉积物中的Ca2+、Fe2+结合,形成碳酸盐岩和黄铁矿等自生矿物。这一系列过程埋藏了大量甲烷(碳),成为重要的碳汇。早期成岩作用的各种反应机制,特别是沉积环境因素的影响及其产生的阳离子同位素分馏仍是未来的重点研究方向。通过大量的文献调研,概括了早期成岩作用过程中有机质降解及甲烷厌氧氧化作用的反应机理,黄铁矿、碳酸盐岩等自生矿物的形成机理以及同位素分馏特征等地球化学研究进展,并提出了未来重点研究的方向的建议。