长江口及其邻近海域孔隙水地球化学特征

摘
要 ： 对长江口沉积物有机碳 、 总氮 、 总磷 、Fe、Mn、Al 及孔隙水和上覆水体中营养盐 、Fe、Mn 的含量进行了测
试， 结合早期成岩模型及地球化学热力学分析， 探讨了在河口环境中影响孔隙水营养盐和 Fe、Mn 分布的主要因素，
－ 并对沉积物 - 水界面营养盐扩散通量进行了估算 。 结果表明， 孔隙水中 NH4+ 、NO3－ 、PO3 H4 SiO4 和 Fe 、Mn 的含量显 4 、
Geochemical characteristics of pore water in the Yangtze Estuary and adjacent areas
ZOU Jianjun， SHI Xuefa＊ ， LIU Jihua and ZHU Aimei
( Key Laboratory of State Oceanic Administration for Marine Sedimentology and Environmental Geology， First Institute of Oceanography， State Oceanic Administration， Qingdao 266061， China )
收稿日期 ( Received ) ： 2009 － 12 － 10 ； 改回日期 ( Revised ) ： 2010 － 04 － 06 ； 接受日期 ( Accepted ) ： 2010 － 07 － 28 “我国近海海洋综合调查与评价 ” 基金项目 ： 国家海洋局 专项 ( 908-0202-05， 90801-CJ08 ) ； 山东省青岛市留学归国项目 ( Q0612 ) ； “泰山 建设工程专项 学者 ” 作者简介 ： 邹建军 ( 1979 － ) ，男，博士后，主要研究方向为海洋地球化学 。 E-mail: zoujianjun@ fio． org． cn ＊ 通讯作者 ( Corresponding author ) : SHI Xue-fa， Email: xfshi@ fio． org． cn， Tel: + 86532-88962793
－ 的形态有关 。 通量计算结果显示 NH4+ 、NO3－ 、PO3 4 、H4 SiO4 、Fe 和 Mn 向上覆水体扩散的通量分别为 356 ～ 3074
μmol / ( m2 · d ) 、 － 45． 3 ～ 62． 6 μmol / ( m2 · d ) 、 － 0． 3 ～ 1． 7 μmol / ( m2 · d ) 、323 ～ 3172 μmol / ( m2 · d ) 、3． 0 ～ 10． 5 μmol / ( m2 · d ) 和 35． 7 ～ 439． 5 μmol / ( m2 · d ) 。 N、 P、 Si 界面通量对上覆水体浮游生物所需营养盐的贡献分别为 因此在考虑长江口区域浮游生物所需营养的来源时， 沉积物 0． 19% ～ 1． 65% 、0． 13% ～ 0． 14% 和 1． 2% ～ 12． 2% ， 水界面营养盐扩散通量可以忽略 。 关键词 ： 营养盐； 孔隙水； 早期成岩； 长江口 中图分类号 ： P592 ； P736． 4 文献标识码 ： A 文章编号 ： 0379 － 1726 ( 2010 ) 06 － 0580 － 10
著高于上覆水体 。早期成岩过程是控制长江口沉积物孔隙水营养盐和 Fe、Mn 分布的主要因素 。 NH4+ 剖面暗示长江 口近岸和远岸海域存在两类不同的生物地球化学过程 。 孔隙水 Fe、 Mn 剖面暗示在河口环境中其是有机质降解的重 要电子受体 。在近岸海域 MnO2 可能是底部 NH4+ N 移除的重要机制 。长江口孔隙水中低磷酸盐与铁及沉积物中磷
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引
言
用箱式取样器获取无扰动岩芯及上覆水体样品 。取 样站位示意图见图 1。 获取无扰动岩芯后立即将其 转移至充满氩气的手套箱内，采用气压式尼龙压榨 机制取孔隙水及沉积物样品 。本试验中所采用的孔 隙水压榨装置可以在短时间 ( 约 30 min ) 内一次压榨 12 个样品 ( 约 10 mL ) 。压榨装置底部加载过滤膜孔 径 0． 22 μm ( 过滤膜直径 90 mm ) 的醋酸纤维滤膜， 获取的样品不经过滤，直接存在酸洗净的样品瓶 中。 在用于 Fe、 Mn 分析的孔隙水样品中加入双蒸馏 硝酸， 并常温保存在聚丙烯瓶中 。 用于营养盐分析的 样品直接存储在聚丙烯瓶中， 冷冻保存 。 压榨后的沉 积物样品存储在干净的塑料袋内， 保存在 － 20 ℃ 冰 上述操作皆在手套箱内完成。 在进行孔隙水制 箱中。 取之前，用汞电极和铂电极分别测试沉积物及孔隙 测试时等 pH 计和 Eh 计读数稳定 水的 pH 及 Eh 值。 后才进行计数 。 采样站位及上覆水详细信息见表 1。
Abstract: The major factors that govern the vertical distributions of nutrients and Fe2 + ， Mn2 + in pore water were studied by analyzing the concentrations of nutrients and Fe， Mn in pore water and overlying water and total organic carbon， total nitrogen， phosphorus， iron， manganese， aluminum in sediments in the Yangtze Estuary， combined with early diagenesis model and geochemical thermodynamic analysis． The benthic fluxes of nutrients， Fe and Mn were calculated． The results show that the concentrations of nutrients， Fe， Mn in pore water are much higher than those in overlying water． The interstitial nutrients， iron and manganese are mainly controlled by early diagenetic processes in Yangtze Estuary sediments． Interstitial ammonium profiles indicate that there are two different kinds of biogeochemical processes in near and off shore areas． Interstitial iron and manganese profiles indicate that they are important electron acceptor for organic carbon degradation in the Yangtze Estuary． Manganese peroxide plays an important role in the removal of ammonium in the lower part in the near shore area． The lower concentrations of phosphate in pore water are related to iron and phosphorus forms in sediments． The diffusive fluxes toward the － 2 overlying water of NH4+ ， NO3－ ， PO3 4 ， H 4 SiO 4 ， Fe and Mn range between 356 and 3074 μmol / ( m · d ) ， 2 2 2 － 45． 3 and 62． 6 μmol / ( m ·d ) ， － 0． 3 and 1． 7 μmol / ( m ·d ) ， 323 and 3172 μmol / ( m ·d ) ， 3． 0 and 10． 5 μmol / ( m2 · d ) and 35． 7 and 439． 5 μmol / ( m2 · d ) ， respectively． The contributions of diffusive fluxes of nitrogen， phosphorus， silicate for the nutrients required by the plankton in the surface water range between 0． 19% and 1． 65% ， 0． 13% and 0． 14% ， 1． 2% and 12． 2% ， respectively． The diffusive fluxes can be neglected when
第 39 卷 第 6 期 2010 年 11 月
Vo来自百度文库． 39， No． 6 ， 580 ～ 589
GEOCHIMICA
Nov．， 2010
长江口及其邻近海域孔隙水地球化学特征
邹建军，石学法＊，刘季花，朱爱美
( 国家海洋局 第一海洋研究所 海洋沉积与环境地质国家海洋局重点实验室，山东 青岛 266061 )
海洋沉积物地球化学组成受物源组成及埋藏后 化学 、物理和生物过程的综合控制，这些过程通常 称为早期成岩作用
[1]
。海洋沉积物中正在发生的生
物地球化学过程对于许多元素的区域和全球循环具 有深远的影响 。认识和理解这些过程对于准确地解 释古海洋记录 、 估计元素界面通量 、 阐明元素循环过 程和迁移机制及评价沉积环境质量都具有重要的意 义 。 孔隙水地球化学是早期成岩过程敏感的指示 剂。目前已知，有机质降解是早期成岩过程的主要 驱动力，对其降解产物的分析是理解成岩反应和认 识沉积物生物地球化学带的关键 。 河口海岸带区域以高沉积速率和表层水高生产 力为典型特征 。沉积物能不断获得新鲜有机质的补 充，这使得河口海岸带区域沉积物生物地球化学过 程非常复杂 。如何对这些过程进行定量评价一直是 科学界的一个重要目标 。成岩模型是定量评价早期 成岩过程的一个有效方法 [ 1 － 6 ] 。 最早对长江口孔隙水开展系统研究的是 Aller 他们对河口不同区域沉积物孔隙水的营养 et al． [ 7 ] 。 2－ 盐和 SO4 进行了分析，并计算了沉积物水界面的 营养盐通量 。已有的研究表明长江口区域的沉积速 率存在差异，但是沉积速率都非常高 ( 0． 5 ～ 5． 0 近 20 年来， 伴随着我国工农业的快速发 cm / a ) [ 8 － 9 ] 。 展，河口海岸带环境受到了人类活动大量的影响 。 底层水缺氧面积的不断扩大即是人类活动的结果 。 基于上述 2 个因素，需要在人类活动加剧的大背景 下， 重新认识长江口区孔隙水的地球化学组成 。 近年来已有部分学者主要对长江口的孔隙水营 养盐进行了研究 [ 10 ] ， 但是对孔隙水地球化学系统研 究的报道仍然较少。本文的主要目的是系统报道长 江口不同区域孔隙水的地球化学组成，并对长江口 早期成岩过程进行定量评价 。
G eochimica Vol． 39 No． 6 pp． 580 ～ 589 Nov．， 2010
第6期
邹建军等 ： 长江口及其邻近海域孔隙水地球化学特征
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we consider the source of nutrients required by plankton in the Yangtze Estuary． Key words: nutrients; pore water; early diagenesis; Yangtze Estuary 在长江口及其邻近海域进行底质调查 。调查期间使