（海洋化学专业论文）秋冬季黄东海悬浮颗粒物部分化学组成的分布特征及其影响因素.pdf

秋冬季黄东海悬浮颗粒物部分化学组成的分布特征 及其影响因素 摘要 中国东部陆架边缘海具有特殊的地域特征及水动力条件，水体颗粒物及沉积 物具有陆源和海源双重特性。通过分析悬浮颗粒物的化学组成，可以了解物质“源 汇”效应及有关影响因素的一些信息。为了了解黄东海水体中悬浮颗粒物的化学 组成及其分布特征，对秋冬季黄东海表层海水悬浮颗粒物中部分化学组分进行 析。表层海水悬浮颗粒物样品分别采自2 0 0 7 年1 2 月和1 1 月“东方红2 一科 学考察船在黄东海海域两个航次的海洋调查研究，对悬浮颗粒物中碳酸钙、有机 碳、生源硅进行了分析，研究了秋冬季黄东海表层海水悬浮颗粒物中碳酸钙、有 机碳、生源硅含量及分布特征。主要结果如下： ( 1 ) 冬季黄东海表层海水中悬浮物含量范围为0 2 1 1 7 8m g l ，平均值为 9 8m g l ；颗粒碳酸钙含量范围为0 0 0 0 8 - - - 7 6m g l ，平均值为0 6m g l ；颗粒 有机碳含量范围为8 7 - - - , 1 0 3 6 比g l ，平均值为1 0 1 比e , l ；颗粒生源硅含量范围为 0 2 - 8 1p m o l l ，平均值为1 4 l m o l l 。冬季黄东海表层海水悬浮物含量呈现长 江口以北海域较高：碳酸钙含量为济州岛西南部较高，其它海域较低；颗粒有机 碳和颗粒生源硅含量的分布较一致，呈现为沿岸较高、向外海降低的趋势，其中 以长江口以北海域为最高。 ( 2 ) 秋季黄东海表层海水中悬浮物含量范围为0 1 - - 6 8 。6m g l ，平均值为 5 3m s l ；颗粒碳酸钙含量范围为0 0 0 2 - 4 0m g l ，平均值为o 4r a g l ；颗粒有 机碳含量范围为1 1 - - - 2 s 0 s l ，平均值为7 5 耀皿：颗粒生源硅含量范围为o 1 7 0 , t m o l l ，平均值为1 3 # m o l l 。秋季黄东海表层海水中悬浮物及颗粒碳酸钙、 有机碳、生源硅含量均呈现为沿岸较高、向外海降低的趋势，以长江口以北海域 为最高。 ( 3 ) 根据水体中颗粒碳酸钙、有机碳、生源硅含量及其在颗粒物中百分含 量，结合碳氮比值综合分析，秋冬季黄东海表层海水中颗粒碳酸钙主要受陆源输 入的影响；颗粒有机碳则受陆源输入和生物生产共同影响并有一定区域和季节差 别；生源硅则受硅质生物生产影响，表现出一定的区域和季节差异。 关键词：悬浮颗粒物；碳酸钙；颗粒有机碳；生源硅；黄东海 t h ew i n t e ra n da u t u m nd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fs o m e c h e m i c a lc o m p o n e n t so ft h es u s p e n d e dp a r t i c u l a t em a t t e ra n d t h e i ri n f l u e n c ef a c t o r si nt h ey e l l o wa n de a s tc h i n as e a s a b s t r a c t t h ee a s t e r nc o n t i n e n t a ls h e l fs e a so fc h i n ah a v es p e c i a lr e g i o n a lc h a r a c t e r i s t i c s a n dh y d r o d y n a m i cc o n d i t i o n s s u s p e n d e dp a r t i c u l a t em a t t e r ( s p m ) a n ds e d i m e n ti n t h ee a s tc h i n as e aa n dt h ey e l l o ws e ac o m p r i s et e r r e s t r i a l ，a u t o g e n o u sa n d b i o g e n i c m a t e r i a l s a n a l y s i so ft h ec h e m i c a lc o m p o n e n t so fs u s p e n d e dp a r t i c u l a t em a t t e rc a n b eu s e dt og e te s s e n t i a li n f o r m a t i o na b o u tt h es o u r c e s i n ko ft h em a t e r i a l s i no r d e rt o k n o wt h ec h e m i c a lc o m p o n e n tc h a r a c t e r i s t i c so fs p m , s o m ec h e m i c a lc o m p o n e n t so f s u s p e n d e dp a r t i c u l a t em a t t e ri nw i n t e ra n da u t u m ni nt h ey e l l o wa n de a s tc h i n as e a s w e r es t u d i e d f i e l do b s e r v a t i o n sw e r ec a r r i e do u tf r o ml a n u a r yt of e b r u a r y2 0 0 7 ( w i n t e r ) a n di n n o v e m b e r2 0 0 7 ( a u t u m n ) b yt h er n d o n g f a n g h o n g2 s u r f a c ew a t e rw a sc o l l e c t e d a n ds p ms a m p l e sw e r oo b t a i n e db yf i l t r a t i o np e r f o r m a n c e s o m em a j o rc h e m i c a l c o m p o s i t i o n so fs p m ，i n c l u d i n gp a r t i c u l a t eo r g a n i cc a r b o n ，c a l c i u mc a r b o n a t ea n d p a r t i c u l a t eb i o g e n i cs i l i c a , w e r ea n a l y z e d p a r t i c u l a t eo r g a n i cc a r b o nw a sd e t e r m i n e d b ya i - i na n a l y z e ra f t e re l i m i n a t i n gi n o r g a n i cc a r b o n c a l c i u mc a r b o n a t ea n d p a r t i c u l a t eb i o g e n i c s i l i c aw e r ee x t r a c t e ds e q u e n t i a l l yw i t hac h e m i c a ll e a c h i n g m e t h o d t h el e a c h i n gs o l u t i o n sw e r ea n a l y z e df o rc a 2 + a n dd i s s o l v e ds it oo b t a i n c a l c i u mc a r b o n a t ea n db i o g c n i cs i l i c ac o n t e n t s t h em a i nr e s u l t sa r es h o w na s f o l l o w i n g ： ( 1 ) t h ec o n t e n to fs p m p a r t i c u l a t ec a l c i u mc a r b o n a t e ，p a r t i c u l a t eo r g a n i c c a r b o na n dp a r t i c u l a t eb i o g e n i cs i l i c ai ns u r f a c es e a w a t e rr a n g e do 2 1 1 7 8m g l 0 0 0 0 8 7 6m 驰8 7 1 0 3 6 如0 1 6 8 0 7 # m o l la n da v e r a g e dt o9 8m 儿0 6 m g 几1 0 1 腭儿1 4 m o l l , r e s p e c t i v e l y , i nw i n t e r t h em a xc o n t e n to fs p mi n s u r f a c es e a w a t e ra p p e a r e di nt h en o r t hs i d eo u to ft h ec h a n g j i a n ge s t u a r y , a n dt h e l l i g h e s tc o n t e n to fc a l c i u mc a r b o n a t ew a sf o u n di nt h es o u t h w e s to ft h ec h e j ui s l a n d t h em a xc o n t e n to fp o ca p p e a r e di nt h en o r t hs i d eo u to fc h a n g j i a n ge s t u a r ya n d d e c r e a s e df r o mt h ec o a s ta r e at ot h es h e l f t h ed i s t r i b u t i o no fp a r t i c u l a t eb i o g e n i c s i l i c ah a dt h es a m et r e n da st h a to fp o c ( 2 ) t h ec o n t e n to fs p m ，p a r t i c u l a t ec a l c i u mc a r b o n a t e ，p a r t i c u l a t eo r g a n i c c a r b o na n dp a r t i c u l a t eb i o g e n i cs i l i c a i ns u r f a c es e a w a t e rr a n g e d0 1 6 8 6m 儿 0 0 0 2 - 4 0m e l , 1 1 - - , 2 8 0 叽0 1 7 0 z m o l la n da v e r a g e dt o5 3m 班0 4m 幽 7 5 叽1 3 t m o l l , r e s p e c t i v e l y ，i na u t u m n t h ec o n t e n t so fs p m p a r t i c u l a t ec a l c i u m c a r b o n a t e ，p o ca n db i o g e n i cs i l i c ai ns u r f a c es e a w a t e rw e r eh i g hi nt h en o r t hs i d eo u t o fc h a n g j i a n ge s t u a r ya n dd e c r e a s e df r o mt h ec o a s tt ot h es h e l f ( 3 ) c a l c i u mc a r b o n a t ei nt h es p mo ft h es u r f a c es e a w a t e rw a sm a i n l yd e r i v e d f r o mt e r r e s t r i a li n p u t p o cw a sd e r i v e df r o mb o t ht e r r e s t r i a la n da u t o g e n o u si n p u t b i o g e n i cs i l i c aw a sa f f e c t e db yt h eb i o l o g i c a lp r o d u c t i o no fs i l i c e o u so r g a n i s m sa n d v a r i e ds p a t i a l l ya n d s e a s o n a l l y k e yw o r d s ：s u s p e n d e dp a r t i c u l a t em a t t e r ；c a l c i u mc a r b o n a m ；p a r t i c u l a t eo r g a n i c c a r b o n ；b i o g e n i cs i l i c a ；y e l l o wa n de a s tc h i n as e a s 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已 经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得( 逵! 翅渔 直墓丝霞墨壁别直盟鲍：奎拦互窒2 或其他教育机构的学位或证书使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示 谢意。 学位论文作者签名：王矾签字日期：0 8 年6 月佑日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权 学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权 书) 学位论文作者签名：王袜衣 导师签字： 签字日期：o g 年易月f ( 7 日 签字日期：年 月 日 秋冬季黄东海悬浮颗粒物部分化学组成的分布特征及其影响因素 0 前言 海洋颗粒物质在其形成、沉降和埋藏过程中记录了许多生物活动和物理、化 学作用的信息，已经成为多种学科研究生物地球化学作用的途径。颗粒物生成、 运移、沉降和埋藏过程及其化学组成特征能够充分反映自然环境变化和人类活动 对海洋环境的影响。 海洋颗粒物的组成及物质的来源的研究为生物学、生态学、地球化学及沉积 学提供了重要的信息，因为在包括生物在内的各种海洋环境因素的影响下形成的 颗粒物，可以有选择性地蓄积很多元素，并且是沉积物形成的初级阶段。国内外 关于海洋颗粒物的研究从2 0 世纪中后期以来就不断受到重视。其中颗粒物通量 是观测和研究的重点，如通过对颗粒物的分析研究碳循环、物质“源一汇 、大 气海洋相互作用和生物海洋学过程等涉及季节与年际变化的诸多科学问题。中 国陆架边缘海悬浮颗粒物质的研究工作有颗粒物矿物和元素组成，颗粒物垂直通 量，锚系时间序列沉积物捕集器研究，黄海和东海海域沉降颗粒物及其地球化学 组成的研究等。 海洋颗粒物的分布受海区的水交换、海流、沉降、再悬浮以及温度、光照等 自然环境条件的影响，是自然环境条件的综合反映，与物质来源、海洋环流、潮 流、波浪等动力要素密切相关。颗粒物的主要构成成分可分为粘土矿物、有机物、 生源硅、微量水合铁锰氧化物和碳酸钙，由于来源和生成过程不同，这些主要构 成分具有不同的生物地球化学特征。 黄东海是典型的陆架边缘海，大量的陆源输入和复杂的水动力条件使其对全 球物质循环的研究有重要的意义。黄东海颗粒物及沉积物具有陆源和海源双重特 性。通过分析颗粒物的化学组成，可以了解有关海洋生物生产、物质循环和环境 变化的一些信息。本文分析了黄东海表层海水悬浮颗粒物部分化学组成的，研究 了黄东海表层悬浮颗粒物部分化学组成的区域和季节差异。 秋冬季黄东海悬浮颗粒物部分化学组成的分布特征及其影响因素 1 文献综述 颗粒态和溶解态是分散度不同的元素或物质存在的形态，本无明确界限。可 通过过滤的方式加以区分。在实际工作中，一般指用孔径为0 5 1 9 m 的滤器( 国 际上通常习惯采用孔径为0 4 5 肛m 的滤器) 过滤水样时，被阻留在滤器上的物质 被认为是颗粒态。溶解态和颗粒态在对物质的输运方式上有很大的不同，特别是 在近岸海域。近岸海域是与人类活动及社会发展关系最为密切的地带。气候变化 和人类活动等环境变化因素给近岸海域生态系统带来重大的影响，主要表现在入 海径流量、生源要素和污染物入海造成富营养化和环境污染，进而影响到生物资 源和人类自身的安全。 水体中的颗粒物对于海水中物质的迁移有着重要的作用，已有研究表明，海 水中溶解态元素和颗粒物之间的相互作用决定了微量元素和常量元素在海洋中 的分布( b r u l a n d ，1 9 8 3 ) 。虽然近岸水体只占全球海洋表面的小部分，但河流搬 运的陆源物质最终将通过近岸水体进入外海，目前海岸带被普遍认为在物质迁移 过程中起着极为重要的过滤器的作用( s t a t h a me ta 1 ，1 9 9 9 ；z w o l s m a ne ta 1 ， 】9 9 9 ) 。 1 1 颗粒物的组成 海水中的颗粒物是海水中包括胶粒在内的、分散度不同的各种颗粒物质。其 粒径差别很大，从微米级变化至毫米级，可能包括胶体( o 2 卢衄) 、浮游生物 介壳、粪粒及海洋雪花等( m c c a v e ，1 9 8 4 ；s i l v e re ta 1 ，1 9 8 1 ) 。作为研究对象，颗 粒物并无严格的统一定义，一般说来它是指比溶解低分子更大的各种多分子或高 分子实体。而水质分析方法国家标准则把颗粒物定义为：。水样通过孔径为0 4 5 m 的滤膜，截流在滤膜上并于1 0 3 1 0 51 2 烘干至恒重的固体物质 ( c o c h r n ae t a 1 ，1 9 9 3 ) 。在海洋中，较小的颗粒物会通过聚集、凝结或被包裹形成较大的颗粒 物，而大颗粒物则通过机械破碎或微生物活动和溶解过程而解聚成小颗粒物( 彭 安国等，2 0 0 4 ) 。 颗粒物是一种非常复杂的非均质有机无机复合体。有机组分主要包括浮游 动植物、微生物、活体和死亡生物体及其生物体碎屑、粪便等代谢物质，分析其 组成成分主要为有机碳、有机氮、碳水化合物、蛋白质、类脂物、核酸和a t p 3 秋冬季黄东海悬浮颗粒物部分化学组成的分布特征及其影响因素 等；无机组分包括来自大陆的矿物碎屑、泥沙等，如径流输入、风成灰尘的颗粒， 在海水化学过程中生成的硅酸盐、碳酸盐等自生矿物，在生物过程中生成的硅骨 架碎屑等。组成颗粒物的矿物颗粒主要为蒙脱石、伊利石、高岭石等粘土矿物以 及石英等，矿物颗粒很少是单独存在的。由于氧键、氢键及阳离子的交换作用， 其表面通常被脂类、多糖、腐殖质等有机质及铁、锰、铝的水合氧化物所包裹， 另外自然水体中的悬浮物表面还常常被丰富的蛋白脂类有机质及含有蛋白质的 细菌和浮游生物所覆盖，形成了一层生物有机膜( 田玉红等，2 0 0 4 ；李军等，2 0 0 2 ； s c h o r e re ta 1 ，1 9 9 7 ；王文军等，2 0 0 2 ；王丕波，2 0 0 5 ) 。在重力和动力作用下， 水体中的颗粒物有的会保持无限期悬浮状态，如胶体或胶体颗粒，有的则会悬浮 几分钟到几天，最终经历一系列的溶解、絮凝、离子交换、吸附和解吸等物理化 学过程沉降到海底，形成海底沉积物( 黄宜凯等，1 9 9 8 ) 。 颗粒物在水体中所发挥的作用各不相同，程度也不同，这与其组成成分具有 密切的联系，因此对于颗粒物组成成分的研究具有十分重要的意义。 1 2 颗粒物的生物地球化学研究 水环境中的颗粒物对于水体中物质的反应活性、迁移和生物活性等方面起着 重要作用。它是化学成分在水体、沉积物中和食物链中循环的纽带，是元素、有 机碳、放射性核素及有机污染物在水环境中迁移转化的载体、蓄积库( t u r n e rc t a 1 ，2 0 0 2 ；张恩仁等，2 0 0 3 ) 。海洋水体中的颗粒物由于其在碳、营养盐、痕量 金属的生物地球化学循环中的重要作用，越来越引起人们的重视。 1 2 1 颗粒物通量的研究 海水中的颗粒物是碳垂直转移的主要载体。目前，颗粒物沉降在全球碳循环 当中的作用成为世界范围内颗粒物研究工作的主流。 对颗粒物沉降通量的研究，b i s h o pe ta 1 ( 1 9 7 7 ) 首次利用沉积物捕集器 ( s e d i m e n tt r a p ) 观测了赤道大西洋4 0 01 1 1 水层颗粒物的化学、生物学特征和垂 直通量。2 0 世纪8 0 年代由国际科联理事会( i c s u ) 发起的国际地圈生物圈计划 ( i g b p ) 的核心计划之一全球海洋通量联合研究( j g o f s ) 启动以来，针对全 球大洋生物地球化学循环时空变化开展了多项长期观测研究计划，如东北太平洋 4 秋冬季黄东海悬浮颗粒物部分化学组成的分布特征及其影响因素 的o s p ( w o n g e ta 1 ，1 9 9 9 ) ，百慕大西洋的o f p b a t s ( c o n t ee ta 1 ，2 0 0 1 ) ，中部 北太平洋的h o t ( k a r lc ta 1 ，1 9 9 6 ) ，西部亚北极太平洋的k n o t ( h o n d ae ta 1 ， 2 0 0 2 ) 等。在这些研究计划中，颗粒物通量是研究和观测的重点，通过数年乃至 数十年的长期、连续观测，研究如碳循环、物质“源汇”、大气海洋相互作用和 生物海洋学过程等涉及季节与年际变化的诸多科学问题。 国内宋金明和李鹏程( 1 9 9 8 ) 报道用沉积物捕获器研究了南沙群岛珊瑚礁泻 湖沉降颗粒物中主要元素垂直通量、垂直转移形态、再循环过程及垂直通量与表 层海水温度的关系，并得出了各元素在不同的结合形态中的含量。倪建宇等 ( 2 0 0 6 ) 研究了秋季黄海和东海海域沉降颗粒物及其地球化学组成，主要讨论 2 0 0 0 年秋季黄海和东海海域沉降颗粒物中常量元素和微量元素的分布特征，并 计算出其沉降通量。 1 2 2 颗粒物对物质迁移转化的作用 水体中的颗粒物对于海水中元素的迁移有着重要的作用，已有研究表明，海 水中溶解态元素和颗粒物之间的相互作用决定了微量元素和常量元素在海洋中 的分布( b m l a n d 1 9 8 3 ) 。 张正斌等研究了化学元素在颗粒物水界面上分配交换热力学与动力学理 论，开展了一系列广泛而深入的研究( 例如，张正斌等，1 9 9 0 ) 虽然近岸水体只占全球海洋表面的小部分，但河流搬运的陆源物质最终将通 过近岸水体进入外海，目前海岸带被普遍认为在物质迁移过程中起着极为重要的 过滤器的作用( s t a t h a mc ta 1 ，1 9 9 9 ；z w o l s m a ne ta 1 ，1 9 9 9 ) 。在沿岸海域，颗粒物 来源复杂，不同来源的颗粒物组成有很大差别。通常情况下，河流输入的颗粒物 中，碎屑和岩石风化产物较多，对颗粒活性元素和污染物清除能力较差，而沿岸 海域海水中自生颗粒物及外海输入的颗粒物中有机组分较多，粒径相对较小，通 过潮汐过程进入河口后，停留时间较长，对元素和污染物的清除作用显著，很多 学者对此做了大量研究。陈水土等( 1 9 9 3 ) 研究了九龙江口和厦门西海域悬浮颗 粒物中重金属元素的生物地球化学特性。郭劳动( 1 9 9 1 ) 对厦门湾和台湾海峡南 部悬浮物中主要元素的分布及其控制因素进行了研究；洪华生( 1 9 8 9 ) 报道罗源 湾悬浮颗粒物中金属含量及分布特征；陈飞舟( 1 9 9 9 ) 用i c p - a e s 测定f e ，m n ， 秋冬季黄东海悬浮颗粒物部分化学组成的分布特征及其影响因素 砧，t i ，b a 和c a 等金属元素的含量，探讨了该海域悬浮颗粒物中这些元素的时 空分布及其地球化学行为，认为悬浮颗粒物浓度在水体中的分布和导致其时空变 化的因素，非生物过程，特别是沉积物再悬浮过程对底层水体中颗粒活性元素的 清除、迁出过程起了决定性作用，颗粒态f e 、m n 、a 1 、t i 和t s m 在水柱中的 分布及其随时间的变化趋势一致。表明沉积物再悬浮和陆源输入等非生物过程对 近岸海域水体中的颗粒物运移起非常重要的作用。 1 2 3 颗粒物对生态系统的作用 颗粒物可以作为生物食物链中一个重要的物质基础，为细菌、浮游动植物生 长的提供能源，与生物的生命过程，初级生产力密切相关( 杨世伦等，2 0 0 3 ；金 海燕，2 0 0 5 ) 。悬浮物颗粒物的存在影响了水体的透明度和溶解氧，因此可能对 初级生产力起到光抑制作用，海水中悬浮物颗粒物的成分和含量是影响透明度的 主要因素，可作为水体透明度的指标，并且也是判断水质的标准之一( 费尊乐等， 1 9 8 6 ) 。 水体中产生的颗粒物通过沉降、湍流和平流的输送沉降到海底表面，成为底 栖生物的重要食物来源( 郭锦宝，1 9 9 7 ) 。沉降颗粒物进入沉积物为底栖生物提 供了潜在的食物源，通过小型食物网的矿化作用，溶解的营养盐又返回到水柱， 构成真光层新生产力的基础。在浅海区，海洋沉积物极易在风浪、潮汐以及生物 扰动等作用下产生再悬浮( 张岩松，2 0 0 4 ) 。再悬浮的颗粒物质，一方面由于矿 化作用溶解的营养盐重新进入水体，促进植物生长；另一方面增加了水体的混浊 度，抑制植物的光合作用，从而对生态系统产生影响( b l o e s c h ，1 9 9 5 ；w a i n r i g h te t a l ，1 9 9 7 ) 。因此颗粒物的质量和数量，直接影响底栖生物的生态结构，从而影响 整个海域的生态系统。 1 3 中国近海颗粒物的含量、分布、组成及输运的研究 中国近海的早期研究主要集中在海水中悬浮体的平面分布和垂直分布模式 的调查研究。如1 9 8 3 ，1 9 8 4 年，中国科学院海洋研究所和美国伍兹霍尔海洋研究 所合作，使用“科学一号”调查船对南黄海沉积过程及晚第四纪地质历史进行了两 个航次的调查，其中包括对悬浮体的空间变化和季节分布的观测，以便查明现代 6 秋冬季黄东海悬浮颗粒物部分化学组成的分布特征雳其影响因素 陆源输入对海区物质的影响过程。秦蕴珊等( 1 9 8 9 ) 通过对南黄海颗粒物样品的 过滤、分析及海水透光度的研究得出了1 9 8 3 年1 1 月和1 9 8 4 年7 月海水中悬浮体的 分布。李飞永和陈金斯( 1 9 8 9 ) 通过两个航发的出海，对珠江口广大海区悬浮颗 粒物质的来源、含量，分布、迁移和扩散机制进行了系统性研究。郑铁民等( 1 9 9 0 ) 调查研究了南黄海夏季海水中悬浮体的分布，结合悬浮体粒度、烧失量及颗粒物 质中的一些生物信息，探讨了悬浮体的物质来源。后来的研究则着重对沉降颗粒 物中具体元素的含量及特征展开了讨论。宋金明和李鹏程( 1 9 9 8 ) 报道用沉积物 捕获器研究南沙群岛珊瑚礁泻湖沉降颗粒物中主要元素垂直通量、垂直转移形 态、再循环过程及垂直通量与表层海水温度的关系，并得出了各元素在不同的结 合形态中的含量。另外，陈飞舟( 1 9 9 9 ) 、张铭汉( 2 0 0 0 ) 分别研究了厦门湾和 胶州湾悬浮颗粒物质的时空变化及分布。倪建宇等( 2 0 0 6 ) 研究了秋季黄海和东 海海域沉降颗粒物及其地球化学组成，主要讨论2 0 0 0 年秋季黄海和东海海域沉降 颗粒物中常量元素和微量元素的分布特征，并计算出其沉降通量。另有其他一些 研究，如张正斌等( 1 9 9 0 ) 研究了化学元素在颗粒物水界面上分配交换热力学 与动力学理论。高抒( 1 9 9 7 ) 研究了浅海颗粒物的沉积动力学。陈建芳等( 1 9 9 8 ) 在我国南海亦采用锚系时间序列沉积物捕集器展开了研究。 渤海、黄海、东海是水动力状况相当复杂的半封闭宽陆架海。本海区悬浮颗 粒物含量高，季节变化明显，影响范围广，是世界上悬浮物含量最高的海域之一。 海洋环流、潮汐、潮流和波浪均对悬浮物的输运与沉积产生影响。渤、黄、东海 的环流是由一个气旋式的流涡组成。东侧主要向北来自大洋的高温、高盐水系， 即黑潮主干对马暖流黄海暖流及其延伸部分；西侧为南向德，低盐的，冬季最 强的沿岸流系：苏北沿岸流，闽浙沿岸流，其间伴随着涡旋现象。悬浮物粒径越 细，其沉降速度以及沉积的临界速度越小，越有利于其向外海或远源处输运、扩 散。 江文胜( 2 0 0 0 ) 等研究并改造了德国汉堡大学的粒子追踪悬浮物输运的三维 模式，考虑了风、气压等气象要素及外海传入的潮波作用下的三维正压海流对悬 浮颗粒物的输运，考虑悬浮颗粒物的沉降及再悬浮机制和底质中的细颗粒物的运 动，将风浪的作用引入悬浮物输运计算。江文胜( 2 0 0 1 ) 用p r i n c e t o no c e a nm o d e l ( p o m ) 三维斜压海洋模式对温盐场作用下的环流场进行模拟，探讨了环流以 7 秋冬季黄东海悬浮颗粒物部分化学组成的分布特征及其影响因素 及潮汐、潮流共同作用下的悬浮物输运、沉积过程及其季节变化规律。王勇智 ( 2 0 0 7 ) 用h a m s o m 三维正压水动力模型，结合3 种具有代表性的不同粒径的 粒子追踪三维悬浮物输运模型s p m ，将潮流、海浪与动力沉积过程综合考虑， 对渤、黄、东海悬浮物质量浓度的冬夏季变化进行了数值模拟。模拟结果表明， 潮流和底质对渤、黄、东海悬浮物质量浓度的分布有决定性作用，沉积物再悬浮 对悬浮物质量浓度影响大。渤、黄、东海悬浮物质量浓度分布存在明显的季节变 化，冬季由于强风作用，再悬浮作用明显，各海域悬浮物质量浓度普遍高于夏季。 庞重光( 2 0 0 4 ) 基于p o m 模式，对渤、黄、东海环流及潮汐，潮流共同作用下 的悬浮物输运、扩散、沉积与侵蚀进行了模拟，模拟表明，黄、东海悬浮物的季 节性输运特征为“春、夏储，秋冬输 。 近年来我国海洋环境生态等基础研究方面投入的力度不断增大。营养盐在界 面过程中的交换与转化及控制机制、陆海相互作用过程中高浊度河口区生源要 素迁移过程、生态系统循环更新等成为近岸海洋环境研究的基础，这些研究都涉 及海水颗粒物相互作用。目前以生物地球化学过程研究为重点以多方位展开， 并在营养盐大气沉降、陆地径流与入海物质通量及其对生物生产的影响、水沉 积物界面交换及循环更新模式、近岸海域富营养化与赤潮发生机理和过程的研究 等方面通过现场观测和实验室模拟取得了不少成果。 1 4 颗粒物的采集及其组成成分的研究 采集颗粒物样品有很多不同的方法。从悬浊液中分离固体物质通常需要经过 一次或多次过程：沉降、离心、过滤和蒸发。常用的采集颗粒物的方法包括：( 1 ) 使用颗粒物捕获器收集新沉降下的或容易重新成为悬浮物的水体沉积物；( 2 ) 膜 过滤；( 3 ) 连续流动离心。其中采用0 4 5 m 的滤膜过滤水样方法获取颗粒物， 分别用来进行颗粒物浓度测定和部分化学组分分析。此方法具有操作步骤少、仪 器设备简单、获取的颗粒物样品充足并且能比较真实反映其浓度分布等特点( 张 波涛，2 0 0 3 ) 。 颗粒物质主要来源于河流输入的悬浮颗粒、大气灰尘、海洋生成的生物颗粒、 地壳物质等( 郭锦宝，1 9 9 7 ) 。其主要构成成分可分为粘土矿物、有机物、生源 硅、微量水合铁锰氧化物和碳酸钙。由于来源和生成过程不同，这些主要构成分 8 秋冬季黄东海悬浮颗粒物部分化学组成的分布特征及其影响因素 具有不同的生物地球化学特征。 由于人们意识到了颗粒物在水环境中的作用，因此颗粒物的组成成分的研究 逐渐成为了人们研究的热点。在颗粒组成成分的研究方法方面，过去国内外主要 采用传统的化学方法结合原子吸收光谱、显微镜等技术进行分析，这些方法都有 其自身的特点，科尔特仪能够分析颗粒物的大小，显微镜观察可以清楚地观察颗 粒物的一些物理性质，化学方法可以检测颗粒物总体中某些特定成分的浓度，扫 描电子显微镜和电子探针对单个颗粒的成分能够有效鉴别( 李道季等，1 9 9 6 ) ， 流式细胞仪技术能对悬浮颗粒的组成特征和含量进行定性、定量分析( 李道季， 1 9 9 8 ) 。 1 5 本论文的研究目的及内容 中国东部陆架边缘海具有特殊的地域特征及水动力条件，水体颗粒物及沉积 物具有陆源和海源双重特性。颗粒物的化学组成特征不仅受到物质来源的影响， 还包含了海洋环流、潮流、波浪等动力要素的变化信息。通过分析悬浮颗粒物的 化学组成，可以了解物质“源汇一效应及有关影响因素的一些信息。为了解黄 东海水体中悬浮颗粒物的化学组成特征及其随时间和空间的变化，本文开展了以 下研究工作； ( 1 ) 2 0 0 7 年1 - 2 月和1 1 月在黄东海采集的表层海水悬浮颗粒物，分析了 颗粒物中碳酸钙、有机碳和生源硅等部分主要化学成分，得出了表层海水悬浮颗 粒物化学组成分布及区域和季节差异。 ( 2 ) 通过对各调查观测断面颗粒物化学要素变化规律的综合对比和分析， 初步探讨了影响颗粒物化学组成的主要因素。 9 秋冬季黄东海悬浮颗粒物部分化学组成的分布特征及其影响因素 2 研究区域、材料及实验方法 2 1 研究区域概况 东黄海是西太平洋的边缘浅海。总面积1 1 3 x 1 0 5k m 2 ，平均水深分别为3 4 9 和4 51 1 1 ( 刘素美，2 0 0 0 ) 。研究区域位于东经1 2 0 4 9 。 - 1 2 8 6 3 。e 、北纬2 5 。 - - 3 5 。n 之间，包括南黄海及东海部分海域。 2 1 1 主要河流输入 长江的巨量径流和它携带的大量物质对邻近海洋环境产生着重大影响。现代 黄河入海物质只有在冬季才能绕过山东半岛侵入黄海。 2 1 2 海流， 研究区主要的海流主要包括：黑潮、黄海暖流、黄海环流、沿岸流和台湾暖 流。 图1 - 1 东中国海主要流系示意图。e c s ：东中国海；y s ：黄河；k c ：黑潮；t a w c ：台湾 暖流；t s w c ：对马暖流：y s c c ：黄海沿岸流；y s w c ：黄海暖流；z c c ：浙江沿岸流( 胡 敦欣，杨作升，2 0 0 1 ) 1 0 秋冬季黄东海悬浮颗粒物部分化学组成的分布特征及其影响因素 2 i 3 海底地貌 浙闽滨岸水下堆积岸坡：浙江、福建滨岸浅海，发育有平行于海岸、呈带状 伸展的水下堆积台地，是现代海洋环境下，由沿岸入泥海泥沙堆积形成的水下堆 积岸坡。堆积岸坡的表层沉积物由灰色软泥、粉砂及粉砂质软泥组成( 秦蕴珊等， 1 9 8 7 ) 。 古潮流脊：在杭州湾口外，舟山群岛东侧，分布着梳状沙脊群体。沙脊走向 北西东南，呈“雁行”排列。沙脊主要由贝壳细砂组成( 秦蕴珊等，1 9 8 7 ) 。 2 2 实验材料 2 2 1 主要仪器 m e 2 3 5 p - s d 电子分析天平( 精度为0 0 0 0 1g ) ，德国s a t o d u s 公司 i c s 1 0 0 0 离子色谱，美国d i o n e x 公司 s o l a a rm 6 火焰原子吸收分光光度计 w f j 2 0 0 0 型可见分光光度计，尤尼柯( 上海) 仪器有限公司 d e l t a 3 2 0 精密p h 计，上海康宁电光技术有限公司 t d l - 4 0 b 离心机，上海安亭科学仪器厂 d z f 0 6 0 3 0 a 真空干燥箱，上海一恒科技有限公司 h w s l 2 电热恒温水浴锅，上海一恒科技有限公司 s h z 3 d 循环水真空泵，上海亚荣生化仪器厂 q l - 8 6 6 旋涡振荡器，海门其林贝尔公司 2 4 0 0i i 型c h n 元素分析仪，美国p e r k i n e l m e r 公司 2 2 2 主要试剂 冰乙酸，优级纯，国药集团上海试剂公司 氢氧化铵，优级纯，国药集团上海试剂公司 氢氧化钠，优级纯，天津市科密欧化学试剂开发中心 盐酸，优级纯，上海振兴化工二厂 硫酸，优级纯，上海振兴化工二厂 草酸，优级纯，天津市科密欧化学试剂开发中心 钼酸铵，分析纯，国药集团上海试剂公司 1 l 秋冬季黄东海悬浮颗粒物部分化学组成的分布特征及其影响因素 无水亚硫酸钠，分析纯，国药集团上海试剂公司 米吐尔，分析纯，国药集团上海试剂公司 标准溶液：c a ( 1 0 0 1 2g l ) ，n a ( 0 9 8 3 7e , l ) ，s i ( 2 3 7 8 2 1r e t o o l l ) ，a 1 ( 1 0 0 0r a g l ) 所有溶液由m i l l i - q 水配制。 2 3 样品采集和分析方法 2 3 1 样品采集 表层悬浮颗粒物样品分别采自2 0 0 7 年1 月和1 1 月“东方红2 科学考察船 在黄东海海域两个航次的海洋调查研究，站位分布见图2 - 1 、2 2 。用n i s k i n 采水 器采集水样，温度、盐度是航次c t d 共享资料。 采到的水样立即用负压抽滤法经预先处理的滤膜抽滤并用m i l l i q 水洗盐。 样品冷冻保存带回实验室分析。用于部分组分分析的颗粒物样品用孔径o 4 5 m ， 直径4 7 衄的醋酸纤维滤膜( 杭州水处理厂) 过滤，醋酸纤维滤膜使用前经盐 酸浸泡过夜，m i u i q 水洗至中性，6 0 真空干燥箱中烘干，称重。用于分析颗 粒态有机碳、总氮的样品用直径为4 7i n l n 的g f 伍玻璃纤维滤膜( w h a t m a n ) 过 滤。玻璃纤维滤膜使用前经4 0 0 灼烧4 4 , 时，称重。各样品过滤水样体积在o 5 1 0 l 之间不等，得到的悬浮颗粒物样品质量在o 5 9 1 1 7 7 7m g 之间。 2 3 2 分析方法 颗粒态有机碳( p o c ) 、总氮( p n ) ：用浓盐酸蒸汽除去无机碳( 室温下1 2h ) 之后，6 0 在烘箱中烘干( 1 2h ) ，置于干燥器中待分析。颗粒有机碳、总氮的 含量用碳氢氮元素分析仪( p e2 4 0 0 1 1 ) 测定。颗粒有机碳的检出限为7 5 g 颗 粒有机氮的检出限为8 0 g ，精密度均 6 。 悬浮物t 悬浮物浓度的测量方法采用重量法。用于分析颗粒物部分组分的醋 酸纤维膜样品于真空干燥箱中6 0 烘干，称重。此重量与醋酸纤维膜重的差值 得到悬浮颗粒物的重量，后换算为悬浮物质量体积浓度。 悬浮颗粒物中碳酸钙( c a c 0 3 ) ：样品干燥称重后，于5 0m l _ , p e 离心管中以 4m lp h = 5 1 的醋酸氨溶液室温提取5 小时，离心后取出上清液。残留的样品以 m i l l i q 水( 每次4m l ) 洗涤三次，洗涤液合并入取出的上清液中。取三次洗涤 1 秋冬季黄东海悬浮颗粒物部分化学组成的分布特征及儿影响因素 液合并入上清液后的提取液，稀释5 0 倍后用i c s 1 0 0 0 离子色谱测定。洗涤后的 剩余样品于真空干燥箱中6 0 c 干燥，以待下一步分析。该方法标准偏差为1 1 ( n = 4 ) 。 悬浮颗粒物中生源硅( p b s i ) ：经2 。3 2 提取后残余的样品，参考了r a g u e n e a u e ta 1 ( 2 0 0 5 ) 和罗忻( 2 0 0 6 ) 对悬浮颗粒物中生源硅( p b s i ) 的提取方法，具 体方法如下： 生源硅测定分三步提取，第一步提取是将滤膜置于5 0m l 塑料离心管中， 加入4m l0 2m o l l n a o h 在电热恒温水浴锅中1 0 0 c 反应4 0m i n 。冷却之后， 加入1m l1m o l lh c l 中和提取液，离心( 3 5 0 0r p m ，1 5r n i n ) ，分离上清液和 样品。测定上清液中硅酸盐 s i l ，同时测定上清液中铝 a l h 。对离心管及内容 物进行3 - 4 次洗涤，即每次加m i l l i q 水至1 3m l ，振荡，离心，然后移出1 0 5 m l 。这一步非常关键，因为第一步提取残存的硅酸盐即使很少量，也会影响硅 质矿物的s i ：a 1 的测定。清洗结束后，将装有2 5m l 液体的离心管真空干燥器中 干燥。第二、三次提取采用的提取试剂和步骤( 4m l0 2 m o u ln a o h ，1 0 0 4 0 r a i n ) 与第一步完全相同，测定上清液得到 s i 2 、 s i 3 和 a 1 1 2 、 a 1 1 2 ，从而得 出样品的( s i ：a 1 ) 2 、( s i ：a 1 ) 3 。由于生源硅在第一步中可能未提取完全，因此 ( s i ：a 1 ) 3 就是样品中硅质矿物所特有的。校正后的生源硅浓度可由下式计算得出： b s i 】= s i 】l + s i 】2 一 a i h x ( s i ：a 1 ) 3 - a 1 2 ( s i ：a 1 ) 3 ，式中， b s i 】表示生源硅浓度， s i t 、 s i 2 、 s i 3 分别是第1 、2 、3 次提取上清液中硅酸盐浓度，【灿】1 、 a 1 1 2 、【舢】2 表示每步提取的铝的浓度。硅酸盐采用硅铝蓝法测定，凶】由i c p o e s ( v a r i a n v i s t a m p x ) 测定。用此方法对胶州湾一组平行样进行提取，得到生物硅含量 1 1 7 ：e 0 1 1