珠江口水体和沉积物有机碳的来源及其生物地球化学特征

发布时间：2018-01-05 16:09

  本文关键词：珠江口水体和沉积物有机碳的来源及其生物地球化学特征　出处：《中国科学院研究生院(广州地球化学研究所)》2016年博士论文　论文类型：学位论文

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【摘要】：珠江口水体中存在的颗粒物有机碳(Particulate organic carbon,POC)、溶解有机碳(dissolved organic carbon,DOC)是珠江口碳循环的一个重要组成部分,是我们了解珠江口河口碳循环的重要途径。相关研究显示,20世纪80年代的珠江口水体有机碳可能主要来自于河流输送的陆源有机碳。与20多年前相比,珠江口水域环境在最近10~20年出现了变化,主要是90年代以后,珠江流域修建的大型水库拦截了大量的入海泥沙和悬浮颗粒物,导致陆源输入珠江口的有机碳含量减小。另外农业活动、工业生产、生活废水以及海水养殖等工农业活动的加强使得珠江口营养盐输入增加,促进了浮游植物的生长。这些条件的改变可能使珠江口有机碳的来源在最近一些年发生了变化。珠江口处于典型的亚热带季风气候区,季节性的气候变化对POC和DOC的来源和输入方式以及河口行为的影响尚缺乏详细的调查研究。目前尚不清楚,河口区POC和DOC的性质与来源是否随不同季节环境的变化而存在相应的变化。此外,河口环境中的不管是沉积物中还是水体颗粒物中的生物标记化合物都是能识别有机质物源的指纹标志物,能为辨别河口环境有机质的精确来源提供帮助。目前相对较少的研究关注于珠江口颗粒物中的生物标记化合物,珠江口颗粒物脂类生物标记化合物有着怎样的物源和环境指示意义还需要进一步的调查研究。本论文选取珠江口水体POC、DOC、表层沉积物有机碳以及颗粒物和表层沉积物中生物标记化合物作为研究对象,结合流域水文数据和反映水体化学性质的参数,利用碳同位素和生物标记化合物的示踪作用,辨析了珠江口水体不同形态碳的来源和季节变化、及其在河口的生物地球化学过程。并探讨了珠江口颗粒物和表层沉积物中生物标记化合物的物源指示意义和环境指示意义。本论文得出了以下几点主要认识:1.珠江口表层水体POC和DOC具有不同的来源,POC以水生浮游植物输入为主,DOC以陆源有机质输入为主。POC和DOC分布表现出季节性差异,11月、8月和2月POC的主要来源是水生浮游植物(80%),而5月份在盐度小于15的区域,POC的主要来源是陆源有机碳(~76%),随着盐度增加,陆源有机碳的信号逐渐减弱。8月份,河流输送的陆源有机碳含量增加,使得珠江口DOC含量也增加。不同季节水体有机碳都显示DOCPOC。POC和DOC含量、δ13CDOC和δ13CPOC值以及δ13Cphyto(浮游植物碳同位素)值在上游河口和下游河口表现出不同的变化规律,显示珠江口上游河口受净呼吸作用的影响,而下游河口主要受净生产作用的影响。poc进入河口后下降的幅度大于doc(从淡水到含盐水体poc含量下降~67%,doc含量下降了~39%),这可能与微生物对新鲜浮游植物有机碳降解的速率高于年龄较老的陆源碳有关。2.珠江口表层水体颗粒物正构烷烃、脂肪酸以及醇类化合物的分布特征反映了珠江口颗粒物主要来源于水生浮游植物,陆源和微生物输入也有不同程度的贡献(浮游植物贡献正构烷烃~47%,脂肪酸~73%,直链醇~75%;陆源有机质贡献正构烷烃~4%,脂肪酸~3%,直链醇~21%;细菌贡献脂肪酸~24%,直链醇~4%)。从空间变化来看,不同来源脂肪酸和醇类化合物(藻类、细菌、陆源)含量在淡水水体(盐度接近于0)中含量较高,显示主要受到陆源输入和浮游植物输入的影响。盐度小于5的区域,含量下降明显(从淡水水体进入含盐水体颗粒物总脂肪酸含量下降了~28%,总醇类化合物含量下降了~49%),表明了这一区域主要受到了微生物和化学降解作用的影响,浮游植物生产量减少,絮凝沉降也可能有一定的影响。而中高盐度区(15~30)浮游植物生产量的提高则造成了脂肪酸和醇类化合物含量的增加。从季节变化来看,5月份,长链正构烷烃(nc25+nc27+nc29)含量、正构烷烃cpi24-34值、ter/mar值、oep值显著高于其他季节,而mar-aq指标则显著低于其他季节,表明珠江口表层颗粒物5月份陆源有机质的输入增加。3.沉积物中的有机碳、正构烷烃、脂肪酸、醇类生物标记化合物与颗粒物相比,都表现出陆源信号加强而浮游植物信号减弱的特征(沉积物中有机碳的陆源贡献比例增加~37%,浮游植物贡献比例减少~37%;正构烷烃的陆源贡献比例增加~22%,浮游植物贡献比例减少~4%;脂肪酸陆源贡献比例增加~5%,浮游植物贡献比例减少~20%;醇类化合物陆源贡献比例增加~48%,浮游植物贡献比例减少~46%)。其原因可能是颗粒物向水体沉积物沉降的过程和/或沉积有机质的降解过程中,相对不稳定的自源有机质(水生浮游植物)在微生物作用下被优先降解,而相对稳定陆源有机碳降解较少,使得更多陆源有机质在沉积物中得以相对富集。4.珠江口表层水体颗粒物和沉积物类异戊二烯结构的甘油二烷基甘油四醚类脂化合物(isoprenoidglyceroldialkylglyceroltrtraethers,isogdgt)主要来自水体奇古菌。表层水体温度,水体铵根离子含量(nh4oxygen,do)可能是控制珠江口水体isogdgts分布的主要环境因素。珠江口及邻近陆架浅水区与南海相比古菌类型上存在差异,可能是造成这一区域悬浮颗粒物(suspendparticulatematter,spm)和表层沉积物中由指标tex86分别低于原地表层水体温度和年均表层水体温度的原因。基于珠江口表层水体spm不同季节tex86n=43),重新评估了这一区域水体温度与TEX86H的关系。通过这一关系由表层沉积物重建的表层水体温度可能接近年均表层水体温度。珠江口SPM和沉积物支链GDGTs(br GDGTs)的分布特征表明陆源土壤输入与原地生产都对珠江口br GDGTs产生了一定的影响。沉积物br GDGTs受到水生br GDGTs的影响相对要小。这一结果与表层沉积物有机碳、正构烷烃、脂肪酸以及醇类化合物中的陆源信号相比颗粒物更加明显的结果相对应。研究珠江-伶仃洋-陆架边缘海这一海陆相互作用带上不同季节POC和DOC含量与同位素的分布特征,探讨有机碳来源及其生物地球化学过程,以及研究这一海陆相互作用带上生物标志物的分布特征,阐明基于生物标记物的海陆环境代用指标的物源指示意义及环境指示意义。这对于深入开展南海北部近岸环境变化及生物地球化学过程和记录等方面的工作具有重要的科学意义。这一研究为认识这一区域碳循环过程提供了基础数据,也为该区域有机质来源的合理解释,以及沉积记录的古环境古气候重建提供参考。
[Abstract]:Organic carbon ( POC ) , dissolved organic carbon ( DOC ) in the Pearl River Estuary is an important component of the carbon cycle in the Pearl River Estuary . 2 . The distribution characteristics of n - alkanes , fatty acids and alcohol compounds in the surface water bodies of the Pearl River Estuary reflect that the particles of the Pearl River Estuary mainly come from the aquatic phytoplankton , the terrigenous source and the microbial input . The distribution characteristics of the particulate normal alkanes , the fatty acids and the alcohol compounds also contribute to different degrees ( phytoplankton contribution normal paraffin ~ 47 % , fatty acid ~ 73 % , linear alcohol ~ 75 % ; organic contribution of terrigenous organic matter : normal paraffin ~ 4 % , fatty acid ~ 3 % , linear alcohol ~ 21 % ; bacterial contribution fatty acid ~ 24 % , linear alcohol ~ 4 % ) . The content of organic carbon , n - alkanes , fatty acids and alcohol biomarkers in the sediments decreased by ~ 28 % and the content of total alcohols decreased by ~ 49 % . This paper deals with the distribution of organic carbon , normal alkanes , fatty acids and surface sediments in the Pearl River Estuary . The results show that the surface water temperature may be close to the annual average surface water temperature .

【学位授予单位】：中国科学院研究生院(广州地球化学研究所)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X52;P593
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本文编号：1383843