北极王湾2010年夏季水体营养盐分布及影响因素

王湾海域位于北极斯瓦尔巴群岛西北侧,其水体特征主要受到北极冰川与大西洋的共同影响。为了研究冰川融水与大西洋水对王湾营养盐分布以及生态系统的影响,在2010年夏季黄河站考察期间,对王湾海水与地表径流进行采样分析,并测定了营养盐和叶绿素a。结果表明:2010年夏季王湾是大西洋水影响较弱的年份,以低温低盐高营养盐的本地变异水为主导。2010年7月王湾水体可以划分为4个水团,表层水(SW)、中层变异水(TIW)、本地变异水(TLW)和大西洋变异水(TAW),其中,表层水与中层变异水营养盐浓度较低,随着深度增加,本地变异水与大西洋变异水营养盐浓度都较高。大西洋变异水主要影响200m以深水柱,其营养盐浓度低于本地变异水影响的底部值,本地变异水中营养盐浓度的增加主要来自于颗粒物中营养盐的再生。表层水主要来源于地表径流与冰川融水,这些淡水输入与浮游植物的初级生产作用共同决定了表层水的营养盐浓度水平及结构。本地变异水中在水深100m上下出现的铵盐高值可能与浮游动物和/或微生物的代谢过程有关。

近岸海域^(226)Ra的时空变化与海底地下水排泄(SGD)估算

海底地下水排泄(submarine groundwater discharge,SGD)是沿海地区陆地物质向海洋输送的重要途径,中国具有漫长的海岸线,准确地评估我国沿海地区的SGD及其对沿海海洋生态环境的潜在影响具有重要的理论与实践意义。本文以浙江舟山朱家尖海湾为研究区域,通过冬、夏两季地下水和海水的同步采样分析,在研究地下水和海水中镭(226Ra)时空变化的基础上,利用226Ra的质量平衡原理,估算了研究区内SGD的通量为2.40×105～2.30×106 m3/d,根据12月份枯水期推算的全年保守通量为8.64×107～8.28×108 m3/a,另外,根据年平均降水量等水文参数估算的氮、磷和硅营养盐年平均的入海通量分别为3.256 t/a、0.029 t/a和52.775 t/a。

海底地下水排泄及其对沿海海域生态环境的潜在影响

海底地下水排泄(SGD)是海岸带陆海相互作用的一个重要的自然过程.系统介绍SGD的发生过程及其定量测定的方法,并通过水文计算和野外调查,在估算了区域海底地下水排泄量和分析了海水与地下水中氮、磷、碳等营养物质差异的基础上,讨论了SGD对近海海域生态环境的潜在影响,这对正确区分近岸海域营养物质的来源和认识中国沿海水域频繁发生的赤潮藻暴发性增殖事件的原因,具有重要的理论和实践意义.

绿素对西北冰洋海源有机碳埋藏的指示意义

依托于2003年第2次北极科学考察航次,对西北冰洋25个表层沉积物样品用高效液相色谱仪（HPLC）进行绿素（chlorin）分析。结果显示,绿素含量值为0.04~125.29μg/g,平均18.92μg/g,远高于世界其他海域。楚科奇海陆架区绿素含量高,表明整体具有高的生产力。高营养盐的阿纳德尔流和白令海陆架流的输入促进了浮游植物的生长,加大了海源有机碳在楚科奇海陆架区的沉积,也加大了沉积绿素的输入。加拿大海盆区绿素含量低,主要因为海盆区营养盐含量低,加上海冰覆盖（光限制）,藻类生产力低;另一个因素是,海盆区水深较大,绿素在沉降过程中更容易降解,不易保存在沉积物中。通过上层水柱中叶绿素积分与表层沉积绿素的对比也可以看出,陆架区的生物量普遍高于海盆区。由于时间尺度的不同,楚科奇海上层海洋叶绿素分布（代表瞬时）和表层沉积绿绿素分布（代表几年至十几年平均）存在空间差异。而总有机碳归一化处理后的绿素与有机碳的比值,则与海源有机碳的百分含量有较好的相关性。经过归一化以后的沉积绿素与有机碳比值可以为长时间尺度下北冰洋上层海洋生态环境变化提供重要的信息。

长江口及东海海域大气气溶胶中水溶性离子的分布特征

2006年夏季、冬季和2007年春季、秋季在长江口及东海海域进行了大面积走航采样,通过离子色谱法分析了气溶胶中主要水溶性离子的质量浓度,探讨了其季节变化和海域分布。分析结果表明,K+和Ca2+季节变化显著,海域分布呈现近岸高外海低的趋势,Na+和Mg2+海域分布差异显著;NH4+-N,NO3--N和SO42--S的春、冬季节平均含量明显高于秋、夏季节,主要是由于春、冬季节盛行西北风,陆源物质大气输送明显;春季和冬季的甲基磺酸平均含量明显高于其他季节;苏北海区、长江口海区、杭州湾海区、舟山群岛海区和东海外海海区上空大气气溶胶中NO3-/nss-SO42-比值的全年平均分别为0.79,0.83,0.81,0.68和0.51,对比前人研究结果NO3-/nss-SO42-比值呈上升趋势。总体而言,陆源物质的大气输送和干、湿沉降导致长江口及东海海域大气气溶胶的化学组成呈现出明显的季节变化和陆源特征。

象山港水体的磷酸盐及其对赤潮的潜在影响

根据2012年5月和2017年10月在象山港海域的调查结果,研究了象山港磷酸盐的来源、分布和消耗。磷酸盐浓度在两次的调查中均呈现由港顶向湾口逐渐降低的趋势,说明港顶区有较高浓度磷酸盐的输入,可能主要来自生活污水和海水养殖。磷酸盐、硝酸盐和盐度在象山港外湾的分布特征说明长江和钱塘江是外湾水体磷酸盐的一个重要来源;此外,磷酸盐、硝酸盐和盐度在牛鼻山水道和佛渡水道的差异分布说明,陆地径流可能经由佛渡水道向象山港贡献了一部分的磷酸盐。内湾水体的磷酸盐分布受控于内外湾水体混合和浮游植物的同化作用,磷酸盐在水体停留时间较长的内湾发生了明显的消耗,相比于保守混合模型的估算值,磷酸盐在象山港内湾中的净消耗比例在2012年5月和2017年10月分别约为20%和9%。2017年秋季观测到的磷酸盐浓度[(1.88±0.31)μmol/L]与2002-2005年在同季节观测到的结果相比增加超过了50%,N/P值下降明显,这一变化可能会导致象山港内引发藻华的藻类种群发生变化,同时也可能会引发更为严重的赤潮。

白令海及西北冰洋有机质来源与新鲜程度的脂肪酸指示

白令海、西北冰洋等高生产力海域在北冰洋“生物泵”中起到重要作用;海水升温、海冰消退等北极快速变化,将强烈影响该海域“生物泵”的结构与规模,并在沉积物中有机质的来源与新鲜程度上有所体现,可用脂肪酸加以指征。对第五次、第六次中国北极科学考察在以上海域采集的表层沉积物进行脂肪酸含量(以沉积物干重计)及组成分析,结果显示楚科奇海陆架总脂肪酸含量非常高((97.15±55.31)μg/g),白令海盆最低((15.00±1.30)μg/g),加拿大海盆、楚科奇海陆坡、白令海陆架居中(分别为(88.65±3.52)μg/g,(70.35±11.32)μg/g与(38.28±14.89)μg/g)。海源脂肪酸占总脂肪酸比例最高(86.82%±7.08%),陆源次之(8.45%±6.62%),细菌最低(4.63%±2.24%);硅藻指数(16:1ω9/16:0)在楚科奇海陆架(>0.82)、白令海陆架边缘(>0.65)较高,其他区域均较低。脂肪酸结果表明:(1)该海域沉积有机质主要来自海源,陆源贡献小;在北部、南部楚科奇海陆架、白令海陆架边缘,硅藻生物量占主要优势;细菌脂肪酸比例显著低于温暖海域,指示低温抑制细菌活动。(2)楚科奇海陆架区硅藻生产力高、细菌活动弱,新鲜有机质沉降效率高,但对未来海水升温、浮游植物群落变化也较为敏感。(3)加拿大海盆、楚科奇海陆坡的浮游植物群落由绿藻与金藻主导。以上结论说明脂肪酸可指示表层沉积物中有机质的来源与新鲜程度;未来,脂肪酸有望进一步揭示北冰洋“生物泵”对北极快速变化的响应。

夏季洪水对长江口及邻近海域颗粒有机碳分布与来源的影响

基于2020年7月洪水期间采集的长江口及邻近海域的温度、盐度、总悬浮物(Total Suspended Matter,TSM)质量浓度、颗粒有机碳(Particulate Organic Carbon,POC)质量浓度和颗粒有机碳稳定同位素(δ^(13)C_(POC))等数据,分析了洪水事件对该区域POC分布与来源的影响。结果显示,研究区域内POC和盐度呈显著负相关(r^(2)=0.41,p<0.01),与TSM呈显著正相关(r^(2)=0.92,p<0.01),表明咸淡水的混合是影响POC分布的重要因素。研究区域东北部表层海水POC质量浓度局部升高,并且δ^(13)C_(POC)值显示为海源信号,表明浮游植物生产是影响该海域POC分布的另一重要因素。此外,由于高径流量形成的稀释效应,洪水事件会降低陆源输入的POC质量浓度,研究区域东南侧偏轻的δ^(13)C_(POC)也表明,洪水事件会扩大陆源POC在东海的影响范围。

象山港水体的磷酸盐及其对赤潮的潜在影响

近些年来,受人类活动的影响,过量的营养盐(主要是N、P)被输入到河口和近岸水体中,导致河口和近岸水体富营养化,藻类及其他浮游生物大量繁殖(赤潮)。藻类和这些生物死亡后,细菌会分解这些生物有机体,导致水体溶氧量下降,鱼类及其他生物由于缺氧而大量死亡。鉴于富营养化给水体环境带来的危害,水体富营养化已经成为全球关注的重大环境问题之一。

北极快速变化对北冰洋碳汇机制和过程的影响

北冰洋是全球海洋碳循环研究的关键地区之一,其独特的地理位置决定了它是开展海陆统筹研究碳汇的一个绝佳的场所:地形相对封闭,边缘有世界上最大的陆架区,外围有广袤的陆地冻土层和大河输入.近年来,由于全球变暖、海冰消退、北极快速变化所引起的一系列大气、冰雪、海洋、陆地和生物等多圈层相互作用过程的改变,已经对北极地区碳的源、汇效应产生了深刻影响.这种变化不仅体现在由于陆地冻土圈变化所引起的甲烷和二氧化碳释放,而且,随之而来的海水层化、混合和环流变化,陆源有机碳和营养物质入海通量的增加,改变了海洋二氧化碳"物理泵"、"生物泵"和"微型生物碳泵"作用的强度、方式,以及海洋原有的海洋碳储库构成,很可能会对全球海陆碳源汇格局产生重要影响.本文主要从北极快速变化所引起的海洋生物泵过程和陆地碳输入的变化来讨论全球变暖对沉积碳埋藏的影响.

污泥干化使重金属形态变向稳定的原因分析

在模拟条件下对不同类型污泥进行连续干化,研究了不同干化温度下污泥重金属存在形态的分布特征.同时,通过测定污泥含水率、密度、温度和电导率等物性参数,分析了污泥干化过程重金属形态向稳定态转变的原因.结果表明,污泥中重金属存在形态的分布特征因污泥类型及来源不同而具有明显的差异;污泥干化过程可以使酸溶态、可还原态和可氧化态重金属向残渣态重金属转变;干化过程中污泥物性的改变和部分有机质和硫化物的分解是引起污泥重金属存在形态发生变化的主要原因.研究结果对于深入了解污泥中重金属的环境地球化学行为具有重要的理论意义,同时还可为污泥无害化、减量化和资源化的最终处理提供科学依据.

冬季风输送大气颗粒物与东海赤潮的潜在关系

将大气科学的数值诊断与生物地球化学方法相结合,在深入研究2005～2006年春夏季东海赤潮事件与气溶胶时空关系并对两个测点大气颗粒物(TSP)连续监测的基础上,建立了季风与东海赤潮的潜在关系模型.结果表明,在研究年内东海的每一次赤潮均与随气流下沉的、来自西北(冬季风的方向)的气溶胶密切相关,杭州和天台两地TSP中元素丰度与当地土壤背景有较大差异,表明大气颗粒主要由冬季风带入,大气颗粒物中铁和磷的含量呈显著相关性,它们主要存在于颗粒间的胶结物中,赤潮藻对铁和磷限制性吸收与光照强度有关.这些研究结果为揭示东海赤潮频发机理提供了新的信息,也为通过监测来自西北的气溶胶和垂直气流来预警预报东海赤潮提供了科学依据.

碘的生物地球化学迁移及其定量模式

揭示碘的环境与生物地球化学行为对建立人体科学补碘方法具有关键性意义.在盆栽和模拟条件下,应用同位素(125I)示踪技术,通过淋溶试验和青菜吸收碘的实验,在系统研究碘的生物地球化学转移特征及其影响因素的基础上,建立了碘生物地球化学迁移的定量模式.结果表明:作物可以吸收土壤外源碘,并通过根系将大部分碘输送到茎和叶,作物吸收碘的程度除了受土壤外源碘含量的控制外,还受土壤对碘吸附能力的影响;土壤中碘的淋失量大小决定于土壤对碘的固定能力以及淋溶液的酸碱度,而与淋溶水量的大小无关;土壤和植株中的部分碘可以挥发释放到空气中去,土壤和植株的含碘量越高,碘的释放量也就越大,这些研究结果为开辟生产化防治碘缺乏病(IDD)的新途径提供了重要的科学依据.

长江河口区悬浮颗粒物中十六烷酸和十八烷酸的氢同位素

类脂生物标志物氢同位素可以示踪水文环境过去的变化.近年来的研究表明微藻类脂化合物的生物标志物有定量重建环境水氢同位素值(?D)和盐度的潜力.本研究中,我们沿长江河口区盐度梯度采集了7个表层悬浮颗粒物样品,并测定了其中脂肪酸的氢同位素值.结果表明,环境水的?D值与盐度高度相关,与在其他河口区的结果一致.在长江河口区,十六烷酸和十八烷酸的?D值与水的?D值有正相关关系.但是,脂肪酸相对于环境水的氢同位素分馏程度随盐度的增加而升高,与藻类培养和其他现场调查的结果相反.脂肪酸氢同位素分馏随盐度增加而升高可能与光可利用性有关,也可能与长江河口区脂肪酸有多种来源有关.

晚更新世北极楚克奇陆架边缘有机碳的差异埋藏

有机碳埋藏是评价北冰洋碳封存能力的关键因素,但其在轨道时间尺度上的埋藏特征目前还存在很大的争论.通过分析楚克奇陆架边缘M04孔和周边表层沉积物中总有机碳、稳定碳同位素和生物标记物等指标,进一步探讨了晚更新世楚克奇陆架边缘有机碳的组成、来源、埋藏速率及其与周边冰盖的协同演化.结果表明,陆源有机碳是楚克奇陆架边缘有机碳埋藏的主体,且在冰期‒间冰期旋回中表现出了显著的差异性,间冰期(MIS1和MIS3)埋藏速率低,冰期(MIS4和MIS2)埋藏速率急骤升高.结合楚克奇陆架边缘的地貌特征和沉积环境,东西伯利亚冰盖(ESIS)的扩张和冰下排水系统的输运可能是陆架有机碳二次搬运、并在陆架边缘高速埋藏的主要控制因素.M04孔的沉积记录为梳理北冰洋有机碳的埋藏特征提供了新的视角,进一步揭示了高速沉积区有机碳埋藏的驱动机制,有助于客观评价北冰洋碳埋藏对全球碳封存的推动作用,但仍需要更多、特别是来自北极加拿大一侧的数据才能有效刻画北冰洋碳埋藏与气候转型之间的耦合关系.

楚科奇海百年尺度冻土有机碳的埋藏及其对气候变化的响应

在全球变暖的背景下,北极出现了冻土退化、夏季海冰减少、陆地径流输入增加和沿岸侵蚀加剧等一系列变化。随着全球变暖,封存于冻土中的有机碳(Organic Carbon,OC)正在向海加速迁移和释放,这将影响北冰洋的碳循环的格局,但目前鲜有证据能直接证实这一推论。本文通过分析楚科奇海两根百年尺度沉积岩芯的木质素和碳同位素,讨论了其所埋藏的有机质的来源和剖面变化情况。结果显示楚科奇海柱状沉积物中的有机碳来源于陆生C3植物的草本组织和海洋源生产的混合贡献;沉积物中木质素的绝对含量Σ8呈现上升趋势,证明随着全球变暖,更多的陆源物质被输运到楚科奇海。本研究表明人类活动引起的全球变暖确实增加了冻土有机碳向海的迁移,陆源输入增强导致的木质素含量增加是百年尺度下全球变暖导致冻土融化增强的直接证据。