南极普里兹湾微量元素锌（Zn）镉（Cd）的分布与来源及其对初级生产力的指示

【摘要】锌和镉是海洋浮游植物重要的微量营养元素,它们参与浮游植物的生物过程,影响浮游植物的群落结构与海洋初级生产力。特别是在南大洋高营养盐低生产力海区,锌和镉是调控海洋浮游植物营养过程的重要因子,从而影响南大洋浮游植物的固碳能力。本文以南极普里兹湾为研究对象,通过定量检测普里兹湾海水、沉积物、沉降颗粒物、拖网浮游植物以及沉积物中提纯的硅藻蛋白石中的锌和镉的含量,研究了普里兹湾海洋环境介质和浮游植物生物体中锌和镉的分布。运用统计学的方法分析了普里兹湾沉积物中锌和镉的来源；采用地化指标铝,计算了微量元素的富集系数EF,反演了人类活动对南极微量元素累积的影响,并分别估算了普里兹湾沉积物和沉降颗粒物中锌和镉的岩源性输入和生物源性输入。同时在定量分析微量元素与浮游植物生物量、溶解态营养盐、有机碳、生物硅以及微量元素之间相关性的基础上,探讨了锌和镉对上层初级生产力的指示作用。获得如下主要的研究结果：(1)普里兹湾基本上不存在锌和镉限制浮游植物生长的现象,但是在南极夏季期间,冰架边缘浮游植物的旺发可能会导致短暂的锌供应不足,从而促进了浮游植物对镉的吸收利用。(2)海水中锌和镉的分布主要受到浮游植物吸收利用、普里兹湾表层环流(PrydzBayGyre)以及沉降颗粒物再降解过程的影响；沉积物中微量元素分布及其百年沉积记录变化和沉降颗粒物中微量元素含量、通量的季节性变化主要受控于普里兹湾的物质来源及其组成。(3)普里兹湾冰架边缘区锌和镉的生物源性输入相对较低,冰架边缘融冰输入的大量岩源性碎屑是主要原因；而陆架区的锌和镉主要为生物源性来源,来源于上层水体中较高的浮游植物生物量；深海区也以生物源性输入为主,与深海区极低的岩源性输入以及深海Fe-Mn氧化物对生物源性Zn的吸附作用相关。(4)普里兹湾陆架区浮游植物对海水中锌和镉的富集分别达到4.6×105倍和5.0×104倍；在溶解态锌含量适宜范围内,浮游植物对Zn和Cd的吸收是相辅相成的,当锌含量低于限值时,浮游植物对镉的吸收加强,而高含量锌又会在一定程度上抑制浮游植物对镉的吸收；Zn、浮游植物生物量、海水pC02是影响浮游植物对Cd吸收利用的主要因子；被浮游植物吸收利用的锌和镉主要成为其体内的易降解组分,在浮游植物降解过程中,锌和镉的降解程度基本相当。(5)普里兹湾微量元素Zn和Cd与浮游植物生物量、营养盐、重要生源物质有机碳和生物硅都具有良好的线性关系,且锌和镉在底质沉积物中的保存率高达50%以上,可以成为衡量上层输出生产力的科学指标。根据Zn、Cd估算的普里兹湾陆架区的输出生产力在15.2～20.0gCm-2a-１之间。以上研究结果为揭示普里兹湾及其邻近海域浮游植物生长是否存在Zn和Cd的限制,论证Zn和Cd能否成为衡量普里兹湾上层水体初级生产力的科学指标提供了新的认识。
【作者】孙维萍；
【导师】翁焕新；
【作者基本信息】浙江大学，环境科学，2013，博士
【关键词】微量营养元素；岩源性来源；生物源性来源；初级生产力；普里兹湾；南极；

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