渤海及邻近海域表面沉积物中木质素的分布特征及其陆源有机质示踪意义

摘要

河口和陆架区是海洋有机质的巨大沉积区，埋藏了90％随河流入海的陆源有机物，因此该地区陆源有机碳的研究对理解海洋沉积记录、古海洋初级生产力、有机物的再矿化效率、海洋沉积物中营养盐循环及海洋碳循环都有重要意义，也是解释陆源有机物在海洋中归宿问题的关键。木质素具有较高的化学稳定性和抗降解能力，仅来源于陆生维管植物，不存在于海洋生物体中，是良好的陆源有机物生物标志物，在土壤、河流、湖泊和海洋环境中的地球化学研究中应用广泛。
　　 文本测试分析了渤海及邻近海域25个站位表层沉积物的木质素参数、δ13C和C/N，讨论了渤海及邻近海域表层沉积物中TOC、δ13C、C/N、木质素含量∑8、∧8的分布规律，初步探讨了不同参数、不同端元模型评估陆源有机碳在沉积物TOC贡献上的差异。根据木质素单体S/V、C/V、(Ad/Al)v和(Ad/Al)s等参数分析了陆源有机碳的植被来源和降解程度等。得到了如下主要结论：
　　 1.渤海及邻近海域表层沉积物样品的TOC％介于0.12％～1.13％，平均值为0.45％。最低值位于黄河口站位，这与黄河的大输沙量、低有机碳含量相吻合。黄河口与滦河口陆架区的TOC％分布规律相同，即向远岸方向先增大后减小。所有站位的TN％在0.01％～0.16％之间，平均值0.06％，且与TOC％显著相关(R2=0.95)，无机氮对TN％影响较少。
　　 2.渤海及邻近海域表层沉积物中的C/N介于5.00～12.31，平均值为8.15，较小的平均值说明该海区表层沉积物的有机质多来源于海源有机物。测试站位的δ13C在-26.0‰～-22.1‰之间，平均值-23.1‰。根据δ13C的海源-陆源二端元模型估算的陆源有机物贡献为30.67％～85.69％，平均值为43.66％。黄河口站位的陆源有机物贡献最高，且明显呈现出离岸越远陆源有机物含量越少的趋势。滦河口站位的陆源有机物贡献与有机碳分布规律相同，呈现向远岸方向先增大后减小的趋势。渤海海峡南部站位陆源有机碳占比较高说明渤海海峡南部可能有大范围的陆源有机物沉积区，且埋藏在此区域的沉积物颗粒较细，易于陆源有机物的保存。而渤海近岸的富营养化、水深较浅、当地生产力较高等因素使渤海内部沿岸区域陆源有机物的比例相对较低。
　　 3.沉积物中的木质素含量∑8介于0.08～0.35mg/10gds，平均值为0.19mg/10gds，黄河口和滦河口外站位沉积物中木质素的含量分布趋势相同，即向远岸方向先增大后减小。P系列单体与11种木质素酚类单体总量(TLP)的相关性较弱(R2p=0.57)，表明渤海表层沉积物P系列单体来源不仅仅是木质素，还有其它来源。有机物中木质素含量∧8值为0.10～2.52mg/100mgOC，平均值0.58mg/100mgOC，黄河口断面站位离河口越远其∧8值越低。∑8和∧8均与TOC％无明显的线性相关，表明渤海表层沉积物的主要来源可能是海源。
　　 4.∧8的二端元模型估算陆源有机碳的贡献为3.71%～93.33％，平均值为21.59％，与用δ13C二端元模型相比有较大差别，主要可能有以下原因：(1)在河流入海前，浮游生物类来源的有机物减少了木质素在陆源有机物中的比例，使∧8推断陆源有机碳贡献时受到干扰；(2)端元值的合理选择对结论的影响很大，黄河口悬浮颗粒物的∧8值并不能代表所有站位的陆源有机碳端元值；(3)渤海海区易受水动力因素影响，陆源有机物在海洋中的分布复杂。因此，单独利用∧8值的二端元模型分析陆源有机碳含量，准确度不是很高。
　　 5.利用陆源维管植物、土壤有机质和海源有机物三个端元，结合δ13C、C/N和∧8三个参数对黄河口附近站位有机碳来源和含量进行分析，发现在黄河口三个站位的表层沉积物中，陆源有机物占36.54％～82.24％，土壤有机质占32.69％～70.09％，而陆源维管植物只占3.85％～12.15％，土壤有机质占陆源有机质来源的85.23%～93.48％，远高于陆源维管植物的贡献，二端元模型会低估远岸站位的陆源有机碳贡献。
　　 6.渤海及邻近海域表层沉积物中木质素的S/V处于0.55～2.19之间，C/V则介于0.27～1.01，平均值分别为1.35和0.51。S/V和C/V的总体关系表明渤海及邻近海域表层沉积物中木质素的主要来源是被子植物和裸子植物的草本组织。进一步综合LPVI值以及S/V和C/V的植被来源信息，可以推断渤海及邻近海域表层沉积物中陆源有机物的主要植被来源是被子植物的草本和木本组织以及裸子植物的草本组织，被子植物的草和叶是主要贡献者。
　　 7.所有站位的(Ad/Al)v为0.42～1.08，平均值0.67；(Ad/Al)s为0.52～5.35，平均值1.49。(Ad/Al)v和(Ad/Al)s均超过0.4，表明所有站位的木质素都经过较高程度的降解。