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海洋生源硅主要来源于硅藻,是海洋硅循环的重要组成部分,是生物泵的重要载体,与碳循环紧密相联,对上层水体生产力的时空变化及水体环境演变历史具有良好的指示作用。因此,研究生源硅时空分布特征有利于了解硅在海洋中的生物地球化学循环,并有助于理解全球海洋中的碳循环过程。本论文主要研究南海北部悬浮颗粒态生源硅的分布特征、季节变化及输出通量,旨在描绘南海北部生源硅的分布,比较不同海区间的季节差异;初步探讨控制生源硅分布的主要因素,并与东海生源硅进行比较。
南海北部生源硅浓度范围为0.012~2.172μmol/L,其中,春季(2011年5月)为0.012~0.554μmol/L,夏季(2009年8月)为0.019~2.172μmol/L,秋季(2010年11月)为0.017~0.934μmol/L,冬季(2010年1月)为0.044~1.705μmol/L。水平分布特征为:从陆架向陆坡再到海盆,生源硅浓度逐渐降低,主要与离岸距离和生产力高低有关,陆架区生源硅浓度约是海盆区的3倍。垂直方向上,陆架区底层再悬浮作用导致生源硅浓度甚至高于表层珠江冲淡水的影响,海盆区生源硅最大值一般出现在叶绿素最大层,浓度在0.100~0.200μmol/L之间,表层和真光层底部(100 m)含量较低,而在150m以深水体中的生源硅浓度随水深增加无明显变化。从季节变化来看,南海北部春、夏、秋、冬生源硅的平均值分别为0.067、0.109、0.145、0.230μmol/L,陆架区和海盆区均表现出生源硅浓度随四季递增的变化规律。此外,生源硅与岩藻黄素(硅藻特征色素)具有良好的线性关系,表明南海北部的生源硅主要源于硅藻生产。
本论文还研究了生源硅对南海北部沿岸上升流和珠江冲淡水等中尺度过程的响应。2008年夏季,在不受中尺度过程影响的“常态”海区,生源硅浓度低于0.200μmol/L(多为海盆区);而在沿岸上升流和珠江冲淡水所影响的区域,由于营养盐的输入,硅藻大量生长,生源硅含量显著上升,可达5.824~10.956μmol/L。同时,珠江冲淡水中心的生源硅浓度高出沿岸上升流中心4倍。生源硅产率和硅酸盐消耗量之间的线性回归分析表明,受珠江冲淡水影响的区域以生源硅的生产为主,而沿岸上升流影响区域则存在显著的生源硅溶解过程。
海洋中的颗粒物是多种化学元素迁移的载体,生源硅储量和钍(234Th)通量的线性回归分析表明,南海北部陆架区颗粒态生源硅是234Th的主要载体之一,而海盆区两者无显著线性关系,表明234Th的载体发生了变化。陆架区硅储量与碳储量存在一定程度的耦合关系,而海盆区则不存在两者的耦合关系,可能与海区间的浮游植物群落结构差异有关。
基于铀/钍(234Th/238U)不平衡法,本论文计算了南海北部不同区域生源硅输出真光层的通量。陆架区表现出高生源硅输出通量的特征,其季节变化范围为0.08~16.45 mmol/m2/d,且春季<夏季<秋季<冬季。海盆区生源硅输出通量呈现与陆架区一致的季节变化规律,但变化幅度较小,冬季的输出通量最高,平均为0.59±0.10 mmol/m2/d,其次为秋季,夏季和春季输出通量最低。
此外,本论文初步探讨了冬、夏两季东海生源硅的分布特征及输出通量。东海生源硅浓度的变化范围为0.009~4.119μmol/L,其输出通量在夏季为0.02±0.003~19.77±8.49 mmol/m2/d,冬季为0.33±0.06~9.27±1.75 mmol/m2/d。与南海北部相比,生源硅浓度在生产力较高的东海显著高于南海北部,而输出通量亦是南海北部的2~5倍。南海北部的生源硅输出通量表现为冬季高于夏季,而东海则表现为夏季高于冬季。由此可以推测,以硅藻代谢为主导的生物泵过程在东海应比南海北部更为显著。