南海北部海盆顆粒有機(jī)物的穩(wěn)定氮同位素組成研究.pdf

1、氮是構(gòu)成生物體組分(核酸、氨基酸等)的主要元素,是許多生物地球化學(xué)循環(huán)的重要參與者。
　　 本論文旨在研究南海北部海盆懸浮和沉降顆粒有機(jī)物的穩(wěn)定氮同位素組成及其隨時(shí)間的變化,以揭示顆粒有機(jī)物中氮的來(lái)源,評(píng)估南海固氮作用對(duì)顆粒氮庫(kù)的貢獻(xiàn),闡述顆粒有機(jī)物從生產(chǎn)到埋藏過(guò)程中穩(wěn)定氮同位素組成的調(diào)控機(jī)制。
　　 懸浮顆粒物樣品(上層200 m)采自2004年5月至2007年1月間,采樣站位位于南海北部SEATS站(東南亞時(shí)間序列站

2、),平均每3～6個(gè)月采樣一次,覆蓋全部四個(gè)季節(jié)。沉降顆粒物于2001年9月至2002年5月間,在南海北部M1S和M2S站放置沉積物捕獲器收集,時(shí)間基本覆蓋一年。顆粒物樣品采用元素分析儀一同位素比值質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)分析其穩(wěn)定氮同位素組成(δ15N)。
　　 在硝酸鹽躍層以上,濃度加權(quán)平均δ15Nsus隨時(shí)間的變化范圍較大,為1.8～5.3‰,表明固氮作用(-2～0‰)和次表層NO3-(4.8～6.2‰)均對(duì)上層水體提供氮源。由質(zhì)量和同

3、位素平衡公式估算可知2005-2006年固氮作用對(duì)懸浮顆粒氮庫(kù)的相對(duì)貢獻(xiàn)為13～42％,表現(xiàn)為春秋兩季高于冬夏;而2004年5-8月固氮作用的相對(duì)貢獻(xiàn)明顯大于其他時(shí)間(43～61％)。硝酸鹽躍層以下,濃度加權(quán)平均δ15Nsus的變化范圍與上層基本一致,體現(xiàn)為由固氮作用和浮游植物同化作用產(chǎn)生同位素分餾效應(yīng)的共同影響。比較南海西部和其他海域時(shí)間序列站(BATS和ALOHA)發(fā)現(xiàn),南海北部真光層內(nèi)δ15Nsus相對(duì)較高,推測(cè)可能由于南海北部固

4、氮作用相對(duì)較弱。在真光層以下(101～200 m),懸浮顆粒物的穩(wěn)定氮同位素組成逐漸增大(平均為6.1±1.6％0),主要是由于微生物優(yōu)先礦化較輕的有機(jī)物(低δ15N)。利用“瑞利模型”估算其平均同位素分餾效應(yīng)為2.2‰。在300～500 m間,沉降顆粒物δ15Nsink的變化趨勢(shì)和范圍與表層δ15Nsus基本一致,表明沉降顆粒主要來(lái)源于表層水體生產(chǎn)。其通量加權(quán)平均δ15Nsink為5.2～5.6‰,略小于次表層δ15NO3-,估算固氮

5、作用貢獻(xiàn)小于10％,說(shuō)明大部分固氮作用信號(hào)在300 m以上已經(jīng)被降解,難以向深層海洋輸出。在500 m以下,δ15Nsink隨深度的增加而減小,到3000 n時(shí)減小為3.2‰,這種趨勢(shì)在其他海域也廣泛存在,暗示沉降顆粒物與懸浮顆粒物的降解機(jī)制可能不同。對(duì)比之前在南海報(bào)道的表層沉積物δ15N發(fā)現(xiàn),顆粒有機(jī)物在沉積過(guò)程中存在約2‰的富集,說(shuō)明在沉積物和水界面上δ15N的變化對(duì)于調(diào)控沉積物穩(wěn)定氮同位素組成也有重要貢獻(xiàn)。然而,由于南海較高的沉降

6、速率使得這一富集效應(yīng)并沒(méi)有開(kāi)闊大洋明顯。
　　 通過(guò)南海現(xiàn)有穩(wěn)定氮同位素?cái)?shù)據(jù),本論文初步構(gòu)建了南海北部穩(wěn)定氮同位素收支模型。真光層內(nèi)懸浮顆粒物平均δ15N約為4‰。根據(jù)質(zhì)量和同位素平衡公式計(jì)算輸出真光層的沉降顆粒物δ15sink和在真光層以下降解產(chǎn)生的δ15NO3-分別為3.1～4.1‰和2.7～5.5‰,表明除了固氮作用,真光層以下沉降顆粒物的礦化也會(huì)向次表層硝酸鹽氮庫(kù)提供低δ15N。假設(shè)沉積過(guò)程中的同位素分餾效應(yīng)與真光層下懸