过去一百年济州岛西南泥质区有机质来源变化的多参数指标研究

C/N是一种传统的区分海洋沉积有机质来源的指标,基于总有机碳与总有机氮的比值。BIT(Branched andIsoprenoid Tetraether index)和TMBR(Terrestrial and Marine Biomarker Ratio)是近年提出的用于指示陆源有机质相对贡献的新指标,二者具有明确的陆源及海源端元值。BIT指标是基于陆地土壤厌氧细菌生标Branched GDGTs与泉古菌生标Crenarchaeol的比值,TMBR指标是基于陆源高等植物生标和海源藻类生标的比值。本文利用C/N、BIT和TMBR指标,对济州岛西南泥质区DH11站位过去一百年以来陆源有机质和海源有机质的相对贡献进行了定量评估。总有机碳(TOC)、陆源和海源生物标志物的分析结果显示:近50a来,该站位的总有机质、海源有机质和陆源有机质的沉积通量(Mass Accumulation Rates,MARs)一直在增加。C/N指标通过二元混合模型的计算结果显示陆源有机质占总沉积有机质的比例在0.22～0.30之间,BIT与TMBR指示的陆源有机质贡献分别在0.05～0.11,0.08～0.22之间,所得相对贡献的差异主要是由不同指标的指示意义不同造成的。3种指标的结果表明该研究海域海源有机质在沉积有机质中占据主导地位。另外,从1950s开始陆源有机质的相对贡献呈现下降趋势,这说明海源有机质沉积通量增加的比例大于陆源有机质,这可能是由东亚季风、黑潮、河流输入、大气沉降和人类活动等多重因素引起的。     

百余年来珠江口及邻近西部海域有机碳来源及其埋藏记录

对珠江口外和粤西沿海的两个具百余年沉积历史的柱状样进行了基于支链与类戊二烯甘油四醚(glycerol dialkyl glycerol tetraether,GDGT)化合物比值的BIT(branched and isoprenoid tetraether)指标分析,该指标指示的是沉积有机质中陆源土壤来源有机质的相对输入贡献。结果发现,BIT值在两个柱状样中都小于0.26,显示水生有机质是沉积有机质的主要来源。BIT时间序列在两个柱状样中表现出一致的变化趋势:大约在1940年代以前,BIT保持在相对稳定的高值,此后表现出逐渐下降趋势,1990年以来下降趋势显著。这一下降趋势表明,半个多世纪以来沉积有机质中陆源有机质的相对贡献是持续减少的,或者水生有机质的相对贡献是持续增加的。在分析了陆源和水生有机碳沉积通量变化序列的基础上,认为水生生产力对沉积有机质的相对贡献持续增大是BIT指数持续降低的主要原因。水生有机碳输出通量半个多世纪来的上升趋势及其与广东省GDP变化趋势的相似性表明,陆地人类活动的不断增强导致了沿海水域营养化水平的不断升高。     

生物标志物梯烷脂指示胶州湾厌氧氨氧化活动

厌氧氨氧化是重要的氮脱除途径,对海洋中的氮循环,尤其是人类活动影响下海湾的氮循环起重要作用。梯烷脂作为厌氧氨氧化的生物标志物,能指示不同生态系统中的厌氧氨氧化活动,但其在海湾环境中的来源以及对人类活动影响的响应尚未明确。本文对人类活动影响下的典型海湾——山东半岛的胶州湾海域进行研究,通过分析胶州湾表层沉积物中梯烷脂及其他有机质指标,来研究海湾中有机质及厌氧氨氧化菌的来源及梯烷脂对环境因子的响应。研究显示厌氧氨氧化活动在胶州湾海域普遍存在。对总有机质参数(TOC,δ~(13)C和TOC/TN)与有机质来源贡献指标(TMBR和BIT)的分析显示胶州湾海域表层沉积物有机质以海源为主(BIT指示为83%、TMBR指示为54%),但各有机质来源指标与海湾中梯烷脂含量无明显相关。对梯烷脂总量及不同种类梯烷脂占比的分析显示,梯烷脂主要来自夏季水体中的颗粒物,且在梯烷脂总量较高的区域,梯烷脂可能主要受河流输入及污水排放的影响。主成分分析显示海湾沉积物中梯烷脂与营养盐及溶解氧含量受相同因子所调控,表明梯烷脂可以在胶州湾指示人类活动对海水环境质量的影响。这也为沉积物中梯烷脂在海湾环境,乃至其他边缘海环境中对人类活动的指示作用提供了新思路。     

中国边缘海沉积有机质来源及其碳汇意义

中国边缘海(本文特指渤海、黄海和东海,不包括南海)是陆源和海源有机质的重要碳汇。总有机质指标和生物标志物的结果显示,表层沉积物中陆源有机质高值集中在近岸尤其是河口附近;海源有机质在陆架海盆处有高值,受控于海洋生产力和沉积环境。利用多参数指标对表层沉积物中不同来源和不同年龄有机质的贡献比例估算的结果显示,我国边缘海的有机碳埋藏量约13 Mt/a,占全球边缘海沉积物有机碳埋藏量(~138 Mt/a)的~10%,其中陆源有机质的碳埋藏量(3.9 Mt/a)占全球边缘海沉积物陆源有机质埋藏量的~7%。若假定陈化土壤有机质和古老有机质主要是陆源物质,则非现代有机质的碳埋藏量为~6Mt/a,占我国边缘海总有机质碳埋藏量的~46%,与全球边缘海沉积物中陆源有机质的平均比例(44%)相当。这些结果表明我国边缘海在全球海洋碳循环中具有重要地位。本文利用已发表的文献数据,总结和归纳了中国边缘海沉积有机质来源及其碳汇意义。     

长江口及邻近海域沉积物中四醚脂类的来源及其对底层溶解氧指示作用探究

甘油二烷基甘油四醚(glycerol dialkyl glycerol tetraethers,GDGTs)作为一种重要的膜脂化合物,广泛存在于海洋水体和沉积物中。基于GDGTs对温度的敏感性, TEX₈₆(Tetra Etherinde Xoftetraethers consisting of 86 carbons)指标被广泛用于海洋古温度重建。然而,研究表明GDGTs母源生物古菌也会受到环境中溶解氧(DO)变化的影响,进而影响其膜脂组成,但边缘海DO对GDGTs组成的影响仍不清楚。本文研究了夏季长江口及其邻近海域颗粒物与表层沉积物中GDGTs的含量与组成,探讨了表层沉积物中GDGTs的来源及其组成对底层DO的响应。结果表明,长江口及其邻近海域颗粒物GDGTs的含量随水深的增加而增加,同时表层沉积物中的GDGT-2/GDGT-3和GDGT-0/Cren比值均与底层颗粒物相近,表明沉积物中GDGTs主要来源于底层颗粒物的沉降输入。进一步对受陆源有机质输入影响较小的站位研究发现有机质来源BIT(Branched and Isoprenoid Tetractter)指...     

南黄海表层沉积物中正构烷烃的组成特征、分布及其对沉积有机质来源的指示意义

黄海是1个重要的碳汇,其沉积物有机质来源复杂多样,而且在碳循环中的作用不同。边缘海有机质来源的定量估算是碳循环研究中的1个重要内容。正构烷烃是1种常用的指示有机质来源的生物标志物。本文对南黄海63个表层沉积物中正构烷烃的分布及其组成特征进行分析,并与其它生物标志物指标进行对比。结果显示,南黄海区域表层沉积物中正构烷烃多呈现双峰群分布,前峰群短链烷烃无明显奇偶碳数优势,主要来自海洋浮游藻类和细菌;后峰群长链烷烃具有奇碳数优势,主要来自于陆地高等植物,其中草本植物和木本植物来源所占比例相近。短链和长链正构烷烃在黄海中部都有高值分布,主要受中部细颗粒沉积物的吸附作用及较低的沉积速率影响。陆源海源烷烃含量比(∑T/∑M)和陆源海源优势烷烃含量比(TAR)对沉积有机质来源的指示是一致的,北部和近苏北沿岸处有高比值分布,指示有较高的陆源输入;低比值区分布于中南部,指示陆源输入较少。∑T/∑M(以及TAR)与生物标志物指标(∑T/1.5∑B)的分布趋势相似,只是北部高值区相对明显程度有所差别,可能与北部细菌作用较强、水深较大导致短链正构烷烃降解程度较大有关。     

东海沉积物中微生物标志物GDGTs年代际变化及来源

甘油双烷基甘油四醚(Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraethers,GDGTs)是近几年来新发现的一类生物标志化合物,基于GDGTs的各种指标以其在指示物质来源以及海洋和陆地古温度重建等方面显示出的巨大应用潜力,逐渐成为古海洋学、古湖沼学和古气候学研究的重要工具。对采自东海陆架区的DH5-1站位(29°28.118′N、123°06.639′E,水深63.5m)的柱状沉积物样品进行了总有机质和GDGTs分析,研究了GDGTs化合物在东海陆架区柱状沉积物样品中的含量和沉积通量变化,并利用δ13 C、C/N以及基于GDGTs化合物的BIT指标讨论了该海区近150年来沉积有机质的来源变化。结果显示,近百年来东亚冬季风的增强,加强了冬季闽浙沿岸流对长江口沉积物的搬运,使得该海区陆源输入量呈增加趋势,但20世纪80年代以来,人类活动的加剧导致营养盐输入的增加,使得海洋生产力提高,沉积有机质中陆源有机质比例下降。     

海洋沉积作用的物源控制

源与汇的关系是研究海陆相互作用和海平面变化及其沉积响应的钥匙.边缘海的一大特点是它的双陆源体系.中国边缘海背靠中国大陆,来自陆地的陆源碎屑物质是主要的物质来源,岛弧侵蚀作用提供的岛源物质是另一个重要的物质来源,二者交替形成的沉积序列是弧后盆地的重要的沉积学特征.陆架沉积物的物源随着海平面的变化发生互换.低位体系域和高位...     

东海表层沉积物中中性糖的赋存特征及其在有机质降解中的指示

中性糖作为有机质的重要组分,其丰度和组成对于沉积物中有机质的来源和降解等生物地球化学过程具有重要的指示意义。本文在对2009年和2010年采集自东海的24个表层沉积物中有机质和中性糖组成以及分布特征进行分析的基础上,探讨了中性糖及其组分在指示东海表层沉积物有机质来源和降解程度中的作用。结果表明:东海表层沉积物中有机碳(TOC)和中性糖(NS)含量较高,分别为66.8—1441.7?mol/g和0.40—4.87?mol/g,平均浓度分别为(409.4?55.2)?mol/g和(3.07?0.31)?mol/g,NS占有机碳的碳摩尔百分数为1.88%—8.93%;随着沉积物粒径增大,TOC、NS含量降低,NS中的葡萄糖组分摩尔百分数增大,而半乳糖、甘露糖和木糖组分摩尔百分比减小,表明沉积物中有机质降解程度增大。同时发现,葡萄糖和海藻糖的摩尔分数之和与半乳糖和阿拉伯糖的摩尔分数之和的比值可作为判断沉积有机物降解程度的指标,其值越大,说明沉积有机物的生物降解程度越小。     

泸沽湖沉积物正构烷烃分布特征及其古植被意义

利用气相色谱-质谱联用仪从泸沽湖沉积物中检测出丰富的正构烷烃系列分子化石,泸沽湖沉积物正构烷烃分布特征可归纳为双峰前峰型和双峰后峰型,说明泸沽湖沉积有机质母质来源为混源。较高丰度的中等长度正构烷烃及Paq和(C15+C17+C19)/(C27+C29+C31)比值等指标指示挺水植物及沉水/漂浮植物等水生植物贡献量较大,同时,也说明较大的内源输入可能是泸沽湖TOC含量较高的原因之一。主峰碳及正构烷烃代用指标(C27+C29)/(C31+C33)比值和ACL指示泸沽湖沉积有机质木本植物输入量占优势,这与现今泸沽湖流域植被类型特征相符。纵向上,(C27+C29)/(C31+C33)比值和ACL没有明显的阶段性和趋势性变化,反映出正构烷烃记录的泸沽湖流域草本植被与木本植被相对变化不明显。不同沉积时期正构烷烃分布特征有所不同。3万年以来泸沽湖流域植被演化特征可以分为3个阶段:30~20cal.kaBP气候偏干冷,沉积有机质母质主要为低等水生生物和藻类,沉水和漂浮植物也有较大贡献;20~5cal.kaBP为相对暖湿的气候环境,陆源高等植被对泸沽湖沉积有机质的贡献增加;5~0cal.kaBP(对应剖面205~0cm)气候有变冷干的趋势,沉积有机质物源以低等水生生物和藻类为主,同时,具有较多高等植物和沉水/漂浮植物输入。泸沽湖流域12kaBP为干冷气候时期,这在时间与气候特征上与YD事件相符,可能是西南季风对YD事件的响应。     

罗斯海西部末次冰盛期以来沉积环境重建:有机碳与生物标志化合物分析

本文研究采自位于南极罗斯海西部的ANT32-RB16C柱状沉积物,根据粒度、有机碳和生物标志化合物数据探讨末次冰盛期(24.8 ～20 ka BP)以来该地区有机质来源及沉积环境特征。该柱状样记录了冰架下沉积、冰架前沉积、开阔海域沉积的沉积环境。指示有机质来源的生物标志化合物指标表明该柱状样中所含有机质主要为浮游植物、细菌等海源输入,同时伴有少量陆源物质混合输入。末次冰盛期,由于冰架的影响有机质含量较低,环流影响使得有机质受低等浮游藻类生物等海源影响较大。末次冰消期(20～11.7 ka BP),罗斯冰架消退,冰川溶解释放的有机质在此沉积,使得陆源有机质输入增多,有机质含量升高。进入全新世,有机质含量较末次冰盛期和末次冰消期明显升高,海源输入比例增大,同时细菌等原核生物增多,导致短链正构烷烃降解程度较大。研究区的氧化还原环境主要受冰架与海冰限制作用的影响,与有机质含量和高氧的南极底层水关系不大。总体来说,从末次冰盛期到末次冰消期,研究区沉积环境受罗斯冰架进退影响,全新世以来受气候变化影响。     

长江三角洲冰后期沉积物的有机碳氮和有机碳同位素组成与古环境指示

长江三角洲的CM和HM孔揭示了冰后期以来的河床相、河漫滩—河口湾相、浅海相和三角洲相的沉积环境。钻孔的有机碳、总氮和有机碳同位素δ13C以及碳酸盐组成在不同沉积相中变化规律不一致,基本上落在现代长江主要支流和干流的沉积有机质组成范围内,而偏离河口地区的表层沉积有机质组成,反映长江流域的高等植被是三角洲冰后期沉积有机质的主要来源,而水生生物有机质的贡献较少。冰后期早期河床相和晚期三角洲相的沉积有机质组成变化要大于中间的河漫滩、河口湾到浅海相沉积。冰后期沉积有机质和碳酸盐组成基本上可以反映冰后期长江流域的古气候变化特征,主要的古气候波动变化与孢粉研究结果相似;但全新世大暖期和古洪水等气候变化事件在沉积有机质组成上的反映不显著。显然,河口三角洲地区由于陆海相互作用强烈,沉积地层不连续,且沉积有机质来源比较复杂和沉积环境变化大,运用全岩有机元素和有机碳同位素以及CaCO3组成指示古环境有相当的难度和多解性,需要寻找更敏感与可靠的古气候与古环境的替代指标。     

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。     

渤海海水中悬浮体的研究

陆源悬浮体是边缘海海底沉积物的主要来源.所以,悬浮体(suspended matter)的调查研究是解决边缘海海底沉积作用的一个重要环节.当我们研究河口附近海域以及海底沉积物的通量平衡过程时,也必须对悬浮体的分布及其数量变化等进行调查.     

鸭绿江河口西岸潮滩沉积物有机质对流域变化的响应

河流颗粒有机质提供了陆地碳循环的重要信息以及人类活动的记录,通过河口地区沉积物有机质组成,可反映流域变化及海陆间相互作用。2010-2011年分两次于鸭绿江河口西岸潮滩采集柱样4根及表层样23个。对样品进行有机质碳氮总量(TOC、TN)、碳氮同位素(δ13C、δ15 N)及沉积物粒度测试。分析结果表明,由河口向西,有机质受改造程度加深且来源逐渐复杂化,致TOC/TN与δ13C的相关性逐渐降低,δ15 N与沉积物粒度的相关性也随之降低。文中以δ13C为主线探讨沉积物有机质的来源及运移,TOC/TN作为辅助,δ15 N则用于指示生化条件的改变。柱样的δ13 C分布与河流入海输沙密切相关,水库对入海泥沙的拦截,致河口潮滩沉积速率减缓,从而增加了沉积物中海源有机质的含量,δ13C随之增加。潮滩西侧柱样的δ15 N增加指示了生活工业污水的大量排放。此外,表层样δ13C分布的方向性,指示了西水道门口处的快速堆积及潮下带物质的向岸运移,并在西岸潮滩向岸一侧富集。     

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。     

筼筜湖绿潮期间颗粒有机物及沉积有机物的来源研究

以原子碳氮比C_at/N_at、TOC/Chl a、δ13C和δ15N等为指标,分析了筼筜湖绿潮爆发期间悬浮颗粒有机物(POM)和沉积有机物(SOM)的来源。结果显示,筼筜湖的POM主要以外源输入为主。在靠近海水入口的引水渠,POM主要来自厦门西海域的陆源有机碎屑;位于筼筜湖上游的干渠,生活污水及餐饮业废水的有机质是其POM的主要贡献者;内、外湖POM的C_at/N_at(6.94~7.08)与浮游植物接近,但它们并不以浮游植物为主,而主要来自引水渠和干渠有机质的输入。以内湖为例,它们对内湖POM的联合贡献高达54%~97%。筼筜湖SOM的潜在来源多样,但不同湖区差异显著:在大型海藻覆盖区,主要以大型海藻和POM为主,而在无海藻覆盖的区域,则主要来自POM的自然沉降或与底栖微藻的联合贡献。结果表明,在来源复杂的潟湖系统,有机物的化学组成并不能很好的指示有机物的来源和成因,它在有机质的示踪方面并不如稳定同位素来得有效可靠。不过,基于多种指标的分析结果可能更准确。     

大河影响下的边缘海沉积有机碳输运与埋藏及再矿化研究进展

大河影响下的边缘海是陆源输入物质的主要储库,也是有机碳埋藏和再矿化的主要场所,在全球碳的生物地球化学循环中有着重要作用。从有机碳的输运、埋藏和再矿化等方面综述了大河影响下的边缘海沉积有机碳生物地球化学研究的最新进展。研究表明,有机碳的来源、组成、粒径和密度分布等显著影响着有机碳的分布特征和归宿,大河影响下的边缘海中移动泥等特殊沉积环境在有机碳的输运、埋藏和再矿化分解等方面发挥了独特的作用;微生物分解作用则是边缘海沉积有机碳,特别是难降解陆源有机碳发生分解的重要因素。综合运用分子生物学、有机地球化学、生物地球化学等多学科研究手段,深入研究特定微生物、浮游生物功能类群等在大河影响下的边缘海沉积有机碳生物地球化学过程中的作用,将极大地丰富对河口和陆架边缘海生源要素生物地球化学循环的认识。     

8000a以来东海内陆架化学风化过程及其对气候事件的响应

中国边缘海陆架泥质体是全新世高海平面以来形成的重要沉积单元,沉积速率高和连续性好的特征使其成为研究高分辨率气候和环境变化的理想载体。通过对东海内陆架泥质区中部的浅钻岩芯MZ02孔进行粒度、常量与微量元素、AMS~(14)C分析,获得粒度和常微量元素随时间变化的高分辨率演化序列。结果表明,全新世早期沉积物为较粗颗粒的粉砂为主,且粒度参数变化明显,指示了沿岸流、潮流、波浪综合作用下的前滨-近滨沉积环境;8 000 a以来陆架区沉积物以细颗粒黏土质粉砂为主,沉积环境稳定,以沿岸流控制的浅海沉积为主。沉积物化学蚀变指数(CIA),w_(CaO)/w_(K_2O),w_(CaO)/w_(MgO)和w_(Ba)/w_(Sr)比值反映8 000 a以来化学风化过程可分为4个时期,包括8000～6000 a B.P.的缓慢减弱期、6000～2200 a B.P.的频繁波动期、2200～1050 a B.P.的迅速减弱期及1050 a B.P.以来的逐渐增强期。地球化学指标同时指示的9次极值揭示东亚季风驱动的降温事件分别发生于7200 a B.P.,6000 a B.P.,4200 a B.P.,3600 a B.P.,2300 a B.P.,800～120 a B.P.时期。相应的降温证据亦存在于其他区域的不同介质中,揭示气候变化的区域性乃至全球性联系;频谱分析结果显示所选择地球化学指标存在79～200 a周期变化规律,指示太阳活动对中国东部区域沉积物化学风化及气候变化的控制作用。     

九龙江口潮滩表层沉积物有机质的分布、来源及沉积环境指示意义

本研究旨在揭示九龙江口潮滩有机质含量及其来源的时空分异规律,寻找有效识别潮滩沉积环境的有机碳指标,以便更好地将有机碳应用于河口沉积微相识别和古环境研究。在九龙江口潮滩不同地貌单元,于夏季和冬季采集41个表层沉积物,进行粒度、总有机碳(TOC)、总氮(TN)和稳定碳同位素(δ¹³C)测试。结果显示：从高潮滩至低潮滩,沉积物粒度逐渐变粗,TOC、TN和C/N变小,δ¹³C值偏正。高潮滩有机质来源以陆源和红树林贡献为主,中潮滩以海源和互花米草贡献为主,低潮滩以海源贡献为主。九龙江口潮滩有机质的分布和来源受控于河口陆海相互作用的季节变化、潮滩沉积动力分异和潮滩植被分布。高潮滩与中–低潮滩之间,TOC存在显著性差异,TN、δ¹³C存在极显著性差异,因此参数组合TOC、TN和δ¹³C可作为高潮滩与中–低潮滩的有效判别指标。