渤海顆粒有機碳與生物硅的分布及來源

冉祥濱，車宏，2，孫濤，馬永星，劉森，臧家業(yè)

（1.國家海洋局第一海洋研究所海洋生態(tài)研究中心，山東青島 266061；2.中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東青島 266100；3.青島大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東青島 266062）

渤海顆粒有機碳與生物硅的分布及來源

冉祥濱1，車宏1，2，孫濤1，馬永星3，劉森1，臧家業(yè)1

（1.國家海洋局第一海洋研究所海洋生態(tài)研究中心，山東青島 266061；2.中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東青島 266100；3.青島大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，山東青島 266062）

海洋碳、硅循環(huán)及其相關(guān)聯(lián)的生物地球化學(xué)過程是全球環(huán)境變化的熱點問題，也是海洋科學(xué)關(guān)心的重要領(lǐng)域。利用2012年5月和11月份對渤海海域的調(diào)查結(jié)果，對該海域顆粒有機碳和生物硅的分布特征及來源進行了討論。主要結(jié)論為：渤海有機碳以溶解有機碳為主，具有春季高和秋季低的特征；由陸地來源和海洋自生的有機碳組成，且以海洋來源的有機碳為主。渤海生物硅分布具有明顯的梯度特征，河流輸入同樣對其含量的影響較為突出。渤海沉積物中生物硅含量較高，明顯高于中國東部陸架海。渤海表層沉積物中生物硅主要是海源的，依次由浮游藻類、植硅體和海綿骨針?biāo)鶚?gòu)成，其中浮游藻類占62.9%，陸源植硅體占31.1%。渤海沉積物發(fā)現(xiàn)了來自于草本植物的植硅體，這說明了陸地產(chǎn)生的植硅體對海洋生物硅的貢獻(xiàn)。

渤海；顆粒有機碳；生物硅

1 引言

全球碳循環(huán)是國際地圈-生物圈計劃（International Geosphere-Biosphere Programme，IGBP）的核心問題之一。海洋碳循環(huán)及其相關(guān)聯(lián)的硅生物地球化學(xué)過程是全球環(huán)境變化的熱點問題，也是海洋科學(xué)關(guān)心的重要領(lǐng)域［1—2］。河流影響下的邊緣海又是陸源有機碳和生物硅在海洋中的主要儲庫，是有機碳和生物硅埋藏、轉(zhuǎn)化的主要場所，在全球碳與硅的生物地球化學(xué)循環(huán)中起著重要作用［2—3］。海水中有機碳與生物的生命活動、初級生產(chǎn)力密切相關(guān)，是海洋碳固化與遷移的主要形式；海洋中的生物硅又主要來源于硅藻、放射蟲和海綿骨針等，特別是硅藻控制了全球海洋40%以上的初級生產(chǎn)力［1］。在宏觀上，水體中顆粒有機碳和生物硅的分布、含量與上層水體初級生產(chǎn)密切相關(guān)［1—2］；在微觀上，硅藻體內(nèi)硅與碳在分子或細(xì)胞水平上的相互作用還很大程度上影響了二者的埋藏和重新釋放等過程［4］。

相比于河流生物硅的含量而言，海洋中生物硅的含量普遍較低，且不同海區(qū)差異較大［3，5］。不過，海洋面積巨大，約占地球表面積的2／3，全球海洋中生物硅的總量可達(dá)240×1012mol／a，其與陸地植物產(chǎn)生的生物硅的總和相當(dāng)［6］。由此可見，海洋中生物硅在硅循環(huán)中起著非常重要的作用。再者，海洋中以硅藻為主的硅循環(huán)又是全球變化科學(xué)中“生物泵”作用（即通過生物學(xué)過程對大氣中溫室氣體的清除）的重要內(nèi)容［4，7—8］。因此，硅循環(huán)也是碳循環(huán)中重要的一環(huán)［1，4］；研究海洋中的生物硅，有助于揭示硅循環(huán)的基本規(guī)律，并可為碳循環(huán)及全球環(huán)境變化提供基礎(chǔ)依據(jù)［4］。更為重要的是，陸架邊緣?？筷懙刈罱苋祟愑绊懽畲螅哂休^高的碳［9］和硅［3，10］的輸入量，這使其更值得關(guān)注和研究。自20世紀(jì)90年代，國外學(xué)者陸續(xù)開展了大量關(guān)于生物硅參與硅循環(huán)的研究［6，7，11—17］，其在近海硅循環(huán)中的重要作用也被逐漸揭示［18］。國內(nèi)關(guān)于生物硅的研究開始于21世紀(jì)初［5，19—23］；研究也從最初的分析方法的研究［19，21］向生物硅含量與分布［24—27］及循環(huán)與收支［5，22—23］等方向拓展。不過，目前的研究缺少生物硅組成與來源方面的探索。在近海，尤其在明顯受到陸地影響的水域，生物硅來源復(fù)雜，有必要對其組成進行分析和研究。更為關(guān)鍵的是，近30年來，渤海生態(tài)環(huán)境發(fā)生了比較顯著的變化［28—29］，分析碳和硅各參數(shù)之間的相互關(guān)系，將有助于認(rèn)識渤海環(huán)境的發(fā)展趨勢，為渤海生態(tài)環(huán)境的保護與修復(fù)提供依據(jù)，并可為區(qū)域碳與硅的循環(huán)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

2 材料與方法

2.1 樣品的采集

2012年春季（5月15—20日）和秋季（11月16—19日），搭載調(diào)查船“東方紅2”號在渤海進行了海洋科學(xué)綜合調(diào)查，調(diào)查范圍覆蓋渤海大部分區(qū)域，調(diào)查站位如圖1所示。調(diào)查中，用CTD采水器（911 Plus）采集水樣，同時獲得水體溫度、鹽度等水文參數(shù)。所有站位均采集表層和底層水樣。調(diào)查項目包括：總懸浮顆粒物（SPM）、生物硅（BSi）、溶解硅（DSi）、顆粒有機碳（POC）、溶解有機碳（DOC）和顆粒有機氮（PN）等。另外，在春季采用箱式采泥器采集了6個表層沉積物樣品（圖1），用于POC和BSi含量與組成的分析。

取一定體積水樣用孔徑0.45μm聚醚砜濾膜收集（預(yù)先用1∶1 000 HCl浸泡24 h，并以Milli-Q水洗至中性，烘箱內(nèi)45℃烘72 h稱重），將膜放入膜盒，－20℃冷凍保存，用于測定水體懸浮顆粒物中SPM和BSi；濾液分裝于聚乙烯樣品瓶中（樣品瓶預(yù)先在1∶5 HCl中浸泡48 h以上，用Milli-Q水清洗數(shù)遍，然后包上潔凈的塑料袋，備用）中，加入氯仿1滴，常溫保存，用于DSi的測定。另取一定體積水樣用孔徑0.70μm GF／F濾膜（預(yù)先用1∶1 000 HCl浸泡24 h，并以Milli-Q水洗至中性，450℃馬弗爐中灼燒6 h烘干稱重）收集，將膜放入膜盒，－20℃冷凍保存，用于測定水體懸浮顆粒物中POC和PN，濾液用于測定DOC。

圖1 渤海2012年春季和秋季調(diào)查站位Fig.1 Map of the sampling locations in the Bohai Sea in Spring and Autumn 2012

2.2 樣品的分析

POC和PN采用元素分析儀測定（EURO公司，EA3000）。測定前，將濾膜置于烘箱內(nèi)45℃烘72 h稱重，過濾前后膜質(zhì)量的差值即為膜上顆粒物的質(zhì)量。之后，用5‰的鹽酸洗掉無機態(tài)的碳與氮，再用Milli-Q水清洗掉濾膜上的殘留的鹽酸，烘干后稱重（45℃，72 h），上機測試。水體顆粒物中BSi含量采用陳洪濤等［21］等改進的Ragueneau方法［30－31］測定方法測定。DOC利用總有機碳分析儀（日本島津，TOC5000A），采用燃燒氧化—非分散性紅外吸收法測定。DSi采用硅鉬藍(lán)法，利用營養(yǎng)鹽自動分析儀（SEAL公司，Qu AAtro）進行分析［23］。沉積物中BSi含量采用DeMaster［32］，Conley［33］和Sauer等［34］的方法測定。測定時取0.2 g風(fēng)干研磨過篩后的沉積物樣品，加入鹽酸（1∶1）處理沉積物樣品，而后用蒸餾水將沉積物清洗干凈，烘干，配置2 mol／L的碳酸鈉溶液，對樣品進行連續(xù)提取，碳酸鈉溶液體積為40 m L，反應(yīng)溫度為85℃，提取時間間隔為1 h，冷卻后吸取125μL反應(yīng)溶液，將其稀釋80倍，用硅鉬藍(lán)法測定硅的含量，連續(xù)提取5～8次，采用斜率反推計算BSi的含量。沉積物中BSi形態(tài)觀測采用Kelly［35］和王永吉和呂厚遠(yuǎn)［36］的方法測定。風(fēng)干采集回的樣品，并對樣品進行輕微的研磨，稱取3～5 g沉積物放入小燒杯中，加入一定體積的30%的雙氧水去除沉積物中的有機質(zhì)部分，直至反應(yīng)完全，然后加入鹽酸（1∶1）去除沉積物中的碳酸鹽成分，直至反應(yīng)完全，然后用蒸餾水清洗處理后的樣品3～5次（2 000 r／min，2 min），樣品清洗干凈后用比重為2.35 g／cm3左右的溴化鋅重液提取植硅體（2 500 r／min，10 min），后制片鏡檢。其中，DSi的檢出限為0.030μmol／L，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.3%［23］；顆粒物中BSi的分析不確定度為0.25%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3%［15］；POC和PN的分析相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于10%［37］。

3 結(jié)果和討論

3.1 溫、鹽的分布特征

研究海域春秋兩季表層水溫均略高于底層；相對于春季而言，秋季水溫變化幅度較小，總體均一。水溫的分布見圖2。由圖可知，春秋兩季表、底層水溫總體上具有東部低，西部高，西南高、東北低的特點（圖2）。較高水溫水域包括黃河口以東、萊州灣以北水域。較低水溫區(qū)位于渤海海峽靠近遼東半島附近。從觀測來看，無論是春季還是秋季，渤海較低水溫都是黃海低溫水體直接影響的結(jié)果，而較高的水溫均與濱岸陸地增溫有關(guān)。

渤海春秋兩季表層鹽度均略低于底層；相對于春季而言，秋季鹽度變化幅度較大。鹽度的分布見圖3。由圖可知，春秋兩季表、底層鹽度總體上具有東部高，西部低，西南低、東北高的特點（見圖3）。較低鹽度水域包括黃河口以東、萊州灣以北水域。較高鹽度區(qū)位于渤海海峽靠近遼東半島附近。與溫度類似，無論是春季還是秋季，渤海較高鹽度都是高鹽的北黃海水直接影響的結(jié)果，而較低的鹽度區(qū)與黃河沖淡水的注入直接相關(guān)。從溫度和鹽度延伸的平面分布看，從表層到底層，秋季同一區(qū)域溫度和鹽度變化不大，混合相對均勻。

圖2 渤海2012年春和秋季溫度的分布Fig.2 Distributions of temperature in the Bohai Sea in 2012

圖3 渤海2012年春和秋季鹽度的分布Fig.3 Distributions of Salinity in the Bohai Sea in 2012

由溫鹽關(guān)系圖（圖4）并結(jié)合溫鹽分布（見圖2和圖3）可以大致看出，沖淡水、渤海中部水以及北黃海水共同對研究海域水文參數(shù)產(chǎn)生一定的影響。在春季，渤海中部水體鹽度變化較小，但溫度變化大，且面積較廣；沖淡水的鹽度和溫度變化都較大，但區(qū)域面積卻很小。在秋季，渤海中部水位于圖4b右上角，面積較春季有所降低；沖淡水的鹽度和溫度的變化進一步擴大，且控制面積也進一步擴展。調(diào)查水域鹽度在秋季（29.84±1.35）略低于春季（30.70±0.76），這也說明在秋季，即調(diào)查月份之前有大量的淡水輸入到渤海。

圖4 渤海2012年春季和秋季溫度與鹽度相關(guān)關(guān)系Fig.4 Relationships between temperature and salinity in the Bohai Sea in 2012

3.2 有機碳的分布特征

調(diào)查海域POC的統(tǒng)計結(jié)果見表1。春季，整個研究區(qū)POC的含量范圍為90.4～740μg／L，平均濃度為410μg／L。表層和底層POC的含量變化范圍都較大，但二者之間的差異不顯著（p＜0.01）。表、底層高值區(qū)出現(xiàn)在黃河口及其以北水域，隨著離岸距離的增大，POC向外海逐漸降低；低值區(qū)出現(xiàn)在調(diào)查區(qū)域的北部以及渤海海峽，并沿北黃海海水的擴展方向逐漸升高（圖5）。由此可見，相對于北黃海而言，渤海水域POC的含量較高。秋季，整個研究區(qū)POC的含量范圍為9.31～140μg／L，平均濃度為55.6μg／L。在秋季，表層和底層POC的含量變化范圍也都較大，且均明顯低于春季POC的含量，僅為后者的1／8左右；與春季相同的是，秋季表層和底層水體中POC的含量差異依然不大（表1）。

圖5 渤海2012年春季和秋季顆粒有機碳的分布圖Fig.5 Distributions of particulate organic carbon in the Bohai Sea in 2012

表1 渤海2012年春季和秋季顆粒有機碳、溶解有機碳和生物硅的均值和范圍Tab.1 Average values and ranges of particulate organic carbon，dissolved organic carbon and biogenic silica in the Bohai Sea in the Spring and Autumn 2012

續(xù)表1

對比國內(nèi)其他研究發(fā)現(xiàn)，春季POC的含量與渤海夏季的含量相一致［37］，處在白潔等［38］1999年同一海區(qū)數(shù)據(jù)范圍之內(nèi)。水體POC和SPM的對比分析還發(fā)現(xiàn)，兩者有很好的空間一致性。對于渤海這樣的內(nèi)海，陸源黃土母質(zhì)、人為污染和陸源有機質(zhì)等在河口、海灣及近岸區(qū)域可能表現(xiàn)的更加突出［39］，而在渤海中部可能更大程度上受到葉綠素a含量的影響［38，40］。相比春季，黃河秋季水體顆粒物中較低的有機碳含量［39］以及可能較低的葉綠素a含量是造成其POC含量明顯低于春季的主要因素。如圖6所示，研究區(qū)域POC的含量與SPM濃度總體上呈正相關(guān)關(guān)系，說明SPM的濃度和來源是控制POC含量高低的一個重要因素；另外，表層SPM與POC的相關(guān)性高于底層，這種現(xiàn)象主要是由于SPM的來源不同造成的；上層水體由于受到更多的生物活動因素而非無機顆粒物的影響，使得其POC含量相對較高，且POC與SPM的相關(guān)性顯著于底層。進一步分析還發(fā)現(xiàn)，在春季當(dāng)SPM的濃度較高時（大于0.012 g／L），SPM與POC的濃度之間相關(guān)性不顯著；同樣，在秋季，當(dāng)SPM的濃度較高時（大于0.025 g／L），SPM與POC的濃度之間相關(guān)性也不顯著。SPM含量高的水域主要位于黃河口附近及其他近岸水域，陸源無機顆粒物的輸入致使其水體SPM含量較高，但這部分顆粒物中POC含量相對較低，這便是導(dǎo)致SPM與POC相關(guān)性不顯著的主要原因。結(jié)合表底層鹽度分布圖還可以看出，春秋季POC的高值主要位于鹽度較低的水域，而低值主要位于鹽度較高的區(qū)域；顯然高值區(qū)域與河流輸入有關(guān)，而低值區(qū)域則受河流影響較小。

圖6 渤海2012年春秋季POC與SPM的相關(guān)關(guān)系Fig.6 Relationships between particulate organic carbon and suspended particulate materials in the Bohai Sea in 2012

春季，整個研究區(qū)DOC的濃度范圍為1 090～8 930μg／L，平均濃度為3 840μg／L。表層和底層DOC的含量變化范圍都較大，且表層平均含量略高于底層。秋季DOC的含量范圍為1 540～4 300 μg／L，平均濃度為2 610μg／L，同樣表層和底層DOC的含量變化范圍都較大，均明顯低于春季DOC的含量，且與李鴻妹等［41］2010年渤海秋季的數(shù)據(jù)極為接近。對比POC和DOC可知，二者具有相一致的季節(jié)變化規(guī)律，且它們之間存在顯著的線性關(guān)系（n＝43，p＜0.05），這說明二者具有相一致的來源和控制因素。另外，DOC／POC的均值在春季為11.4（2.25～35.9），在秋季為70.0（20.2～240），這表明海區(qū)有機碳以溶解態(tài)為主。

另外，渤海表層沉積物中POC的含量介于1.11～5.94 mg／g之間，平均值為3.80 mg／g。對比水體中有機碳的分布可知，一般水體中有機碳含量高的水域，其沉積物中含量也較高。將水體中POC對SPM歸一化，可知春季水體顆粒物中有機碳含量介于20.1～399 mg／g之間，平均值為109 mg／g。由此可見，水體顆粒物中有機碳含量遠(yuǎn)高于沉積物中有機碳的含量，這表明顆粒物中有機碳在沉降過程中存在一定量的降解。

3.3 生物硅的分布特征

3.3.1 水體顆粒物

調(diào)查海域BSi的統(tǒng)計結(jié)果見表1。春季，整個研究區(qū)BSi的含量范圍為未檢出至4.42μmol／L，平均濃度為1.10μmol／L。表層和底層BSi的含量變化范圍都較大，且底層較高。表層在渤海灣口高，底層則是渤海灣和遼東灣交界處、渤海中部高，隨著離岸距離的增大，BSi向外海逐漸降低，低值區(qū)出現(xiàn)在調(diào)查區(qū)域的北部以及渤海海峽，并沿北黃海海水的擴展方向逐漸升高（圖7）。由此可見，相對于北黃海而言，渤海水域春季BSi的含量較高。秋季BSi的含量范圍為0.06～16.4μmol／L，平均濃度為3.60μmol／L。相比與春季而言，秋季BSi的含量較高。分布特征表現(xiàn)為黃河口水域濃度較高，并梯度向渤海中部延伸，濃度低值主要位于山東半島以北水域（圖7）。與POC相似的是，秋季BSi含量與鹽度呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（r＝－0.404，n＝43，p＜0.05），這也從一個側(cè)面表明BSi存在一定量的陸源輸入。中國東海水體中BSi大約為0.21～9.19μmol／L，表層水體BSi的平均含量為1.3μmol／L［4］；與東海水體相比，渤海水體中BSi含量與之處于同一量級，表明BSi是近海水體中硅的重要組成部分。

圖7 渤海2012年春季和秋季生物硅的分布圖Fig.7 Distributions of biogenic silica in the Bohai Sea，2012

總體來看，BSi的分布趨勢與POC并不一致（見圖5和圖7），且秋季BSi與POC以及SPM之間不存在顯著的線性相關(guān)關(guān)系（圖8），這說明BSi來源復(fù)雜性。POC與BSi含量的摩爾比介于4.64～2 160之間，平均值為330，這從一定程度上表明POC和BSi的再生情況有所不同，同時也表明BSi和POC來源的復(fù)雜性。另外，無論是春季還是秋季，BSi與DSi之間均無顯著的線性關(guān)系，這表明DSi并非控制BSi含量的主要因素。

圖8 渤海2012年春季和秋季BSi與SPM和POC的相關(guān)關(guān)系Fig.8 Relationships between biogenic silica and suspended particulate materials and particulate organic carbon in the Bohai Sea in 2012

3.3.2 沉積物

渤海表層沉積物中BSi的含量介于0.7～2.2 mg／g之間，平均值為1.3 mg／g。從渤海表層沉積物中BSi含量來看，所有表層沉積物中BSi含量低于1%，屬于低含量海域，這些站位位于渤海中部或者渤海海峽，受河流直接作用較?。ㄒ姳?）。本研究中，渤海沉積物中BSi含量略高于Liu等［19］的數(shù)據(jù)，最高值大約為Liu等［19］的4倍。另有研究顯示，春季黃海表層沉積物中BSi含量為0.48%，長江口為0.62%，東海為0.26%［20］。顯然，本研究中渤海的BSi含量普遍高于東海、黃海，同時也高于長江口水域。原因可能是高懸沙的黃河水?dāng)y帶了大量的泥沙入海，而這些泥沙中含有一定量的BSi，其對渤海表層沉積物中BSi的貢獻(xiàn)較大。而且渤海是內(nèi)海，半封閉的地形環(huán)境限制了其與外海的物質(zhì)交換，這也導(dǎo)致了水體中的BSi含量較高。同樣，將水體中BSi對SPM歸一化，可知春季水體顆粒物中BSi含量介于0.06～30.0 mg／g之間，平均值為7.74 mg／g。與有機碳相似，水體顆粒物中BSi含量也高于沉積物中的含量，這也表明顆粒物中BSi在沉降過程中存在一定量的降解。另外，表層沉積物中POC和BSi的摩爾比介于0.35～2.04之間，平均值為0.84；相比于水體而言，沉積物中碳硅比值有很大程度的降低，這也從一定程度上表明POC比BSi更易被分解。相比于POC和BSi含量比值，水體較低BSi和SPM含量比值也從一個側(cè)面表明水體中有機碳比生物硅更容易被降解。

3.4 顆粒有機碳和生物硅物源分析

3.4.1 顆粒有機碳物源分析

總體來看，PN的分布趨勢與POC的基本一致。對PN與POC進行相關(guān)性分析，如圖9所示，春季和秋季POC與PN的關(guān)系表現(xiàn)出不同的特征，其中秋季呈現(xiàn)出兩組不同的線性關(guān)系，當(dāng)PN含量小于40 μg／L，其線性關(guān)系與春季極為接近；當(dāng)PN含量大于40μg／L，其斜率要高于前者。

一般認(rèn)為海洋生物有機質(zhì)的碳氮含量比值為5～7［42］，陸源高等植物有機質(zhì)的碳氮含量比值大于15［43］。本研究中，POC和PN含量比值范圍是，春季為1.7～9.8，秋季為0.2～9.8，這一比值從直觀上反映出調(diào)查海域有機質(zhì)主要為海洋生物來源。實際上，海洋中顆粒氮有一部分來源于顆粒無機氮（PIN），即線性回歸方程的截距［37，44］，其來源的一方面可能是由于海底細(xì)顆粒沉積物的再懸浮，還有就是有機碳包裹的部分，且處理過程中不易被鹽酸清洗掉?？鄢w粒無機氮的影響，得到嚴(yán)格意義上的顆粒有機氮（PON），重新計算POC和PON含量比值；這一方法在分析渤海有機碳來源上有成功使用的案例［37，44］?？鄢齈IN的影響后，調(diào)查區(qū)域春季POC和PON含量比值范圍介于3.2～53之間，平均值為11，這反映出春季研究區(qū)顆粒有機質(zhì)應(yīng)為混合來源。秋季，當(dāng)PN含量大于40μg／L，POC和PON含量比值范圍介于0.32～1.36，平均值為0.80，這部分POC應(yīng)主要來源于海洋自生的浮游植物；當(dāng)PN含量小于40μg／L，POC和PON含量比值范圍介于5.9～260，平均值為34，這部分POC應(yīng)主要來源于陸地高等植物。綜合分析，這部分站位數(shù)量較多，且主要位于河口水域或其他近岸水體，明顯受到了陸地徑流的影響；相比于春季［（6.0±4.8）mg／L］，秋季較高的SPM含量［（22±6.1）mg／L］也從一個側(cè)面說明了這一點。另外秋季的溫鹽關(guān)系（見圖4b）呈線性關(guān)系，這一定程度上表明研究海域存在低溫低鹽的沖淡水與高溫高鹽的渤海中部水的混合過程，這兩種不同性質(zhì)的水體混合也是造成秋季POC與有機氮在不同數(shù)值區(qū)間內(nèi)分別呈現(xiàn)各自線性關(guān)系的重要原因。

圖9 渤海2012年春季和秋季PN與POC相關(guān)關(guān)系Fig.9 Relationships between particulate organic nitrogen and carbon in the Bohai Sea in 2012

實際上，POC與SPM含量存在兩種關(guān)系（見圖6和圖9），在以陸源輸入為主的區(qū)域SPM含量增大時，大顆粒增多，POC含量降低。值得說明的是，河流水體顆粒物中POC的含量普遍較高，如黃河水體中POC含量介于2.2～188 mg／L之間［39］，其遠(yuǎn)高于渤海水體中POC含量。盡管研究水域溫鹽的分布受河流的影響顯著（主要是黃河），尤其是秋季，但是秋季水體中POC含量并不高，且明顯低于春季的含量。由圖9可知，在秋季當(dāng)PN含量大于40μg／L時，POC和PON含量比值顯示這部分碳主要是來源于海洋生物；已有的研究也證實該水域浮游植物對POC有重要的貢獻(xiàn)［38—40］。由此不難推知，河流輸送的POC在春季對渤海的貢獻(xiàn)不大，而在秋季其應(yīng)主要沉積在河口附近水域，對渤海中部POC的貢獻(xiàn)作用也十分有限。春季（調(diào)水調(diào)沙前）黃河極低的徑流量（約200 m3／s）與較低的物質(zhì)輸送通量也從一個側(cè)面說明了這個問題［39］。

3.4.2 生物硅來源分析

由POC的來源分析可知，陸源輸入一定程度上影響了渤海水體物質(zhì)含量，特別是秋季徑流大，陸源影響也較大［27］，這可能是BSi在秋季高值區(qū)集中在黃河口的主要原因，也是秋季顯著高于春季的主要原因。本研究中秋季渤海水體懸浮物含量明顯高于春季即也從一個側(cè)面證明了這一點，因此，陸地來源的BSi對海洋BSi的貢獻(xiàn)也可能會進一步增加，即表現(xiàn)為BSi含量在秋季明顯高于春季。另外，BSi的降解速率比有機碳低［1，4］，降解速率的差異可能使得BSi比有機碳更容易在水柱內(nèi)累積，這也可能是造成秋季BSi高于春季，而有機碳卻低于春季的原因。

結(jié)合BSi提取實驗可知，春季渤海表層沉積物中BSi由浮游藻類、海綿骨針和植硅體所構(gòu)成；平均值由大到小依次為：浮游藻類（62.9%）、植硅體（31.1%）和海綿骨針（6.0%）（表2）。在浮游藻類中，硅藻貢獻(xiàn)量較大，而金藻（小等刺硅鞭藻）貢獻(xiàn)量較??；在硅藻中，中心硅藻綱對BSi的貢獻(xiàn)量最大，占BSi總量的22.1%～64.5%，其又以圓篩藻為主要組成部分。植硅體組成比例介于14.9%～62.0%，并以平滑棒形為主要形態(tài)（表2）。植硅體的存在有力的證明了陸地來源的BSi對海洋硅組成的貢獻(xiàn)，尤其是靠近黃河口的B65站位，這些植硅體應(yīng)主要來源于黃河的輸送以及渤海對黃河口濕地的侵蝕，其隨著該區(qū)域逆時針的渤海環(huán)流［45－48］向東北方向擴展。實際上，渤海沉積物主要來自于周邊河流［49］；渤海地質(zhì)［50］條件又進一步證實，B41、B65和B66等站位均處在黃河入海物質(zhì)影響的區(qū)域，黃河顆粒中BSi組成又占DSi與BSi之和的20%［27］，而這部分BSi中植硅體貢獻(xiàn)了95%以上［51］，大量水沙及營養(yǎng)鹽入海必然對黃河口及渤海生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生重要的影響。渤海對河口三角洲濕地的侵蝕作用也會導(dǎo)致濕地土壤中植硅體的流失，這也會進一步增加陸源硅的供給。不過，從目前的統(tǒng)計來看（表2），除B65站位外，其他站位中植硅體對海洋BSi的貢獻(xiàn)較小，僅介于14.9%～37.8%之間；由此可見，渤海春季現(xiàn)存的BSi主要是海源的（黃河BSi中硅藻貢獻(xiàn)量小于5%［51］，淡水硅藻對海洋BSi的貢獻(xiàn)近乎可以忽略）。渤海沉積物中陸源BSi即植硅體的比例較低，這貌似與河流的貢獻(xiàn)量相悖，究其原因可能是環(huán)境條件（如鹽度、酸堿度等）的改變導(dǎo)致植硅體溶解作用大大加強［17，52］，影響植硅體的保存。另外，盡管河流中BSi含量較高［27，51］，但從分布和各自貢獻(xiàn)來看，渤海對河流帶來的BSi具有一定的稀釋作用。上述推斷需要進一步的證實，渤海硅循環(huán)與收支方面的計算將有利于揭示陸地（主要是河流）對渤海的影響。

表2 渤海2012年春季表層沉積物中生物硅組成個數(shù)比例（%）Tab.2 Composition of biogenic silica in surface sediments of the Bohai Sea in Spring 2012（%）

4 結(jié)論

（1）渤海春季顆粒有機碳含量介于90.4～740 μg／L之間，平均濃度為410μg／L；秋季含量介于9.31～140μg／L之間，平均濃度為55.6μg／L。渤海有機質(zhì)具有春季高和秋季低的特征，高值區(qū)均出現(xiàn)在黃河口及其以北水域，并隨著河口距離的增大POC向外海逐漸降低。渤海顆粒有機碳由海洋自生和陸地來源的有機碳組成，且以海源為主。

（2）渤海生物硅含量介于未檢出至16.4μg／L之間，秋季含量高于春季，分布具有明顯的梯度特征，秋季河流輸入對其含量的影響較為突出。

（3）渤海沉積物中生物硅含量較高，明顯高于其他中國東部陸架海域。渤海表層沉積物中生物硅主要是海源的，依次由浮游藻類、植硅體和海綿骨針?biāo)鶚?gòu)成，其中浮游藻類占62.9%，陸源植硅體占31.1%。渤海沉積物發(fā)現(xiàn)了來自于草本植物的植硅體，這說明陸地產(chǎn)生的植硅體對近海生物硅的貢獻(xiàn)。

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Distributions and sources of particle organic carbon and biogenic silica in the Bohai Sea

Ran Xiangbin1，Che Hong1，2，Sun Tao1，Ma Yongxing3，Liu Sen1，Zang Jiaye1

（1.Research Center for Marine Ecology，F(xiàn)irst Institute of Oceanography，State Oceanic Administration，Qingdao 266061，China；2.School of Chemistry and Chemical Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266100，China；3.School of Chemistry and Chemical Engineering，University of Qingdao，Qingdao 266062，China）

Carbon and silicon cycles are hot issue of global environmental change，and also an important area of marine science.Base on the investigation in the Bohai sea in May and November 2012，distributions and sources ofparticulate organic carbon（POC）and biogenic silica（BSi）were discussed.Conclusions are as follows：POC was higher in Spring than in Fall，and its component was consisted by the both the terrestrial and marine materials.BSi distribution showed gradient trend and was influenced by the Huanghe River as well，and a significant linear relationship was found between BSi and POC，which indicated their sources were same to some extent.BSi content in sediment was much higher in the Bohai Sea than other China Sea.Marine phytoplankton and terrestrial phytolith were the main components of BSi in the sediment，and phytoplankton supplied about 62.9%of total BSi.Terrestrial phytolith was found in the sediment，which is of great importance for marine silicon cycle as well.

Bohai Sea；particulate organic carbon；biogenic silica

P343.5；P714.4

A

0253-4193（2014）10-0012-13

2013-10-10；

2014-06-23。

國家自然科學(xué)基金（41106072）；中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費專項資金（2012G29）。

冉祥濱（1980—），男，山東省夏津縣人，博士，副研究員，主要從事海洋生物地球化學(xué)研究。E-mail：rxb＠fio.org.cn

冉祥濱，車宏，孫濤，等.渤海顆粒有機碳與生物硅的分布及來源［J］.海洋學(xué)報，2014，36（10）：12—24，

10.3969／j.issn.0253-4193.2014.10.002

Ran Xiangbin，Che Hong，Sun Tao，et al.Distributions and sources of particle organic carbon and biogenic silica in the Bohai Sea［J］.Acta Oceanologica Sinica（in Chinese），2014，36（10）：12—24，doi：10.3969／j.issn.0253-4193.2014.10.002