天然海藻场沿岸表层沉积物有机质的分布特征与来源

海藻场是生物多样性最高的生态系统之一,其内部的沉积物有机质是支撑海藻场生物多样性的重要物质基础之一。本研究以浙江省嵊山岛北部无人村沿岸的天然海藻场为研究对象,在大型海藻凋落期6~8月采集沉积物和端元生物样本,分析了沉积物样本的粒径组成、总有机碳(TOC)、总氮(TN)、碳氮比值(C/N)和碳氮稳定同位素(δ^(13)C和δ^(15)N),通过贝叶斯稳定同位素混合模型评估了沉积物有机质的来源及变化规律。结果显示,1)海藻场沿岸沉积物中粉砂占比最大,砂的占比最低,沉积物类型为黏土质粉砂;2)沉积物TOC、TN、C/N、δ^(13)C和δ^(15)N范围分别为0.70%~2.41%、0.11%~0.41%、5.53~6.48、–21.79‰~–19.60‰和1.56‰~4.26‰,在空间分布上,TOC与TN均随离岸距离增加而下降;3)沉积物粒径组成、C/N比值、δ^(13)C和δ^(15)N之间的关系显示沉积物有机质主要来源于大型海藻和浮游植物的混合贡献;4)根据贝叶斯同位素混合模型计算结果显示,大型海藻对沉积物有机质贡献率在2.30%~45.60%,在空间分布上,大型海藻对沉积物有机质的贡献率随离岸距离增加而下降;5)海藻碎屑产生量和沉积物有机碳沉积量评估结果显示,大型海藻产生的碎屑有机质中有11.98%进入海藻场及沿岸海域的表层沉积物中。本研究为评估海藻场碎屑的产生规模和时空分布,以及渔业资源养护功能提供了数据支撑。

多方法研究呼伦湖表层沉积物有机质的赋存特征及来源

湖泊沉积物有机质是全球碳循环的重要组成部分之一.寒旱区湖泊由于地理位置和气候条件的特殊性,其沉积物有机质的赋存和迁移转化特征更容易受到气候变化的影响.以我国寒旱区典型代表湖泊——呼伦湖为例,采用连续提取法、C N(碳氮比值)、δ13 C(碳稳定同位素)、三维荧光光谱技术对呼伦湖表层沉积物有机质的含量和组分的时空分布特征、污染来源及稳定性进行了研究.结果表明:①2018年10月(秋季)、2019年3月(冬季)、2019年5月(春季)、2019年7月(夏季),呼伦湖表层沉积物中w(TOC)的平均值分别为(25.05±9.73)(26.92±11.60)(24.68±10.19)(24.36±10.01)g kg,呈冬季高、夏季低,由西北部向东南部递减的时空分布趋势.②w(WEOM)(WEOM为水提态有机质)、w(FA)(FA为富里酸)、w(HA)(HA为胡敏酸)和w(HM)(HM为胡敏素)的年均值分别为(0.63±0.33)(2.31±1.26)(3.42±1.49)(19.21±7.83)g kg,w(WEOM)∶w(FA)∶w(HA)∶w(HM)为1.0∶3.7∶5.5∶30.7,其中HM为有机质的优势组分.③WEOM包括类富里酸组分C1,类腐殖酸组分C2和C3,以及类色氨酸组分C4共4个荧光组分,其中,类腐殖质组分(C1+C2+C3)贡献了总荧光强度的79.2%,为优势荧光组分.④沉积物有机质主要来自于陆源,陆源有机质的平均贡献率在80%左右.⑤沉积物PQ值(胡敏酸占腐殖酸的比例)和WEOM的HIX(腐殖化指数)年均值分别为0.55和6.39,表明现阶段呼伦湖表层沉积物有机质腐殖化程度较高且相对稳定.研究显示:呼伦湖表层沉积物有机质含量较高,表现出季节和空间分布差异性;有机质主要来自陆源,以类腐殖质为主,具有腐殖化程度高和相对稳定的特点.

呼伦湖表层沉积物有机质的释放效应分析

沉积物有机质是湖泊物质循环的重要组成部分之一,研究沉积物有机质的赋存和迁移转化特征对于湖泊生态保护具有重要意义.以位于我国寒旱区的蒙新湖区典型代表湖泊——呼伦湖为例,利用连续提取法、三维荧光激发发射矩阵光谱-平行因子法(EEMs-PARAFAC)和碳稳定同位素(δ^(13)C)、碳氮比值(C/N)指标测定,并结合室内模拟试验,研究了呼伦湖表层沉积物有机质的赋存特征、释放效应及影响因素.结果表明:①呼伦湖表层沉积物有机质含量在26.67~38.09 g/kg之间,其主要组分为胡敏素(HM),HM占沉积物有机质的相对比例为74.1%.沉积物有机质主要来自于陆源,陆源相对贡献率在80%左右.②沉积物室内静态释放模拟试验结果表明,沉积物有机质释放会导致上覆水中溶解性有机质(DOM)浓度和组分均发生改变,上覆水中溶解性有机碳(DOC)浓度由30.85 mg/L升至37.57 mg/L,类腐殖质组分所占比例升高.沉积物有机质释放还导致上覆水中氮磷浓度升高,其中溶解性总氮(DTN)和溶解性总磷(DTP)的浓度分别升高了0.89和0.16 mg/L.③近年来,呼伦湖流域温度升高,导致呼伦湖沉积物有机质的释放效应增强.研究显示,虽然呼伦湖沉积物有机质主要以难降解组分为主,但是其释放效应对水体碳、氮、磷浓度的影响仍然不容忽视.

沉积物有机质的形成温度对苯并[a]芘吸附解吸的影响

通过静态吸附实验,研究了不同燃烧温度形成的沉积物有机质对苯并[a]芘(BaP)的吸附解吸行为。结果表明,当燃烧温度从0℃升高到400℃时,吸附非线性指数n值从0.544降低到0.299。然而,沉积物有机质形成温度的升高增加了BaP的吸附能力和解吸滞后性。当燃烧温度升高到600℃时,样品中脂肪结构、极性结构和大部分芳香结构被燃烧掉,主要剩下矿物组分。因此,T600样品对BaP表现出高的n值、低吸附能力和吸附不可逆性。单一浓度下有机碳标化的吸附能力参数lgKoc值与芳香碳含量显著正相关(p<0.001),而与样品的H/C原子比显著负相关(p<0.001)。样品的芳香碳含量与BaP的解吸滞后指数(H)(p<0.01)和n值(p<0.000 1)均表现出很好的负相关关系。以上的结论说明,芳香碳在BaP的吸附非线性、吸附能力和解吸滞后性中起主要作用。

37ka以来日本海沉积物有机质碳和氮稳定同位素变化及其古海洋学意义

海洋沉积物有机质碳氮稳定同位素(δ^(13)C、δ^(15)N)广泛用于有机质来源示踪、古生产力和古海洋环境重建。日本海沉积物δ^(13)C和δ^(15)N值一个显著特征是在末次冰盛期(LGM)同步负偏,但是对这一现象产生的原因以及他们的演化过程的认识仍然存在明显不足。在本研究中,我们详细调查了37 ka以来日本海中部LV53-23-1岩心沉积物δ^(13)C和δ^(15)N演化历史。结果显示,沉积物δ^(13)C和δ^(15)N分别介于-26.3‰至-22.5‰和1.6‰至6.1‰,低值出现在LGM(26.5~17 ka)暗色层状泥发育时期,指示较强的陆源输入贡献。在Heinrich冰阶1时期(17~14.5 ka),δ^(13)C和δ^(15)N快速正偏,表明日本海海洋环境发生了明显的转换,对应于对马海峡淹没及对马暖流入侵。14.5 ka之后,沉积物δ^(15)N值恢复到5‰,与开阔大洋海水硝酸盐的δ^(15)N值近似。我们采用二端员混合模型粗略地估算了有机质来源的相对贡献。LGM时期陆源有机质贡献介于65%至80%,14.5 ka以后海源有机质贡献介于60%至80%。除了增加的陆源有机质贡献以外,LGM时期沉积物δ^(15)N亏损还涉及如下过程:(1)较高的含Fe沙尘供给提高日本海表层海洋生物固氮效率;(2)缺氧环境盛行减弱成岩作用对沉积物δ^(15)N影响。37 ka以来,日本海沉积物δ^(13)C和δ^(15)N变化与有机质来源、营养盐的供给、表层生产力和沉积物氧化还原条件相关,实际受海平面和全球气候制约。

淮南采煤沉陷区积水区沉积物有机质的分布特征

本论文选取淮南潘谢矿区东部潘集,中部的顾桥,西部谢桥矿的三个塌陷水域为研究对象,采集柱状沉积物样品并分层对其有机质含量进行了分析。有机质分析采用分光光度法。潘集塌陷水域沉积物中有机质的含量范围为0.98~4.24%,平均值为2.04%;顾桥塌陷水域沉积物中有机质的含量范围为1.4~2.2%,平均值为1.73%;,谢桥塌陷水域沉积物中有机质的含量范围为1.2~1.8%,平均值为1.47%。总体上,自表层而下,有机质含量呈减小的趋势。本研究结果可以为水域的营养元素迁移转化,水域的管理,生态恢复实践提供重要的参考。

古环境研究中湖相沉积物有机地球化学的应用

湖相沉积形成于湖泊,是具有湖泊环境下的原生沉积特征的沉积物,主要受到气候、雨量、蒸发量、温度等作用影响,另外进入湖盆的碎屑物数量和类型也随着河流流量的季节而变化。湖相沉积物的有机质在组成上大致可分为干酪根和可溶有机物两类,而在来源上可分为外源有机质和内源有机质两类。湖相沉积物有机质所包含的古环境信息包括第四纪湖相沉积物有机质信息集成岩后湖相沉积物有机质信息两种。

洱海入湖河口湿地干湿季沉积物氮、磷、有机质垂向分布特征及污染风险差异性

以云南洱海罗时江河口湿地为典型对象,利用柱状底泥分层采样器采集罗时江河口湿地表层(0~10 cm)、中层(10~30 cm)和底层(30~60 cm)沉积物样品,分析干、湿季沉积物总氮(TN)、总磷(TP)、有机质(OM)垂向分布特征,并对沉积物进行污染风险评价.结果表明:1干季罗时江河口湿地表层、中层和底层沉积物TN平均含量分别为1.734、1.453和1.255g·kg^(-1),TP平均值分别1.085、1.034和0.992 g·kg^(-1),OM平均值分别为59.051、47.730和42.133 g·kg^(-1);湿季罗时江河口湿地表层、中层和底层沉积物TN平均含量分别为1.147、0.948和0.895 g·kg^(-1),TP平均值分别0.599、0.523和0.519g·kg^(-1),OM平均值分别为53.098、46.897和43.395 g·kg^(-1);干、湿季各指标含量垂向分布随沉积深度的增加呈下降趋势,表层富集明显;三层沉积物各指标含量均为干季高于湿季,且除OM外,TN和TP均达到显著差异(P<0.01).2单因子指数(PI)、有机氮指数(ON)和有机指数(OI)评价结果表明,整体上干季沉积物氮磷属于重度污染,有机质属于中度污染;湿季沉积物氮和有机质均为中度污染,磷为轻度污染;总体上沉积物氮、磷、有机质污染水平为干季高于湿季,且干、湿季各污染指数均为表层最高,中层次之,底层最低,表层污染最为严重.3干、湿季罗时江河口湿地污染来源存在差异,干季以外源为主,湿季以内源为主;干季沉积物营养盐潜在释放风险较湿季大,且以表层释放风险最大.

长江重庆段主城水体沉积物溶解性有机质(DOM)的光谱特性

应用荧光发射光谱、荧光激发-发射光谱矩阵(EEMs)结合紫外-可见光吸收光谱对长江重庆段主城水体沉积物溶解性有机质(DOM)的光谱特性进行了研究。通过应用吸收指数E2/E3、荧光指数f450/f500和三维荧光光谱特征指纹等参数,对长江重庆段主城水体沉积物溶解性有机质(DOM)的来源、组成和空间分布规律进行了探讨。结果表明:沉积物溶解性有机质以类胡敏酸为主,其他的类富里酸、水体微生物代谢物质和类蛋白物质均有检出,陆源输入为水体沉积物溶解性有机质(DOM)主要来源,并且荧光强度在空间分布上呈现先升高后降低再升高的趋势。

异龙湖草型-藻型稳态转换的有机碳氮及其同位素源解析

湖泊稳态转换导致湖泊由清水态向浊水态转变,不仅削弱湖泊生态系统功能和服务,同时会对湖泊有机质来源组成及碳氮循环过程产生显著影响。本研究采集了异龙湖20根短钻岩芯,对沉积物有机质的碳氮稳定同位素及C/N值进行测定,根据指标变化模式并结合前人研究结果,识别了异龙湖稳态转变前后草型阶段和藻型阶段两个时期。结果显示,沉积物δ^(15)N值较低(2.50‰±1.42‰),与化肥氮同位素信号相近,表明长期的农业面源污染是导致异龙湖水体富营养化的主要原因。近百年来异龙湖从草型清水态向藻型浊水态的转变过程中,呈现碳同位素信号偏负、C/N值较低的藻源性有机质来源占比升高而水生维管束植物(δ^(13)C偏正,C/N值较高)来源降低的演变过程。进一步运用MixSIAR贝叶斯混合模型对异龙湖草型、藻型两个时期有机质来源的定量分析表明,浮游植物贡献率从草型湖泊阶段的26.69%±4.38%上升到藻型湖泊阶段的41.91%±5.03%;而沉水植物贡献率则由16.10%±6.26%下降到2.89%±1.09%。此外,较高的陆源有机质占比(草型:39.6%±3.5%,藻型:37.3%±3.4%),可能与较大的异龙湖流域与湖泊面积比(11.63)以及流域土地利用类型改变导致的地表侵蚀速率上升有关。草型和藻型阶段中挺水植物的相对贡献率没有显著差异(17.60%±1.87%和17.93%±1.62%),指示浅水湖泊湖滨带挺水植物分布广泛,受水体营养水平的影响较小;同时挺水植物纤维素含量高、降解速度慢,更容易在沉积物中保存,成为沉积物有机质的重要来源之一。湖泊生态系统稳态转换过程中有机质来源的定量研究有助于精准甄别不同有机质贡献情况,为制定湖泊管理策略与实施评估提供帮助,为生态修复提供理论支撑。

春季北黄海辽东半岛东部邻近海域溶解甲烷的分布、影响因素及海-气交换通量

本文基于2022年5月现场调查,研究了北黄海辽东半岛东部邻近海域溶解甲烷(CH_(4))的分布、影响因素及海-气交换通量。结果表明,该海域溶解CH_(4)浓度为3.2~11.2 nmol/L,饱和度为103%~364%,高值区位于鸭绿江口近岸海域,随着河口向海延伸,表层海水溶解CH_(4)浓度逐渐减小,而底层海水溶解CH_(4)浓度升高;鸭绿江冲淡水的输入致使近岸海域溶解CH_(4)浓度显著升高,而沉积物有机质降解使得离岸海域底层海水溶解CH_(4)浓度升高;该海域海-气CH_(4)交换通量为0.7~61.1μmol/(m^(2)·d),是大气CH_(4)的源,近岸海域显著高于离岸海域。鸭绿江冲淡水的输入即使在平水期(5月)已经对邻近海域溶解CH_(4)的影响非常显著,因此,河口等近岸海域海-气CH_(4)交换通量的研究对于评估我国陆架边缘海对大气CH_(4)的贡献至关重要。