新的痕量同位素示踪剂在全球变化研究中的应用

最近，用高精度多通道电感耦合等离子体质谱仪测定某些过渡金属，如Mo,Fe,Cu,Zn等同位素的组成，表明它们可作为全球变化研究中生物地球化学过程的示踪剂，现有的研究文献表明，Mo的同位素可用于古氧化还原环境研究，初步结果显示，海水中δ^97/95Mo的变化与海洋有氧与缺氧沉积物有直接的关系，可记录缺氧沉积物的来源，以此为基础，可用δ^97/95Mo的收支来估算从陆地进入海洋中Mo的通量和全球Mo同位素的收支；Fe同位素在一定程度上控制着海洋生物生产力的水平，其丰度也对气候变化有影响，但生物与非生物过程都可引起铁同位素的分馏，其δ^56/54Fe的变化都可达1‰，所以Fe同位素不能单独用来界定地质记录的Fe参与的过程是生物还是非生物控制，Cu,Zn的同位素也被用来研究生物地球化学过程的示踪剂，但目前报道不多，综述了这一领域的主要进展，集中阐述了同位素示踪样品的制备、纯化与测定方法，同位素在海洋环境变化研究中的应用，最后提出了这一领域可能的发展方向。     

生物要素的海洋生物地球化学过程研究进展

新学科的诞生是社会发展的需要,人类社会发展到今天,由于人类面临的资源与环境问题,使占全球面积71%的海洋成为21世纪开发的重点领域。然而,各成体系的海洋化学、海洋生物、海洋地质和海洋水文,已难以适应认识和解决当前面临的全球变化问题的需要。80年代初,随着国际地圈生物圈计划(IGBP)、全球海洋通量联合研究(JGOFS)、全球海洋生态系统动力学(GLOBEC)、全球海洋真光层研究(GOEZS)、海岸带陆海相互作用(LOICZ)等重大国际合作计划的兴起,处于这些学科交叉点上的海洋生物地球化学这新的分支学科应运而生,至90年代,这一边缘交又研究方向已成为海洋学研究的前沿领域。 我国的海洋生物地球化学研究虽起步较晚,但已取得飞速发展。至今,已开展实施了渤海生态系统动力学、东海海洋通量、台湾海峡生源要素生物地球化学过程、南海碳通量、南沙群岛珊瑚礁生态系物质循环等一系列重点项目的研究,强有力地推动了这一边缘交叉学科的发展。 海洋生物地球化学是利用化学、地质、生物、物理的观点综合研究海洋中物质循环的过程与规律,突出的特点是研究生物作用下的地球化学过程,研究的主要对象是生源要素(C,N,P,S,Si等)及与生物过程有关的其他元素。 本文从真光层内生源要素的循环、海水中颗粒物的生物地球化学过程、沉积物-海水界面过程中的生源要素,以及微型生物在生源要素的海洋生物地球化学循环中的作用等方面阐述了生源要素的海洋生物地球化学过程研究进展,以期推进我国该领域研究水平的提高。     

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。     

渤海南部沉积物中的活性铁及氧化还原环境

研究了渤海南部沉积物中的活性铁、沉积物粒度、氧化还原环境及其关系。结果表明，沉积物中的活性铁与沉积物颗粒度大小关系不大，河流输入物对沉积物活性铁浓度有重要影响，沉积物中活性铁与其氧化还原环境有密切关系。     

东海沉积物间隙水中K,Na,Xa,Mg硅酸盐的热力学平衡

研究了东海沉积物间隙水中Ｋ，Ｎａ，Ｃａ，Ｍｇ硅酸盐的热力学平衡，结果表明，间隙水中的镁有明显转移，在较高的ｐＨ（〉８．５）下，可形成带Ｍｇ（ＯＨ）２夹层的无序海泡石（Ｗ）沉淀，从而有效地除去间隙水中的镁及溶解硅，海底到盐矿物钙长石，钾长石可风化为钙蒙脱石，高岭石等，钠长石仅表现为溶解，使间隙水中钠浓度增高。     

淀粉系列海上溢油凝油剂的制备与凝油性能

利用玉米淀粉的羧甲基化与酯化等方法改性合成了一系列海上溢油凝油剂，实验发现，当羧甲基取代度足够时，凝油剂的凝油性能随酯化度的增加而增大，当酯化度足够时，羧甲基淀粉酯凝油剂的凝油性能随羧甲羧甲基取代度的增加而增大，凝油性能还与凝油剂中多价金属离子的种类，油品的种类和脂肪酸的碳原子数目有关，凝油性能随水盐度变化很小，即凝油剂对淡水水面溢面仍然有效，凝油性能随油品不同差异较大，对具有一定极性的油的胶凝作用比对非极性油的胶凝作用更强，对水面的原因及植物油比对燃料油具有更好的胶凝效果。     

中国边缘海海洋沉积生态环境反演中的生物标志物

中国边缘海是海—陆—气圈进行物质和能量交换最活跃的海域之一,重建中国边缘海海洋生态环境演变对深入探析人类活动和气候变化的耦合作用意义重大,海洋沉积物生物标志物为定性/定量揭示海洋生态环境演变提供有效手段,可为预测人类活动影响下的海洋生态环境演变趋势提供科学支撑。本文总结归纳目前海洋沉积物中常用的古菌、细菌和真核来源生物标志物在海陆来源、化学结构、分布规律与功能等方面的特征,分析了不同生物标志物类型在重建海洋温度、酸碱度、氧化还原环境和浮游植物演变过程中的应用状况,剖析了多参数生物标志物在重建中国边缘海生态环境演变中存在的问题。总体而言,利用生物标志物重建中国边缘海生态环境演变的研究大多还停留在定性描述水平;由于对生物标志物母源生物及其适应机制认识不足会导致对生物标志物指标的解译存在偏差,进而影响海洋环境重建结果的准确性;此外,多种重要海洋环境演变参数并未建立起有效的生物标志物指标。未来的海洋生态环境重建研究应从结合新技术新方法厘清生物来源,整合大数据分析方法构建有更精确对应关系的校正公式以实现定量反演和准确预测,同时结合功能微生物群落筛选出更具独特性的新型生物标志物等方面开展研究。     

渤海海峡冬季表层海水中溶解无机碳分布特征分析

根据2010 年2 月—2010 年3 月的调查数据, 探讨了冬季渤海海峡及其附近表层海水中溶解无机碳体系的分布特征。结果表明: 表层水体中TA、DIC 和HCO₃^- 的浓度分布总体上呈现出海峡西南部高东北部低的分布趋势。西南部出现的高值区, 与该区域靠近莱州湾, 受莱州湾水体污染影响有关。调查海域TA 与表层水的温度相关性明显, pH 与叶绿素的相关性较高。水温和Chl-a 浓度是影响水体中无机碳体系分布变化的重要因素。其中, 水温对HCO₃^- 的影响要明显强于DIC。海峡南北两侧水体交换的差异, 是导致海峡南部东西两端无机碳体系各参数监测数值的差异明显大于海峡北部的主要原因。     

元素分析仪快速测定海洋沉积物TOC和TN的条件优化

报道了在优化样品前处理、燃烧温度、最小加氧量和最佳称样量的基础上,综合构建优化了直接固体进样varioMACRO cube元素分析仪同时测定海洋沉积物样品中总有机碳(TOC)和总氮(TN)的条件,即准确称取20~30 mg沉积物样品用1 mol/L盐酸除去无机碳后,直接进样在燃烧管温度960℃,次级燃烧管温度830℃,还原管温度900℃,氦气压力0.12 MPa,流量600 mL/min,氧气压力0.20 MPa,加氧量22.5 mL仪器条件下,用标准曲线法峰面积获取TOC和TN浓度。结果表明,海洋沉积物中TOC和TN测定的检出限分别为0.0508%和0.0146%,回收率分别为97.7%~100.9%和97.2%~101.1%,对4个实际外海沉积物样测定总有机碳和总氮结果的相对标准偏差(RSD)为0.83%~3.06%和1.33%~3.49%(n=12)。该方法操作简便快速、灵敏度高,具有较好的精密度和准确度,可准确可靠地用于海洋沉积物中总有机碳和总氮含量的测定。     

渤海沉积物-海水界面附近磷与硅的生物地球化学循环模式

现场模拟了渤海沉积物-海水界面磷、硅的交换通量,在此基础上提出了渤海磷、硅的生物地球化学循环模式,渤海的磷、硅主要来源于河流的输入和沉积物向海水的扩散提供,输出则是主要通过向黄海输送。计算结果表明,渤海每年沉积物向海水提供的磷、硅分别为102×106和190．6×106kg,分别占渤海磷、硅循环总量的86．4％和31．7％。说明沉积物-海水界面过程在渤海磷、硅循环中所起的作用是巨大的。