利用同位素研究珠江口与南海北部氮的生物地球化学过程

发布时间：2020-09-02 10:35

　　氮(N)是构建生命有机体的必需元素,是海洋生物生长中不可或缺的物质,其含量与分布影响着海洋生物生产力。海水中的氮有无机态和有机态两大类,其中以性质稳定的硝酸盐为海洋氮循环中氮的主要形态。随着同位素手段的出现和应用,学者们利用其解决了一系列问题,特别是硝酸盐氮、氧同位素技术的利用,打破了传统方法难以解释海洋中氮源汇以及生物地球化学过程问题的局面。时至今日,大部分的相关工作主要集中在珠江口,而珠江口之外大部分地方,其氮的生物地球化学过程研究较少。这些地方属于寡营养盐海域,但其营养盐来源复杂,既有冲淡水输入,又有黑潮入侵以及大气沉降影响。为探究南海北部不同来源硝酸盐贡献及其转化过程,本研究从两个区域进行了不同水深的采样:从珠江口向外延伸至南海北部海域(雨季)和南海北部海域(夏季),并测定了物化参数、硝酸盐浓度及其氮氧同位素值,结果如下:(1)在雨季,随着淡水-海水混合,来自土壤有机氮再矿化的硝酸盐进入到水里。整体而言,硝酸盐来源包括还原态氮肥(45%),土壤有机氮(29%),粪便和污水(15%),以及大气沉降(11%)。在近岸地区,硝酸盐的不完全同化作用是硝酸盐氮、氧同位素变重的原因,表层水中大气沉降的贡献为9%。由于沉降过程和底部有机物再矿化释放的铵盐,在中层水和底层水中可能还存在着硝化作用。在近海地区,可能由于同化作用,表层水中的硝酸盐几乎被消耗殆尽,然而,不重的硝酸盐氮、氧同位素值表明大气沉降的贡献较大(20%)。在底层水,硝酸盐氮、氧同位素值表明沉积物孔隙水可能发生硝化和反硝化过程。(2)在夏季,受粪便和污水(63%),大气沉降(19%),土壤有机氮(12%)和还原态氮肥(6%)的影响,在靠近珠江口的近岸上层水观察到较高水平的硝酸盐和较重的硝酸盐氮同位素值。对中层水和外部区上层水,受黑潮侵入(60%),大气沉降(32%)和固氮/硝化(8%)影响,观察到低浓度的硝酸盐、较轻的硝酸盐氮同位素值以及较重的硝酸盐氧同位素值。底层水中氮的生物地球化学过程比较复杂,硝化作用和浮游植物同化作用可能是导致硝酸盐氮同位素较重的原因。
【学位单位】：广东海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X142
【部分图文】：

循环过程,海洋

球化学过程息息相关，同时，氮又是海洋碳输出的重要控量与分布能够影响大气 CO2的浓度甚至是全球气候变化[海洋学家持续关注限制海洋浮游植物生长速率的因子，海始为人们所了解[6-10]。随着人类社会的快速发展，人类活致水体缺氧、富营养化，甚至严重破坏海洋生态系统平衡，能够在一定程度上帮助我们缓解上述环境问题，还能够在不同海区的封存效应，从而减缓全球气候变暖。中形态多样，包括溶解于水中的氮气（N2）、二氧化氮（和氧化亚氮（N2O），无机盐形式的硝酸盐（NO3-）、亚硝酸盐（，溶解态或颗粒态有机氮（DON 或 PON），以及有机氮化氮是处于不断变化的。一种形态的氮在生物、化学和物理一种形态转化，这些不同氮形态相互转换的循环过程组成硝化作用、反硝化作用、同化作用、固氮作用以及氨化作用不同形态氮在海洋中的转化过程：

同位素特征,硝酸盐,不同来源,氧同位素

有效估算各个来源的贡献程度。目前，已有大量的研究成果表明这些来源的氮、氧同位素特征（图 1-2）。从图1-2 可看出，降雨及肥料 NH4+、动物粪便及废水和土壤氮硝化作用生成的硝酸盐氧同位素在相近的范围内，没有办法判断是哪个主要来源决定了研究海域的氮，但是这些来源氮同位素值存在差异，因此可以根据这个特征判断研究海域的氮源贡献情况[65]；相反，降雨及肥料 NH4+和土壤氮硝化作用生成的 NO3-、大气沉降 NO3-和 NO3-化肥的氮同位素具有一定的重叠，不能作为判断的依据，但是氧同位素值存在较大差异，由此同位素特征可以区分来源。因此，硝酸盐的氮、氧同位素特征可用来区分来源并计算其贡献。

氮循环,硝酸盐氮,富集因子,氧同位素

利用同位素研究珠江口与南海北部氮的生物地球化学过程位素发生改变，大量的研究工作中表明，这些改变都有相应的规律，有利于促进氮循环过程的研究。河口近海海域有着复杂的生物过程，随着这些反应的进行，硝酸盐氮、氧同位素发生变化，帮助研究人员判断水体中氮元素的循环过程，并对氮元素受这些过程影响程度作出估算。

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