渤海与黄海水体和沉积物中硅的分布特征与影响因素

摘要

硅是地球上第二丰度的元素，属于海洋硅质生物生长所必需的营养物质，与海洋生物地球化学过程紧密相连，因此其在世界范围内受到广泛的关注。据统计，边缘海区占全球海洋面积的8％，但其初级生产力却占到全球海洋的1/4，有机碳的埋藏量占全球海洋的80％;渤海与黄海是中国典型的边缘海，与人类活动密切相关，对渤海和黄海的研究，特别是陆地硅输出量减少和海洋硅限制日益凸显的今天，有特别重要的意义。本文依据2012年春季与秋季两次对渤海和黄海的综合调查航次，采集了水体和沉积物样品，分析了其中的溶解硅、生物硅等参数，并结合历史数据，研究了渤海与黄海硅的区域性特征、影响因素及收支情况。主要结论如下: 1)渤海春季溶解硅的平均浓度为4.61μmol/L，秋季平均浓度为7.22μmol/L;黄海春季溶解硅的平均浓度为4.15μmol/L，秋季平均浓度为8.79μmol/L;渤海和黄海秋季溶解硅含量均高于春季(p＜0.01)。渤海与黄海的溶解硅在黄河口和长江口附近浓度较高，显示河流输入是渤海与黄海近海营养盐的重要来源。黄海中部海区底层冷水团水域溶解硅浓度显著高于周围水体，这很大程度上是由于跃层阻隔和底层物质的分解。 2) Refield比值分析显示，渤海与黄海为磷限制海区，硅限制情况较弱，但部分海区存在一定程度上的绝对硅限制。 3)春季渤海颗粒态生物硅的平均值为1.13μmol/L，黄海为0.85μmol/L;秋渤海颗粒态生物硅的平均值为3.50μmol/L，黄海为2.08μmol/L;渤海颗粒态生物硅的含量高于黄海。渤海与黄海颗粒态生物硅的分布规律与硅藻的分布规律大致相似，显示生物硅组成受到硅藻生物量的影响;秋季颗粒态生物硅和有机碳、有机氮有显著的相关性，说明他们来源有着必然的联系;来源分析显示，生物硅的主要来源是海洋浮游植物。 4)渤海与黄海表层沉积物中生物硅含量均低于1％，且低于东海和南海，属于低含量海区，这主要是受到了陆源泥沙稀释作用的影响;来源分析表明渤海表层沉积物生物硅为海洋浮游植物和陆源高等植物共同来源，海源占比重较高。 5)间隙水中溶解硅浓度范围在24.5～334μmol/L之间。在垂直分布上，渤海间隙水中溶解硅浓度混合层存在一定的波动，而积累层浓度有缓慢降低的趋势，长江口附近间隙水溶解硅表层浓度较低，下层浓度在70μmol/L附近波动，黄海海区不同站位垂直分布规律不同。 6)柱状沉积物中生物硅含量较低，除B02站个别样品外生物硅含量均低于1％，且不同站位柱状样生物硅呈现不同的分布规律。沉积物中OC/BSi(0.013～3.00)和ON/BSi(0.0011～0.39)的比值明显小于Redfield比值，说明相同条件下，有机质的分解速率远远大于生物硅的溶解速率，分解速率的差异有利于BSi在沉积物中累积。研究区域内生物硅的沉积速率介于7.7～243g/(m2/a)，其中，黄河口附近B45站沉积速率最高，黄海中部海区沉积速率较低。 7)收支计算表明:渤海与黄海硅的净输入主要来源为河流输入，约占渤海与黄海外源性硅的67.5％。但渤海与黄海硅的现存量巨大，河流输入约占渤海与黄海硅生产需求量的5.3％,其次为东海输入(2.2％)和大气输入(0.35％)。渤海和黄海沉积物向水界面输送硅酸盐的总量为68.6×109 mol/a，约占硅初级生产需求量的11.6％。生物硅在水柱内的再循环是渤海和黄海硅藻初级生产所需硅的主要来源，约为79％。黄渤海每年通过硅循环进入海底硅的量约为56×109mol/a，约占当年生物硅总量的9％，高于世界海洋硅埋藏量的平均值(3％)，这表明近海是海洋硅埋藏的主要场所。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 海洋硅循环

1．2 生物硅研究进展

1．2．1 生物硅的组成及其研究意义

1．2．2 生物硅的测定方法

1．2．3 生物硅测定的影响因素

1．3 研究区域概况

1．3．1 渤海地理概况

1．3．2 黄海地理

1．3．3 渤海与黄海硅的研究现状

1．4 研究目的

1．5 研究思路

第二章 实验部分

2．1 样品采集与保存

2．1．1 调查站位分布

2．1．2 水样的采集与保存

2．1．3 沉积物样品采集与保存

2．2 实验仪器和试剂

2．3 样品分析方法

2．3．1 沉积物有机碳、氮的测定

2．3．2 沉积物生物硅的测定

2．3．3 悬浮物生物硅的测定

2．3．4 悬浮物有机碳与有机氮的测定

2．3．5 营养盐的测定

2．3．6 铝的测定

第三章 渤海与黄海水体中硅的分布及影响因素

3．1 温度、盐度和pH的分布规律

3．1．1 温度

3．1．2 盐度

3．1．3 pH的分布

3．2 水体中溶解态营养元素的分布

3．2．1 溶解硅

3．2．2 溶解无机氮

3．2．3 溶解态无机磷

3．2．4 营养盐限制状况

3．2．5 溶解有机碳

3．3 悬浮物中生物硅

3．3．1 颗粒态生物硅的分布

3．3．2 颗粒有机碳与有机氮的分布

3．3．3 生物硅与POC与PON的关系

3．3．4 生物硅与溶解硅的关系

3．4 本章小结

第四章 渤海与黄海沉积物中硅的分布及影响因素

4．1 渤海表层沉积物

4．1．1 表层沉积物中生物硅含量

4．1．2 表层沉积物中有机碳和有机氮

4．1．3 表层沉积物中生物硅与有机碳、氮相关分析

4．2 间隙水中营养盐的分布

4．2．1 间隙水中溶解硅的分布

4．2．2 间隙水其他营养盐的分布

4．3 柱状沉积物

4．3．1 柱状沉积物中生物硅的垂直分布

4．3．2 柱状沉积物中有机碳、有机氮的分布

4．3．3 柱状沉积物生物硅与有机碳、氮的分析

4．3．4 生物硅的沉积速率

4．4 本章小结

第五章 渤海与黄海硅的收支

5．1 渤海与黄海硅的收支的计算方法

5．2 河流输入

5．3 大气输入

5．4 与东海之间交换通量

5．5 沉积物-水界面

5．6 初级生产

5．7 内部循环与埋藏量

5．8 收支模型

5．9 结论

第六章 结论

参考文献

致谢