黄东海沉积物中磷的形态及其影响因素研究

【摘要】黄海和东海是西北太平洋重要的陆架边缘海,由于受到长江、黄河等大径流量和高输沙量等陆地径流流入的影响,人类活动产生的工农业污染物排放入海,以及城镇化进程和三峡等重大水利工程的影响,海洋生物生产力和各种环境参数受陆地环境变化影响明显。认识陆海相互作用中自然过程与人类活动等多重因素的影响下生源要素的生物地球化学循环过程,对于我国近海海洋环境保护和资源可持续利用等问题能够提供理论依据。本文根据2011年3-6月份黄东海航次,2012年10月份东海航次所采集的沉积物样品和间隙水样品,测定了沉积物中磷的赋存形态,有机碳、总氮含量以及间隙水中营养盐、铁、锰的含量,阐明了沉积物中磷的地球化学特征及其生态环境意义。主要结论如下：(1)黄东海表层沉积物中可交换态磷(Exch-P)、铁结合态磷(Fe-P)、自生钙结合态磷(ACa-P)、碎屑磷(Detrital-P)、有机磷(OP)和总磷(TP)的浓度范围分别是0.20-0.89,0.37-2.86,0.61-3.07,6.39-13.73,0.54-10.06和10.50-24.10μmol/g。Exch-P、Fe-P、ACa-P、detrital-P和OP在总磷中所占百分比分别是2.7%,8.5%,9.3%,53.4%和25.7%。无机磷(Exch-P、Fe-P、ACa-P和Detrital-P的总和)是总磷中主要赋存形态,占到总磷的54%-95%。(2)Exch-P,Fe-P和OP的分布特征类似,其中黄海的含量要略微高于东海的含量,低值出现在东海中部和济州岛西南泥质区附近。ACa-P的分布不同于Exch-P,Fe-P和OP的分布,含量从北向南逐渐减小,但是最高值出现在研究区域的东南部。Detrital-P在长江口南北各有一个高值,并且含量从西向东逐渐减小。沉积物中磷的含量和平面分布特征受到人类活动、物质来源、沉积物的粒度、沉积环境和沉积区域的水文条件等多种因素的影响,其中物质来源、沉积物的粒度和沉积环境是决定性因素,人类活动、沉积区域的水文条件等因素是非决定性因素。(3)黄东海表层沉积物中总磷和生物可利用磷的埋藏通量分别是0.82-15.46μmol/(cm2-a)和0.22-6.45μmol/(cm2-a)，其分布呈现出区域性的差异。(4)东海柱状沉积物中TP的含量范围是12-25μmol/g。Exch-P和Fe-P含量很低并且随深度增加变化不大。OP和ACa-P是活性磷的主要埋藏汇。Detrital-P是IP的主要组成部分,占到TP的35%-65%。(5)CDB提取的铁在表层沉积物中出现最高值,随深度的增加而逐渐减小。CDB提取液中,Fe/P比值基本介于10-25之间。铁的氧化物受物源特征和环境氧化还原作用的影响,在本次调查站位,CDB提取液中铁的含量也呈现出随着离岸距离的增加,铁含量减小的趋势。本次调查站位Fe/P比值基本与前人的研究结果一致。(6)东海柱状沉积物中有机碳的含量非常低,均小于1%,并且随着离岸距离的增加,有机碳含量逐渐减小。在同一站位,随着深度的增加,有机碳含量逐渐减小,表明了有机质的降解过程。OC/TN在沉积物中随深度增加变化不大,或者有略微减小的趋势。同一断面上来看,随着离岸距离的增加,OC/TN比值逐渐减小,表明了来源于海洋藻类有机质不断增加的结果。同时,OC/TN的比值会受到有机质降解的影响,通常情况下,ON优先于OC降解而使得OC/TN的比值出现偏高的情况。近岸站位,表层沉积物中OC/OP高于106,并且随深度增加有减小的趋势。OC/OP随深度增加而减小是由于含磷的、相对易分解的有机物在表层沉积物中的优先降解所致。通过有机质的降解过程,相对易分解的有机碳通过呼吸作用而消耗,释放的很少量的磷又立刻被包裹进有机化合物中。(7)东海沉积物间隙水中营养盐、铁、锰主要是受早期成岩过程所控制。锰的峰值出现在0-5cm范围,而铁的峰值出现在5-10cm范围甚至更深。当沉积物中氧气被完全消耗后,相对于铁的氧化物或者氢氧化物来说,二氧化锰是有机质降解的优先电子接受体。间隙水中营养盐受到水动力条件、沉积环境和有机质埋藏效率的影响。在调查站位,P043-的浓度随深度增加而增加。东海间隙水中较低的磷酸盐浓度表明P可能是一种限制性营养元素。间隙水中NH4+浓度随深度增加而增加,表明有机质在沉积物中具有明显矿化过程。
【作者】宋国栋；
【导师】刘素美；
【作者基本信息】中国海洋大学，海洋化学，2014，博士
【关键词】磷；有机碳；总氮；铁；锰；沉积物；黄海；东海；

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