桑沟湾不同形态锰的分布、季节变化及其影响因素

摘要

锰是海洋中的痕量元素，主要来源于河流、大气沉降和沉积物的矿化溶出等。海洋中的Mn不仅常被用来研究不同来源的物质输送及水团混合的影响，而且它作为生物体所必需的微量营养元素之一，是细胞代谢过程（例如固氮过程、硝酸盐同化及光合作用）中酶促反应的辅助因子，又可通过生物代谢、死亡沉降等物理或化学过程重新释放进入海洋，影响着全球碳、氮及其他微量元素的生物地球化学循环。因此，海洋中锰的生物地球化学研究引起了科学家们越来越多的关注。桑沟湾是面向黄海的半封闭型海湾，也是我国北方重要的养殖基地，是研究锰的生物地球化学循环的良好场所，其来源、通量及养殖生物活动影响的研究对丰富锰的生物地球化学研究具有十分重要的科学意义。
　　本文在实验室复现了两步提取法测定沉积物中的锰及紫外消解法测定有机结合态锰(DOMn)的方法。利用两步提取法对国家标准物质水系沉积物(GSD-9)中醋酸提取态锰(HAc-Mn)和总锰(TMns)进行平行测定，精密度分别为3.0％和4.3％，与给定TMns的推荐值不存在显著性差异(P=0.95，n=7)，回收率为99.9％;紫外消解法测定DOMn的实验条件:紫外灯波长254 nm，pH=2，10 mL体系加入H2O2(30％)25μL，连续照射2h，利用该方法对EDTA-Mn溶液进行平行测定，精密度好于5.0％，其回收率为93.5％～95.2％。
　　利用复现方法和实验室现有的催化动力学分光光度法（高碘酸钠-隐形孔雀绿体系）对2011年和2013年春、夏、秋、冬四个季节总计8个航次桑沟湾养殖海区水体中溶解态无机锰(DIMn)及表层沉积物中的锰和2013年4个航次水体中DOMn进行了测定。结果表明，桑沟湾2011-2012年春、夏、秋、冬4个季节DIMn的浓度范围分别为12.5～579.3、19.1～182.9、8.9～49.4和5.4～56.0nmol/L，呈现出明显的季节变化（t检验，p＜0.05，n=19），春季最高，夏季次之，秋、冬季较低，全年平均值为（63.4±71.8）nmol/L。桑沟湾2013-2014年春、夏、秋、冬4个季节的DIMn的浓度范围分别为10.7～163.1、8.6～208.3、7.8～42.9和3.2～38.9 nmol/L，呈现出明显的季节变化（t检验，p＜0.05，n=19），春季最高，夏季次之，秋、冬季较低，全年平均值为（36.0±22.2）nmol/L。桑沟湾DIMn的分布规律基本类似，均呈现出河口区浓度较高，自近岸到外海逐渐降低的趋势。除了2011年春季DIMn的浓度异常高之外，其他季节不存在显著的年际间差异（t检验，p＜0.05，n=19）。在4月份，桑沟湾DIMn的周日变化与潮汐呈现出较好的负相关关系。与相邻的爱莲湾和俚岛湾相比，桑沟湾DIMn的浓度在春、夏季较高，秋、冬季没有显著的差异（t检验，p＜0.10，n=19）。桑沟湾2013-2014年春、夏、秋、冬4个季节DOMn的浓度范围分别为2.0～24.2、1.5～73.8、0.2～8.8和1.3～15.3 nmol/L，呈现出明显的季节变化（t检验，p＜0.05，n=19），春、夏季高于秋、冬季，全年平均值（9.0±4.9）nmol/L。分布大致呈现近岸高于外海的趋势。2013-2014年4个航次的总溶解态锰(TDMn)的浓度范围分别为16.6～177.0、11.7～276.0、9.0～44.4和4.5～50.7nmol/L，呈现出明显的季节变化（t检验，p＜0.05，n=19），春、夏季高于秋、冬季，全年平均值（45.1±25.5）nmol/L。分布从近岸到外海逐渐降低，春、夏季梯度变化更显著。
　　桑沟湾2011-2012年春、夏、秋、冬4个季节表层沉积物中TMns的含量范围分别为363～1507、392～1742、474～760和487～801mg/kg，呈现出明显的季节变化（t检验，p＜0.05，n=8），春、夏季高于秋、冬季，全年平均值(754±158)mg/kg。桑沟湾2013年4月、10月和2014年1月三个航次表层沉积物中TMns的含量范围分别为527～1178、326～866和530～739mg/kg，春季高于秋、冬季（t检验，p＜0.05，n=8），全年平均值（710±149）mg/kg。表层沉积物中TMns的含量不存在显著的年际间差异（t检验，p＜0.05，n=8）。桑沟湾2011-2012年4个航次表层沉积物中HAc-Mn的含量范围分别为297～1129、177～1108、238～450和219～552mg/kg，呈现出明显的季节变化（t检验，p＜0.05，n=8），春、夏季高于秋、冬季，全年平均值（417±97）mg/kg。桑沟湾2013年4月、10月和2014年1月三个航次表层沉积物中HAc-Mn的含量范围分别为226～591、153～457和213～349 mg/kg，春季高于秋、冬季（t检验，p＜0.05，n=8），全年平均值（377±115）mg/kg。表层沉积物中HAc-Mn的含量不存在年际间的差异（t检验，p＜0.05，n=8）。桑沟湾表层沉积物中锰含量的季节性变化与湾内养殖生物的养殖周期及湾口水动力有密切的关系。
　　桑沟湾海域DIMn的主要来源包括河流和地下水的输入、大气干、湿沉降及沉积物-水界面的释放等，主要的汇则包括向黄海的输出、养殖生物的清除等。桑沟湾养殖区DIMn的存留时间只有20d±13d，远远低于大洋中锰的存留时间，特殊的水文环境和养殖环境可能是导致这种结果的主要原因。

目录

声明

摘要

0．前言

1．锰的文献综述

1．1 自然界中的锰

1．2 海水中锰的含量及其分布

1．3 影响海水中锰的生物地球化学行为的主要因素

1．3．1 河流和地下水输入对海洋中锰分布的影响

1．3．2 大气输送对海洋中锰分布的影响

1．3．3 沉积物-水界面交换对海洋中锰分布的影响

1．3．4 生物活动对海洋中锰分布的影响

1．3．5 光化学还原作用对海洋中锰分布的影响

1．4 海洋中锰的分析方法

1．5 国内外锰的研究现状及发展趋势

2．实验部分

2．1 仪器设备与试剂

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验试剂

2．2 试剂的制备

2．3 DIMn的分析步骤

2．4 沉积物中锰的分析步骤

2．5 紫外消解法测定DOMn的步骤

3．样品的采集及预处理

3．1 研究区域概况

3．2 样品采集及预处理

3．2．1 海水样品的采集和预处理

3．2．2 沉积物样品的采集和预处理

4．桑沟湾不同形态锰的分布、季节变化及其影响因素

4．1 桑沟湾DIMn的含量及分布

4．1．1 2011-2012年桑沟湾DIMn的含量及其分布

4．1．2 2013-2014年桑沟湾DIMn的含量及其分布

4．1．3 桑沟湾DIMn的周日变化

4．1．4 桑沟湾DIMn含量与相邻俚岛湾、爱莲湾的比较

4．2 桑沟湾溶解DOMn和TDMn的含量及其分布

4．3 桑沟湾表层沉积物中锰的含量及其分布

4．4 影响桑沟湾DIMn分布的主要因素

4．4．1 河流、地下水的输入

4．4．2 与黄海水的交换

4．4．3 大气的输送

4．4．4 沉积物-水界面的交换

4．4．5 养殖生物的清除

4．5 桑沟湾DIMn的收支及存留时间

5．结论

参考文献

致谢

个人简历

发表的学术论文