山東南部近海沉積物中碳、氮、磷的分布特征

呂桂才, 張 哲, 王江濤, 譚麗菊

(中國海洋大學 海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室, 山東 青島 266100)

山東南部近海沉積物中碳、氮、磷的分布特征

呂桂才, 張 哲, 王江濤, 譚麗菊

(中國海洋大學 海洋化學理論與工程技術教育部重點實驗室, 山東 青島 266100)

對山東近海31個站位表層沉積物中的總氮、總磷和總有機碳的含量和分布特征進行了研究。結果表明, 總氮、總磷和總有機碳含量均較低, 高值區主要分布在膠州灣及灣口和北部海域, 總氮濃度范圍為0.31～0.75 mg/g, 平均值為0.52 mg/g, 總磷濃度范圍為0.18～0.32 mg/g, 平均值為0.24 mg/g, 總有機碳濃度范圍為0.17%～0.49%, 平均值為0.33%。相關性分析表明, 總氮和總有機碳的相關性較好, 總有機碳和總氮比值(TOC/TN)略高于Redfield比值, 表明這兩種生源要素的來源可能是一致的。

山東近海; 沉積物; 總氮; 總磷; 總有機碳

沉積物作為環境演變較為完備的信息載體, 系統地記錄了整個海洋生態系統中生物、物理及化學作用過程, 保存了自然因素和人為因素對環境的影響記錄。沉積物中的有機質包括碳、氮、磷以及可以作為環境狀況有效的指示因子等。近海沉積物接收了大量來自于陸源輸入氮、磷、碳及有機污染物,經過礦化作用轉化為無機鹽, 并通過海水-沉積物界面交換重新釋放到水體中, 參與再循環, 是近海水體中生源要素的重要來源[1,2]。沉積物中的有機質是氮、磷、碳等生源要素生物地球化學循環的重要組成部分, 研究沉積物中有機氮、磷、碳對于了解近岸水體中的生源要素具有重要的意義[3,4]。

作者以山東近海31個站位的表層沉積物為研究對象, 分析了其有機氮、磷、碳的含量、分布特征及各要素之間的相關性, 并對沉積物中有機質的來源進行了初步探討。

1 樣品的采集與分析方法

1.1 樣品的采集

沉積物樣品于2007年10月30日到2007年11月7日采集于山東近海的31個站位, 站位如圖1所示。現場取樣是采用不銹鋼抓斗式采樣器采集表層沉積物樣品, 采樣操作嚴格遵守《海洋化學調查技術規程》的要求。

1.2 樣品分析方法

樣品分析按照《海洋化學調查技術規程》上的要求進行。總氮(TN)用凱式滴定法測定; 總磷(TP)用分光光度法測定; 總有機碳(TOC)用重鉻酸鉀氧化-還原容量法測定。TN、TP和 TOC的含量用 1g沉積物(干質量)中含有的毫克數表示(mg/g)。

2 沉積物中C、N、P的含量及分布特征

調查海區總氮的濃度范圍為 0.31～0.75 mg/g,平均值為0.52 mg/g, 平面分布如圖2所示。由圖可見, 總氮的高值區位于膠州灣口和調查海域北部,膠州灣內 5個站位總氮的濃度范圍為 0.32～0.63 mg/g, 濃度也較高, 顯示了陸源輸入的影響。調查海區北部高TN值呈舌狀向南延伸, 可能與這一地區夏季較高的初級生產有關。大量的含有有機氮的顆粒物輸送到海底, 從而導致其TN濃度高于其他海區。

調查海區總磷的濃度范圍為 0.18～0.32 mg/g,平均值為0.24 mg/g。如圖2所示, 沉積物中總磷濃度在調查海區北部、中部和青島前海附近出現明顯高值區, 其中膠州灣內站位總磷的濃度較低, 濃度范圍在0.21～0.27 mg/g, 平均值為0.23 mg/g。

各海區沉積物中總氮和總磷的含量如表1所示。總體來說, 山東南部近海沉積物中總氮和總磷含量低于渤海和北黃海, 與南黃海、膠州灣和柘林灣相近。但海區沉積物總氮和總磷含量的高值低于南黃海和柘林灣, 總氮含量略高于膠州灣內含量, 總磷與膠州灣內相近, 說明山東南部近海沉積物中的總氮和總磷含量相對較低。

圖1 站位分布Fig. 1 Sampling stations

表1 各海區總氮和總磷的含量比較Tab. 1 Comparisons of TN and TP in various sea areas

調查海區總有機碳的濃度范圍為 1.717～4.941 mg/g, 平均值為3.340 mg/g, 低于海洋沉積物質量標準[16]規定的一類沉積物中總有機碳含量上限。總有機碳的平面分布如圖2, 其分布趨勢和總氮的分布一致, 濃度高值分布在膠州灣口和調查海域的北部,北部總有機碳高值區呈舌狀向南延伸。膠州灣內站位總有機碳的濃度范圍為 2.522～4.443 mg/g, 平均值為3.793 mg/g, 略高于總平均值。

如果沉積物中的氮、磷、碳有相同的來源, 應當有良好的相關關系[17]。本文對沉積物中總氮、總磷、總有機碳的濃度作相關分析, 結果如圖3所示。各有機質間都具有一定的相關性, 總有機碳-總氮、總氮-總磷和總磷-總有機碳的相關系數分別為 0.821、0.655、0.541, 相關性都較好, 沉積物中的總氮、總磷和總有機碳可能有相近的來源。

圖2 沉積物各有機質平面分布圖(mg/g)Fig. 2 Horizontal distribution of each organic matter in the sediment(mg/g)

在海洋沉積物中, 碳、氮原子比的大小常被用來作為判斷有機物的來源。Milliman等[18]將碳、氮原子比大于12的劃為陸源有機物, 碳、氮原子比小于8的劃為海源有機物。本文研究海域總有機碳/總氮(TOC/TN)比值為7.5, 與Redfield比值6.6很接近, 這說明沉積物中的有機碳和總氮可能以海洋自生的為主。由于沉積物中有機氮的降解速率大于有機碳[9],因而TOC/TN的值略大于Redfield比值, 但也不排除部分有機質來自陸源。總氮/總磷(TN/TP)約為 4.70,這可能是因為相對于氮而言, 沉積物總磷中包含了較大比例的礦物結合態磷。

3 結論

通過對山東南部近海31個站位表層沉積物樣品數據的分析, 山東南部近海總氮、總磷和總有積碳含量相對較低, 高值區主要集中在膠州灣及灣口和北部調查海區。相關性分析表明, 沉積物中的總氮和總有機碳主要來源于海洋自生。

圖3 沉積物中碳、氮、磷的相關關系Fig. 3 Correlation of C, N, and P in the sediment

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Distribution characteristics of carbon, nitrogen and phosphor in the sediments of southern Shandong adjacent seas

Lü Gui-cai, ZHANG Zhe, WANG Jiang-tao, TAN Li-ju
(Key Laboratory of Marine Chemistry Theory and Technology, Ministry of Education, Ocean University of China,Qingdao 266100, China)

Mar., 9, 2010

Shandong adjacent sea; sediments; total nitrogen; total phosphor; total organic carbon

We studied the contents and distribution characteristcs of total nitrogen(TN), total phosphor(TP), and total organic carbon(TOC) in the surface sediments of southern Shandong adjacent seas. TN, TP and TOC were not very high in these areas. The relative higher districts were at the mouth of the Jiaozhou Bay and northern of the research area. The concentration of TN ranged from 0.31 mg/g to 0.75 mg/g with a mean of 0.52 mg/g. TP ranged from 0.18 mg/g to 0.32 mg/g with a mean of 0.24 mg/g. TOC ranged from 0.17% to 0.49% with a mean of 0.33%.The correlation analysis showed that TOC and TN had relatively better result. The ratio of TOC/TN was a little higher than the Redfield ratio, which means these two biogenic factor may come from the same source.

P734.2

A

1000-3096(2010)09-0001-04

2010-03-09;

2010-04-23

山東省 908專項近岸海域生物生態和化學調查項目(SD-908-01-05.06); 國家自然科學基金項目(41076065)

呂桂才(1985-), 男, 山東臨沂人, 碩士研究生, 從事海洋化學研究, 電話： 0532-66786616, E-mail： lvguicai@163.com; 王江濤, 通信作者, 電話： 13605325850, E-mail： jtwang @ouc.edu.cn

(本文編輯： 康亦兼)