东海赤潮区沉积物中有机质来源及其与浮游植物群落关系初探

发布时间：2020-11-05 16:37

【摘要】：长江口及其邻近海域是我国近海富营养化问题最为突出的海域，大规模有害藻华（赤潮）频繁发生，底层水体缺氧现象也呈现出加剧态势。有害藻华发生后，大量死亡藻体沉降进入海底，有可能成为该海域重要的有机质输入来源，对底层水体缺氧带来影响。本文针对长江口及其邻近海域，拟以沉积物作为研究对象，分析该海域沉积物中有机质来源及其含量的长期变化情况，探讨其与浮游植物群落演变的关系，分析藻华发生后藻体沉降情况及其与该海域季节性缺氧事件之间的联系。 于2009年在赤潮高发区（柱样2950）和长江口邻近海域（柱样3100）采集柱状沉积物样品，在210Pb定年的基础上，通过有机碳变化来分析有机质的长期变化情况；通过碳、氮同位素(δ13C、δ15N)和C/N比来追溯有机质的来源；通过沉积物中的色素含量变化来分析浮游植物的长期变化状况。同时，以表层沉积物样品中的色素作为指示物，分析赤潮后期死亡、沉降浮游植物的分布状况，探讨其与底层水体缺氧现象之间的关系。 根据210Pb活度判断，柱样2950和3100所在海域沉积速率分别为0.58cm yr-1和1.23cm yr-1，进一步对其定年分析，二者最远可分别追溯到20世纪20年代和50年代。研究表明，采自长江口邻近海域的柱样3100中δ13C、δ15N值变化不大，主要受到陆源有机质输入的影响，尽管有机碳含量总体上高于柱样2950，但由于沉积环境不稳定，使得有机质和色素含量都呈现波动变化，没有明显规律可循。自赤潮区采集的柱样2950中，有机碳含量从70年代以后开始缓慢增加，在90年代以后明显增加，总氮含量自90年代以后也呈现出显著增加趋势。碳、氮同位素分析表明，90年代后有机碳主要来源于海洋生物生产过程。与柱样中有机碳含量的变化模式相似，柱样中色素含量自70年代开始缓慢上升，但90年代后的变化出现明显差异。总叶绿素a(包括其降解产物脱镁叶绿素a、脱镁脱植基叶绿素a等)及β-胡萝卜素含量在90年代以后明显增加，整体上类似于有机碳含量的变化。硅藻黄素、玉米黄素及叶黄素在柱样中均呈现增加趋势，而别黄素在90年代以后出现下降趋势。我们认为，2950柱样中有机碳含量90年代以后的显著增加可能由于该海域富营养化驱动下初级生产力的提升、底层缺氧问题的加剧，或两者兼而有之。各种特征色素含量在90年代后的显著变化在一定程度上反映出了浮游植物群落的显著变动。 春季赤潮区表层沉积物中的色素以叶绿素a (Chl a)、岩藻黄素(Fuco)、多甲藻黄素(Perid)、19’-丁酰基岩藻黄素(But-Fuco)、别黄素(Allo)、玉米黄素(Zea)和叶黄素(Lut)为主，在所有表层沉积物样品中均可检出。4月初硅藻藻华发生后，表层沉积物中Chl a、Fuco和But-Fuco含量有显著增加，而其它色素的含量和分布状况则没有明显差异。Chl a、Fuco和But-Fuco三种色素高值区分布状况基本一致，均位于调查区域东南侧50m等深线外侧海域，与4月表层水体硅藻藻华的分布状况大致吻合，可以推断硅藻藻华后死亡藻体主要沉降于这一海域。表层沉积物中But-Fuco的存在表明，水体中可能出现了含有But-Fuco的微藻类群所形成的藻华，而且也有与硅藻相似的沉降现象。表层沉积物中Chl a、Fuco和But-Fuco分布的高值区与现场观测到的水体溶氧低值区基本吻合，可以推断沉降的有机物对于该海域夏季缺氧区的形成应具有一定作用，但其具体过程和机制还有待于深入研究。 综合两方面的研究工作可以看出，长江口邻近海域生态环境自20世纪90年代后发生了明显变化，柱状沉积物中有机质含量显著增加；同时，通过色素分析所反映出的浮游植物类群也出现了明显变化。但是，有机质含量的增加是由于富营养化海域有机质供给的增加、底层缺氧区的加剧，还是两者的共同作用，仍需进一步研究。围绕赤潮区藻体沉降与底层水体缺氧关系的研究发现，赤潮区死亡、沉降的藻细胞分布区与底层水体缺氧区基本吻合，有机质的分解无疑将会加剧缺氧现象，两者的协同作用会促使对长江口附近赤潮区生态环境进一步恶化，其过程、趋势和效应值得密切关注。
【学位授予单位】：中国科学院研究生院（海洋研究所）
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：X55
【文章目录】：
致谢
摘要
Abstract
目录
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究现状
    1.3 研究文献综述
        1.3.1 沉积物分层定年学方法
        1.3.2 有机质的组成及来源
        1.3.3 影响有机质积累的因素
        1.3.4 有机质来源示踪的手段
13C）'>            1.3.4.1 碳同位素（δ¹3C）
15N）'>            1.3.4.2 氮同位素（δ¹5N）
            1.3.4.3 碳氮比（C/N）
        1.3.5 色素研究综述
            1.3.5.1 色素的分类
            1.3.5.2 不同浮游植物色素组成特征
            1.3.5.3 浮游植物色素分析方法
    1.4 研究目的和意义
    1.5 创新点
第二章 研究内容与方法
    2.1 采样区域概况
        2.1.1 地理位置
        2.1.2 水文状况
    2.2 样品采集与前处理
        2.2.1 柱状沉积物采集
        2.2.2 表层沉积物采集
    2.3 实验方法
        2.3.1 沉积物分层年代学测定
        2.3.2 有机碳、总氮、碳氮同位素的测定
        2.3.3 沉积物色素分析方法
            2.3.3.1 色素提取
            2.3.3.2 分析方法
    2.4 研究技术路线
第三章 柱状沉积物中有机质含量、来源及色素含量的长期变化
    3.1 柱样定年分析结果
    3.2 研究海域有机质含量长期变化
        3.2.1 有机碳含量
        3.2.2 总氮含量
    3.3 研究海域有机质来源
        3.3.1 碳同位素示踪有机质来源
        3.3.2 氮同位素示踪有机质来源
        3.3.3 碳氮比示踪有机质来源
    3.4 研究海域浮游植物类群指示色素变化情况
        3.4.1 叶绿素a及其降解产物及β-胡萝卜素的变化
        3.4.2 硅藻黄素（Diato）的变化
        3.4.3 硅甲藻黄素（Diadino）的变化
        3.4.4 别黄素（Allo）的变化
        3.4.5 玉米黄素（Zea）的变化
        3.4.6 叶黄素（Lut）的变化
        3.4.7 柱样中其它色素的变化情况
    3.5 讨论
    3.6 小结
第四章 赤潮区春季表层沉积物中色素组成、分布及其变动情况
    4.1 表层沉积物中浮游植物色素变化情况
        4.1.1 叶绿素a的变化
        4.1.2 岩藻黄素（Fuco）的变化
        4.1.3 多甲藻黄素（Perid）的变化
        4.1.4 19’-丁酰基岩藻黄素（But-Fuco）的变化
        4.1.5 别黄素（Allo）的变化
        4.1.6 玉米黄素（Zea）的变化
        4.1.7 叶黄素（Lut）的变化
    4.2 水体中浮游植物指示色素变化情况
    4.3 讨论
        4.3.1 硅藻藻华前后表层沉积物中色素组成、含量与分布的变化
        4.3.2 藻华后期有机质的沉降及其与底层水体缺氧的关系
        4.3.3 缺氧形成的影响因素
    4.4 小结
第五章 结论
参考文献
发表论文情况

【参考文献】

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本文编号：2871898