長江口-東海內(nèi)陸架沉積有機(jī)碳的生物地球化學(xué)過程及生態(tài)環(huán)境演變歷史的重建.pdf

1、陸架邊緣海作為陸源和海源有機(jī)碳的主要儲庫，是陸海相互作用最重要的區(qū)域，在全球物質(zhì)循環(huán)過程中發(fā)揮著十分重要的作用。本研究以長江口及其鄰近的東海內(nèi)陸架海域?yàn)檠芯繀^(qū)域，對該海域的20個表層沉積物、3根箱式柱狀樣和1根重力管柱狀樣中沉積有機(jī)碳和總氮含量、碳和氮穩(wěn)定同位素組成、粒度組成、比表面積、210Pb活度及木質(zhì)素和沉積綠素的含量進(jìn)行了分析，研究了水動力分選過程對不同來源有機(jī)碳在沉積物中分布的影響，探討了不同海域沉積有機(jī)碳早期成巖作用的差異，

2、重建了研究海域200年來生態(tài)環(huán)境演變的歷史。得到的主要結(jié)果如下:
　　(1)使用基于蒙特卡洛模擬(Monte-Carlo，MC)的三端元混合模型，對長江口-東海內(nèi)陸架表層沉積物中的沉積有機(jī)碳進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果表明，海源有機(jī)碳是沉積有機(jī)碳的主要組成部分（64±11％），其相對貢獻(xiàn)從河口的46％增加到外海的91％，陸地土壤來源有機(jī)碳和C3維管植物碎屑來源有機(jī)碳貢獻(xiàn)則分別從36％下降到7％（均值27±8％）和從25％下降到2％（均值9±4

3、％）。木質(zhì)素含量高且粒徑較大的新鮮C3維管植物碎屑主要沉積在河口區(qū)，而木質(zhì)素含量較低、降解程度較高且主要吸附于細(xì)顆粒物上的土壤來源有機(jī)碳則可以被輸運(yùn)至更遠(yuǎn)的海域，表明水動力分選過程對陸源有機(jī)碳選擇性輸運(yùn)的顯著影響。
　　(2)長江口-東海內(nèi)陸架表層沉積物中的沉積綠素主要由葉綠素-a（Chl-a，平均值71±83 nmol g-1 OC）、脫鎂葉綠素-a(PHtin-a，平均值295±340 nmol g-1 OC)、脫鎂葉綠酸-a

4、(PHide-a，平均值185±151 nmol g-1 OC)、焦脫鎂葉綠素-a(pPHtin-a，平均值156±69 nmol g-1 OC)、甾醇綠素酯（SCEs，181±112 nmol g-1 OC）和胡蘿卜醇綠素酯（CCEs，87±39 nmol g-1 OC）組成，沉積綠素(Chlorins)含量在長江口和浙閩沿岸海域各存在一個高值區(qū)，表明長江沖淡水以及浙閩沿岸上升流來源的營養(yǎng)鹽輸運(yùn)對上層水體初級生產(chǎn)的重要影響。Chl-a

5、/葉綠素-a降解產(chǎn)物(pheo-a)比值在離岸較近的長江口最大渾濁帶外緣、杭州灣灣口以及浙閩沿岸中北部具有高值區(qū)，可能是該水域水體中較短的顆粒物滯留時間和季節(jié)性的底層水體缺氧事件導(dǎo)致了這些海域具有較高的沉積色素保存效率。
　　(3)分析了近十幾年來長江口-東海內(nèi)陸架表層沉積物中δ13C和木質(zhì)素含量Λ8的變化，發(fā)現(xiàn)兩者具有不同的變化趨勢。長江口-東海內(nèi)陸架表層沉積物中Λ8含量在逐步降低，而長江口海域表層沉積有機(jī)碳δ13C值先從200

6、0年的-24‰左右逐漸升高到2006年的-19‰左右，隨后又降低至2011年的-23‰左右。三峽大壩的建設(shè)截留了部分陸源顆粒物從而導(dǎo)致木質(zhì)素含量的降低，同時由于河水流速減緩和透明度的增加促進(jìn)了流域內(nèi)淡水浮游植物生物量增加，從而使更多的13C值更虧損的淡水浮游植物來源有機(jī)碳被輸運(yùn)入海。
　　(4)通過對長江口泥質(zhì)區(qū)、浙閩沿岸泥質(zhì)區(qū)以及外海非泥質(zhì)區(qū)沉積柱狀樣中210Pb過?；疃纫约坝袡C(jī)碳、比表面積、木質(zhì)素等生物地球化學(xué)參數(shù)的分析，發(fā)現(xiàn)

7、不同沉積環(huán)境下沉積有機(jī)碳的早期成巖過程明顯不同。長江口泥質(zhì)區(qū)沉積物擾動最劇烈，具有最低的TOC/SSA比值（0.44±0.08 mg OC m-2），該海域再礦化過程中損失掉的沉積有機(jī)碳δ13C約為-25.1‰，表明陸源有機(jī)碳對未被有效保存組分的貢獻(xiàn)最大。浙閩沿岸泥質(zhì)區(qū)具有最高的有機(jī)碳損失率（45.0±15％），再礦化過程損失掉的沉積有機(jī)碳δ13C值約為-21.9‰，表明海源有機(jī)碳對未被有效保存組分的貢獻(xiàn)更大，該海域具有較非泥質(zhì)區(qū)更強(qiáng)的

8、鐵錳氧化物異化還原、SO42-還原等途徑的成巖作用，導(dǎo)致了沉積物中TOC％、δ13C和Λ8自上而下呈現(xiàn)比較顯著的逐漸降低的變化趨勢。外海非泥質(zhì)區(qū)沉積環(huán)境最為穩(wěn)定，具有最高的TOC/SSA比值（0.55±0.12 mg OC m-2），表征該海域總沉積有機(jī)碳保存效率最高，該海域海源有機(jī)質(zhì)損失率（約為32.7±14.5％）較高，表明沉積有機(jī)碳的再礦化過程以海源有機(jī)碳損失為主，該海域較弱的成巖作用對沉積有機(jī)碳垂向分布影響有限。
　　(5

9、)通過對位于東海內(nèi)陸架重力管沉積柱狀樣中元素組成、穩(wěn)定碳同位素、木質(zhì)素和沉積綠素的分析，發(fā)現(xiàn)自1970年以來，陸源有機(jī)碳相對貢獻(xiàn)從41％降低至28％,同時木質(zhì)素降解程度卻逐漸升高(P/(S+V):0.12升至0.22;3，5-Bd/V:0.03升至0.09），其主要原因是長江流域建壩和其它人類活動引起的泥沙截留和水土流失增加。分析表明，木質(zhì)素含量在0.35 mg100 mg-1 OC至6.92 mg100 mg-1OC間波動，其含量較低

10、時期往往對應(yīng)于長江流域的嚴(yán)重洪水事件（例如1998年長江大洪水災(zāi)害）和較弱的東亞冬季風(fēng)（EAWM），而高值往往對應(yīng)于EAWM盛行時期，這進(jìn)一步表明水動力分選過程和區(qū)域氣候變化對陸源有機(jī)碳自北向南選擇性輸運(yùn)的顯著影響。沉積綠素含量在663.4 nmol g-1 OC至74.9 nmol g-1 OC范圍內(nèi)變化，并隨深度增加呈現(xiàn)指數(shù)型降低趨勢。通過沉積綠素含量和降解模型擬合，反演了浮游植物生物量的歷史變化，結(jié)果表明浮游植物生物量與長江河流營