南沙群岛珊湖礁潟湖垂直沉降颗粒物中主要元素的生物地球化学过程研究

本文首次报道用沉积物捕捉器（ＳＴ）研究南沙群岛珊瑚礁湖沉降颗粒物中主要元素垂直通量、垂直转移形态、再循环过程及垂直通量与表层海水温度的关系。结果显示,作为生物化学沉积标志的Ｃａ、Ｍｇ具有最高的垂直通量,达１．４和０．１ｇ／（ｍ２·ｄ）以上,作为生物富集标志的Ｂｒ、Ⅰ也有较高的垂直转移量;垂直转移形态的研究表明Ｎａ、Ｋ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ主要以碳酸盐结合态向海底转移,其中Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ占９９％以上,Ｆｅ、Ｉ、Ｂａ主要以铁锰氧化物结合态向海底输送,在垂直沉降颗粒物到达海底后,有相当部分的主要元素可再循环进入水体中,Ｂｒ、Ｉ、Ｋ、Ａｌ的绝大部分进入再循环,Ｍｇ、Ｎａ、Ｃｌ有一半左右进入再循环,Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｆｅ大部分被埋葬;Ｎａ等９种元素的垂直转移量随ＳＳＴ呈指数降低响应,对ＳＳＴ的敏感性Ｆｅ＞Ｂｒ＞Ｓｒ＞Ｃａ＞Ｎａ＞Ｃｌ＞Ｍｇ＞Ｉ＞Ａｌ,这再一次验证了ＣａＣＯ３随温度升高,其溶解度降低、化学沉积量增加这一自然界的普遍规律,表明在珊瑚礁海水的垂直沉降颗粒物中主要元素是作为珊瑚的重要成分与ＣａＣＯ３一同被沉积下来的,ＣａＣＯ３起到稀释剂的作用。     

九龙江口水体中1995年有机物的转移

1995年3个航次调查研究结果表明,九龙江口水体总有机物的含量受悬浮物含量控制。在S＜5的低盐度区,悬浮泥沙和有机物产生明显的絮凝沉降;在S＞5的广阔海域,它们的迁移接近于理想混合。估算得出九龙江河流的入海通量约：悬浮泥沙为9．8×105t／a;总COD为3．2×104t／a,其中溶解态COD为2.1×104t／a,约占2／3,为水体有机物的主要形态,如换算为溶解有机碳,则DOC的平均通量为3．2×104t／a。     

Net Zooplankton and the biological pump off Sanriku, Japan

Taxonomic composition, size composition, standing stock, and chemical composition of mesozooplankton were determined to examine the contribution of their fecal pellets to the vertical flux of organic carbon at the outside, the edge, and the center of the warm core ring. The warm core ring significantly affects not only their taxonomic composition and size composition but also their standing stock and chemical composition. The zooplankton at the center of the warm core ring was characterized by the absence of carnivores at the top of the size-trophic relation and filter feeding planktonic tunicates at the bottom. Zooplankton carbon biomass at the outside of the ring was one-third less than that at the center of the ring. The vertical flux of fecal pellets obtained from the pellet volume (12.3 mgC m⁻²d⁻¹) contributed 19 to 96% of the flux (13 to 64 mgC m⁻² d⁻¹) estimated from the body carbon and the fecal pellet production rate. The estimated flux of fecal pellets was 6 to 27% of vertical carbon flux (236 mgC m⁻²d⁻¹) determined by the sediment traps. Microscopic determination of fecal pellets and plankton in the sediment trap samples indicated high grazing activity during the sinking process. Those observations might suggest that particles other than fecal pellets contributed significantly to the vertical carbon flux and fecal pellets were settled directly without loss or being recycled within the surface mixed layer.     

The statistics of particle velocities and accelerations under waves with directional spread

The statistics of the horizontal component of the water particle velocity vector under random waves are considered. A spread in the directions of travel of the component wave trains does not affect the rms value of the modulus r but it affects the shape of its probability distribution in such a way that the pr3bability of extreme values is reduced. For small and moderate directional spreads the modulus for a given probability of exceedance is reduced by a factor which tends to F_s as the probability of exceedance tends to zero, where F_s is the spread factor (which is typically 0.9 in temperate storms). However, the convergence on this asymptote is not complete for probabilities of engineering importance, particularly for wide directional spreads. The standard deviation of the probability distribution of the direction of the vector is reduced roughly in inverse proportion to r. The same conclusions apply to particle accelerations.     

台风“灿鸿”对长江口外海域悬浮体分布的影响

台风作为事件性的强动力因素,其对河口海域沉积环境的影响目前研究较少,开展典型台风事件对长江口外海域悬浮体分布的影响研究对于深入理解长江径流挟带陆源物质向东海陆架扩散机制等具有重要意义。利用2015年09号台风"灿鸿"过境前后长江口外海域现场调查数据,分析台风前后长江口外水体结构和悬浮体粒度分布变化,结合同期环境观测数据与开源数据,阐明台风对河口外海域悬浮体分布的影响机制。结果表明:长江口外海域悬浮体中细颗粒组分(≤ 128μm)主要为无机矿物颗粒,而粗颗粒组分(>128μm)主要是生源有机颗粒。生源有机粗颗粒主要分布于中上层水体,而无机细颗粒主要分布于底层水体,使得长江口外海域悬浮体平均粒径分布呈双层结构。台风前后悬浮体粒度分布变化反映了台风对长江口外海域物理和生物过程的双重影响,其中物理过程主要影响无机细颗粒分布变化,生物过程主要影响有机粗颗粒。台风期间强烈的偏北风使得长江冲淡水在口门外海域由东北输运转为往东输运,与长江冲淡水输运方向一致的表层无机细颗粒在台风后输运方向同样往东。另外,台风作用在河口区产生的下降流将12250-4站位底部再悬浮的泥质沉积物向东搬运至12300-4站,导致12300-4站底层悬浮体浓度增加、粒度变细。台风过境还造成长江口外海域初级生产力提高,而浮游植物生长对悬浮体中有机粗颗粒的形成有促进作用,使得口门外海域上层水体中有机粗颗粒体积浓度升高。长江口外海域由于台风过境导致悬浮体中无机细颗粒和生源有机颗粒含量均增加,使得其平均粒径整体变化不大。     

浙江近岸海域悬浮颗粒物中磷的赋存形态及分布特征研究

磷元素是海洋基础营养盐之一,其赋存形态及分布直接影响海区的初级生产力,是海洋生物地球化学循环的重要驱动力。但大河河口与近海等重要的水生关键带水动力循环过程复杂,导致悬浮颗粒物(SPM )中磷元素的赋存形态和分布特征变化多端,亟须深入研究。根据2016年春季(4−5月)、夏季(7月)和秋季(9−10月)对浙江近岸海域的调查结果,本研究分析了浙江近岸海域SPM中总磷(TPP)、无机磷(PIP)和有机磷(POP)的含量水平、空间分布特征和影响因素。结果表明,浙江近岸海域SPM中TPP含量范围为0.13～66.13 μmol/L,均值为3.35 μmol/L;PIP含量范围为0.03～34.19 μmol/L,均值为1.97 μmol/L;POP含量范围为0.06～31.94 μmol/L,均值为1.39 μmol/L。PIP是浙江近岸海域水体中TPP的主要存在形式,占52.3%。春季浙江近岸海域表层TPP含量占总磷(TP)含量的19.3%～97.7%。春、秋季的SPM中,TPP、PIP和POP含量空间分布相似,均呈现由内湾向外海逐渐降低的变化趋势。PIP、POP与SPM呈显著的正相关性,表现出高SPM含量的海区有着较高的颗粒态磷含量,说明其受陆源输入的影响。春季盐度大于28且SPM含量小于20 mg/L的外侧远海海域,POP与Chl a的相关系数和斜率均明显高于PIP与Chl a的相关系数和斜率,说明该区域浮游植物是POP的主要贡献来源。     

长江口和浙江近岸海域表层沉积物中颗粒磷的形态分布和影响因素

研究长江口和浙江近岸海域的水团流向、缺氧程度、潮汐作用以及养殖活动对表层沉积物中颗粒磷赋存形式的影响,对东海生态环境的可持续发展有着重要的意义。长江口以北和浙江近岸泥质区各存在一个缺氧中心,杭州湾属于强潮区,而象山港遍布养殖场。2018年8—9月在上述4个海域分别采集表层沉积物,采用SEDEX方法进行了颗粒磷的形态划分和含量测定。研究结果表明：在长江口外北部缺氧区和浙江近岸泥质区的南部缺氧区,由于沉积物-水界面的还原环境可以活化铁结合态磷,使之转变为生物可以直接利用的弱吸附态无机磷,因此表现出沉积物中铁结合态磷的低值和弱吸附态无机磷的高值;前者的缺氧程度高于后者,因此其铁结合态磷的含量相应更低。杭州湾和象山港海域均受潮汐作用影响,两者沉积物中磷的分布比较均匀。象山港表层沉积物中铁结合态磷含量均较低,这可能是因为养殖活动造成的水体缺氧通过潮汐活动扩散到整个港底。象山港废弃养殖场沉积物中的碎屑磷和残余有机磷含量显著低于非养殖区,可能是由于养殖活动累积的生物沉积稀释了陆源输入的碎屑颗粒。     

南海北部和海南岛附近海域表层沉积物中有机质的分布和降解状态的差异

利用气相色谱法对南海北部和海南岛附近海域表层沉积物中正构烷烃(n-alkanes)和脂肪酸进行测定和分析,结合粒径、比表面积(specific surface area,SSA)、有机碳(OC%)、碳稳定同位素(δ~(13)C)等参数研究有机物来源和降解状态,并对其影响因素进行分析。研究结果表明:沉积物主要以粉砂为主,平均粒径分布范围在10.97—517.21μm之间,选取的16个站位的比表面积平均值为8.05m~2/g,最大值是S23站位的24.46m~2/g,最小值是S29站位的1.73m~2/g,OC%含量在0.15—1.18之间,δ~(13)C值为–23.05‰—–21.24‰。沉积物中正构烷烃碳链的分布范围是nC_(14)—nC_(33),低碳数峰群以nC_(16)、nC_(18)为主峰碳且具有偶碳数优势,高碳数峰群以nC_(29)为主峰碳。脂肪酸的碳数分布范围是nC_(14)—nC_(30),低碳数单峰型分布,短链饱和脂肪酸(short chain saturated fatty acids,SCSFA)和单不饱和脂肪酸(monounsaturated fatty acids,MUFA)的含量占总脂肪酸含量的70%以上,长链饱和脂肪酸(long chain saturated fatty acids,LCSFA)的含量不到10%,据此说明这两个区域有机质均以海源输入为主。在有机物保存和降解方面,海南岛附近海域有机质载荷(OC/SSA)和δ~(13)C之间的正相关,表现了良好的陆源和海源的有机物更替,但是珠江口附近海域系列样品却未见相似过程。不仅在物源更替方面,在有机质降解特征上珠江口附近海域中的有机物与海南岛附近海域和南海陆架深水区也有很大的差别。海南岛附近海域和南海陆架深水区有机质的降解符合一般规律,随着水深的增加降解程度逐渐变大,然而珠江口附近海域随着水深的增加有机质却越来越"新鲜"。结合前人对珠江口附近海域黏土矿物组成的研究,本文认为珠江口附近海域沉积物中有机质之所以会出现上述"异常"可能是因为该研究区域黏土矿物对有机质选择性吸附所导致。     

2008年夏季西北冰洋表层水浮游植物群落结构的色素表征及其对不同水团的响应

本文依托2008年夏季中国第三次北极科学考察航次,对西北冰洋海盆区和楚科奇海陆架营养盐及光合色素进行了测定和分析。根据海水理化性质将研究海区分为5个区,并使用CHEMTAX软件（Mackery et al.,1996）讨论了西北冰洋不同海区浮游植物群落组成结构及其与环境因子之间的关系。结果显示在楚科奇海陆架区,太平洋入流显著影响浮游植物生物量和群落结构。高营养盐Anadyr水团以及白令陆架水控制海域,表现出高Chl a且浮游植物以硅藻为主,相反,低营养盐如阿拉斯加沿岸流控制海域,Chl a生物量低且以微型,微微型浮游植物为主。在外陆架海区,海冰覆盖情况影响着水团的物理特征及营养盐浓度水平,相应地显著影响浮游植物群落结构。在海冰覆盖区域,硅藻生物量站到总Chl a生物量的75%以上;在靠近门捷列夫深海平原海区,受相对高盐的冰融水影响（MW-HS）,营养盐浓度和Chl a浓度相对海冰覆盖区略高,浮游植物结构中微型、微微型藻类比重增加,硅藻比例则降至33%;南加拿大海盆无冰海区（IfB）,表层水盐度最淡,营养盐浓度最低,相应地显示出低Chl a生物量,表明海冰消退,开阔大洋持续时间延长,将导致低生物量及激发更小型浮游植物的生长,并不有利于有机碳向深海的有效输出。     

渤海及北黄海河流悬浮颗粒碳氮同位素时空分布及源解析

选择流入渤海和北黄海的36条主要河流为研究对象,对比了平水期、丰水期和枯水期水体中悬浮颗粒物和河流表层沉积物的碳和氮稳定同位素的地球化学特征,并对颗粒物有机质碳和氮来源进行分析。结果表明,水体悬浮有机质碳同位素总体上表现为δ13C平水期δ13C丰水期δ13C枯水期的特点,δ15N值呈δ15N丰水期δ15N平水期δ15N枯水期的特点。渤海和北黄海的主要入海河流悬浮颗粒物有机质的来源具有明显的季节性差异,悬浮颗粒有机质碳平水期(春秋季)来源以C3植物、土壤有机质和水生藻类为主,丰水期(夏季)碳的各来源中浮游植物的贡献率明显增大,枯水期(冬季)则表现为陆源C3植物分解和水源性有机质的混合来源;悬浮颗粒态氮的来源与季节性降水量、生活污水、合成化肥及河流内源性水生植物密切相关。