颗粒态陆源有机物在长江和东海陆架区的迁移和埋藏——以木质素为例

摘要

本论文以木质素作为主要手段，研究了颗粒态陆源有机物在长江、长江口和东海陆架区水体和沉积物中的分布规律和迁移变化的时空特征。样品主要包括：2003年和2006年长江流域考察所采集的植物、土壤、沉积物和悬浮颗粒物样品，2003年6月到2006年10月徐六泾每月定点观测所采集的悬浮颗粒物样品，2002年9月东海陆架区调查所采集的长江口柱状沉积物样品，2003年9月东海陆架区调查所采集的悬浮颗粒物样品以及2005年8月、2006年6月和10月三个航次在长江口采集的悬浮颗粒物样品。所有样品主要进行了元素和稳定同位素分析，以及木质素参数测定；少量长江流域样品进行了木质素单体碳稳定同位素的测定。 长江流域的植物和土壤具有较强的流域特征。植物具有较宽的C/V(木质素单体中肉桂基酚类与香草基酚类的比值)vs．S/V(木质素单体中紫丁香基酚类与香草基酚类的比值)范围，不仅可以区分出被子植物和裸子植物，还可进一步分辨出单子叶植物和双子叶植物，以及湿生植物和非湿生植物。随着与河口距离的增加，土壤中木质素含量降低且降解程度增大；与北支河流的土壤相比，南支的土壤OC％较高，δ<'13>C值较正且木质素含量较高。长江流域植物和土壤的木质素单体碳稳定同位素值具有一定的差异，因此，两者可被作为流域和海洋环境中木质素来源的两个端元。 2003年长江干流悬浮颗粒物中木质素较为新鲜，而沉积物中木质素降解程度较高；从上游到下游悬浮颗粒物中木质素含量不断降低，而沉积物中木质素含量呈上升趋势。2006年长江干流中下游地区除个别站位(汉江口和鄂州)外，悬浮颗粒物中木质素降解程度增大，有机碳中木质素含量有所降低。徐六泾水体中悬浮颗粒物木质素含量随季节变化而变化，Lig8(水体中颗粒态木质素含量)与长江径流量变化同向，而∧8(有机碳中木质素含量)和∑8(颗粒物干重中木质素含量)变化与长江径流变化呈相反趋势。端元计算的结果显示，沉积物有机碳以土壤的贡献为主(40～90％)，植物的贡献从上游的接近零增加到下游的30％～60％，浮游植物的贡献很小。2003年长江干流悬浮颗粒物有机碳中土壤组分大约占一半，从上游到下游植物碎屑的贡献减少。2006年长江中下游干流悬浮颗粒物有机碳中土壤的贡献大约增加10％，并且浮游植物的贡献明显增加，而植物碎屑的贡献明显减少。徐六泾悬浮颗粒物中各端元的贡献呈季节变化，洪季土壤的贡献增多，可达50～60％，植物碎屑的贡献很小或者没有；枯季时植物碎屑的贡献增加，最大可达60﹪；浮游植物的贡献平均为30～40﹪，在2004年9月到2005年5月期间猛增。其年际变化显示悬浮颗粒物中土壤贡献减少而植物碎屑贡献增加。粒度是影响颗粒物上陆源有机物组成的主要控制因素。水库建设、季节改变和气候变化通过改变长江径流量，重新分配悬浮颗粒物上不同粒径颗粒的组成来调节颗粒态陆源有机物在长江中的输送和埋藏。对2003年到2006年长江输送的颗粒态木质素入海通量的估算显示颗粒态木质素入海年通量大约在300×10<'2>吨到160×10<'2>吨，与长江径流量和输沙量有一定相关性。长江口区域悬浮颗粒物中木质素含量在口门内外最高，沿向海方向递减。2005年8月和2006年6月在长江北部区域颗粒态木质素含量也较高，而2006年10月长江北部颗粒态木质素含量降低，这与不同季节长江输送的径流量变化有关。木质素含量Lig6在表层水体中要高于底层水体，而Λ6和Σ6却是底层水高于表层水，表明海水中木质素具有较强的抗降解能力。悬浮颗粒物浓度TSM是影响木质素含量Lig6的重要因素。盐度与Lig6具有较好的相关性，因此可以利用木质素示踪陆源有机物的迁移。计算可知，长江口口门区域陆源贡献最大，口门外陆源贡献迅速减少。2006年6月陆源有机物扩散与2005年8月相似，从口门向北以及东南方向都有分布，从口门的30﹪至124°E减少为8﹪。2006年10月陆源有机物影响区域明显缩小至长江口以南近岸区域，在123.5°E即降低至8﹪。长江径流量的大小和最大浑浊带是影响陆源有机物向海迁移的主要因素。 对长江口柱状沉积物中木质素特征的研究发现，该沉积物可以较好的反映长江流域近五十年的径流输沙变化和人类活动的信号。长江径流量是控制颗粒态陆源有机碳向海输送和埋藏的主要因素，上世纪80年代起长江输沙量由于人类活动干扰而改变，也使得沉积物中的信号无法继续反映其真实变化。 东海陆架区水体中颗粒态木质素含量Lig6的变化不仅与长江冲淡水有关，近岸区域还受到潮周期的影响，远岸区域则受台湾暖流、黑潮等的影响，北部则会受到黄海冷水团和对马暖流的干扰。一般来讲，随离岸距离增大，水体中木质素含量Lig6减少。2003年9月航次中在离岸220km处，Lig6值即减少为当月徐六泾值的15﹪以下，差不多接近长江冲淡水对陆源有机物输送的最远距离。总体来讲，东海区域主要受长江冲淡水、黑潮和黄海冷水团的影响，这些水体的物理化学性质，包括木质素特征各不相同。

目录

文摘

英文文摘

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第1章综述

1.1.陆源有机物在河口和陆架区的迁移和埋藏

1.2.陆源有机物向海输送的研究方法

1.3.木质素的示踪研究

1.4.本论文研究目标和主要内容

第2章研究区域概况

2.1.长江流域

2.2.长江口

2.3.东海

第3章长江流域植物和土壤的木质素特征

3.1.前言

3.2.材料与方法

3.3.结果

3.4.讨论

3.5.结论

第4章颗粒态陆源有机物在长江中的迁移特征和季节变化

4.1.Iintroduction

4.2.Materials and Methad

4.3.Results

4.4.Discussion

4.5.Conclusion

第5章颗粒态陆源有机物在长江口的迁移

5.1.前言

5.2.样品采集和分析方法

5.3.结果分析

5.4.讨论

5.5.结论

第6章长江口柱状沉积物中陆源有机物的埋藏

6.1.前言

6.2.样品采集和实验方法

6.3.结果分析

6.4.讨论

6.5.结论

第7章颗粒态陆源有机物在东海陆架区水体中的迁移

7.1.前言

7.2.研究区域和方法

7.3.结果

7.4.讨论

7.5.结论

第8章总结

8.1.颗粒态陆源有机物在长江和东海陆架区的迁移埋藏特征和通量估算

8.2.回顾与展望

8.3.结语

参考文献

附录1主要缩略词

附录2硕士期间论文发表和参加学术活动情况

致谢