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摘要
河口和陆架区的陆源有机碳在全球碳循环中起着重要作用,研究其所占的比例和分布具有重要意义。同时,对流域和海洋沉积物柱样的研究将有助于揭示陆源有机碳生成、迁移和沉积的变迁历史和控制因素。本文根据木质素丰富的含量和特征参数,结合沉积物的粒径、有机碳含量、总氮含量和有机碳稳定同位素,分析了渤、黄、东海陆架区表层沉积物中陆源有机物的特征与分布,并测定了长江中游大九湖柱样和天鹅洲柱样、胶州湾柱样和黄海中部E2柱样。大九湖柱样的底部年代约为一万两千多年以前,将有助于了解长时间尺度上陆源有机碳生成和保存的影响因素;天鹅洲经历了1972年长江改道、周围农业发展、自然保护区的建立、1998年特大洪水和堤坝的建设,将有助于了解自然事件和人文活动对流域内陆源有机碳的迁移的影响;胶州湾柱样记录了1840s以来陆源有机碳输送的自然过程和城市化的影响;黄海中部E2柱则可能记录了黄河入海口变迁等因素对陆源有机碳输送入海的影响。渤、黄、东海陆架区表层沉积物中陆源有机物所占的比例为3%～69%,并且近岸和河口附近的值总体较高。长江口以南的离岸降低趋势最为明显,可能是因为台湾暖流的阻隔和较大的水深梯度;而在33°N～31.5°N之间陆源有机物则可能随苏北沿岸流向东南方向扩散。另外,长江口、黄河口、老黄河口和浙闽沿岸海区是河流入海物质的主要沉积区,木质素含量较高;而长江口以南、123°E以东海区、黄海中部、北黄海东部站位和渤海中央海盆的木质素绝对含量较低。研究区域的木质素主要源于草本和木本混合的被子植物,降解程度总体较高。对长江口邻近区域的进一步分析表明这些陆源有机物主要是土壤有机质而不是新鲜的植物碎屑,与其他研究区域的情况类似。渤海的木质素参数大多与东海相近,但显著不同的Pd/Pon能够将二者区分开,且与河流悬浮颗粒物的特征对应,由此可以初步推测南黄海的陆源有机物来源:33°N以南以长江源为主,33°N以北近岸受老黄河口影响显著而远岸的特征与渤海相近。此外,作为陆源有机物的生物标志物,木质素在东海陆架区的埋藏效率较高,可能与长江口和浙闽沿岸泥质区较高的沉积速率以及陆源有机物较强的抗降解能力有关。对大九湖柱样的分析表明,其有机物的主要来源是陆地C3植物,且以草本被子植物为主。植被变化是影响有机碳含量的重要因素,且与气候变迁密切相关,总体上暖期的有机碳含量较高。有机碳的保存受到降解的影响。柱样中的木质素经历了中等程度的氧化降解,棕腐菌的去甲基/去甲氧基过程是控制其含量的主要降解途径。在温暖湿润的全新世气候最适宜期,木质素具有较高的降解程度。天鹅洲柱样的结果表明,自然环境变迁和人文活动强度的变化对陆源有机物在流域内部的迁移沉积影响显著。底部沉积物颗粒粗、有机物含量低、降解程度高,可能是1972年长江截弯取直前的河滩沉积;向上沉积物颗粒显著变细、有机物含量升高、降解程度降低,可能是由于当地的陆源物质输入增多、营养水平升高;80年代农业的发展可能是陆源有机物增多的原因,而90年代初自然保护区的建立则使水土流失减弱;1998年洪水冲积层的OC%、TN%、∑8和∧8等显著升高,而(Ad/A1)v显著降低;洪水过后大堤的修筑使水动力减弱、颗粒物变细。另外,1998年洪水层的特征具有判别洪水灾害事件的潜在价值,据此识别出70年代初和80年代初两个疑似洪水层,可能与对应年代的洪水事件有关。胶州湾柱样体现了降水量变化和人文活动对陆源有机物入海记录的影响。木质素含量与汛期年代际降水量有显著的对应关系,说明汛期的降水量及受其控制的径流量和输沙量可能是控制陆源有机物输入的重要因素。另外,1840s～1910s初的有机物来源和埋藏都比较稳定,陆源有机物含量较低,为研究人文活动的影响提供了背景值。1910s以后人文活动的加强使陆源有机物输入增加并且木质素的降解程度也有所降低,而现场生产的有机碳的含量则先升高、后降低。在黄海中部E2柱中,从下往上,在118cm和50cm处陆源有机物含量有不同程度的下降;木质素降解程度在118～154cm比较低且很稳定,从117cm向上逐渐升高,50cm以上最高;结合C/N、木质素含量与OC%得出,118～154cm的海源有机碳含量很低,往上则是升高的。这些变化可能与历史上的黄河改道、气温变化、河堤修筑、洪水发生频率的变化以及农业活动的影响有关。此外,黄海冷水团区春华导致的季节性高生产力可能已经足以使上层沉积物具有较高的有机碳含量。综上所述,至少在长时间尺度上,气候可能是影响陆源有机碳生成的重要因素,现场降解则会影响其保存;陆源有机物的迁移可能受到洪季或汛期的降水量、洪水发生频率、河堤修筑、土地利用以及大河入海口变迁等因素的影响。
