海洋中锰的生物地球化学循环研究.pdf

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1、第30卷第3期2012年7月海洋科学进展ADVANCESINMARINESCIENCEV01．30NO．3July，2012海洋中锰的生物地球化学循环研究任景玲¨，张桂玲1，刘素美1，王召伟1，张经2(1．中国海洋大学海洋化学理论与工程技术教育部重点实验室，山东青岛2661002．华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海200062)摘要：痕量元素在海洋生物地球化学循环中起的作用已受到越来越广泛的关注，近年来形成了新的国际科学计划——痕量元素及其同位素的海洋生物地球化学研究(GEoTRAcEs)。锰是GEOTRAcEs关键参数之一，国际GEOTRAcEs组织推荐各国组织的GEOTR

2、ACES航次对其在全球大洋中的分布进行重点研究。本研究就痕量元素锰的海洋生物地球化学研究进行了较为详细的综述，介绍了锰在海洋中的来源及输送通量、分布、水体中的赋存形式及其迁移转化、生态学功能以及主要的分析方法等。总结了在这一研究领域所取得的成果及存在的不足，并对今后的发展方向进行展望。关键词：锰：生物地球化学研究；海洋；GEOTRACES中图分类号：P734．2文献标识码：A文章编号：1671—6647(2012)03—043209近年来，科学家们开始认识到痕量元素在海洋生态系统动力学及碳循环中的重要作用，并考虑系统地研究全球痕量元素及其同位素的海洋生物地球化学循环，从而逐渐形成了一

3、个新的国际科学研究计划——痕量元素及其同位素的海洋生物地球化学研究(GEOTRAcES)。该计划一方面旨在研究痕量元素在不同边界(海一气、陆一海、沉积物一水界面)的交换通量及其在海洋自身的内部循环(生物吸收、化学清除、物理转移)过程中的作用；另一方面旨在利用痕量元素作为古海洋学研究的示踪剂重建古海洋环境(古生产力、大洋环流模式及速率、海洋缺氧等)的演变过程u]。GEOTRACES关注的大洋溶解态金属的关键参数包括铝(Al，8～1000ng／L)、锰(Mn，4～300ng／L)、铁(Fe，1～100ng／L)、锌(Zn，3～600ng／L)、铜(Cu，30～300ng／L)和镉(Cd，

4、0．1～100ng／L)等，国际GEOTRACES组织推荐各国组织的GEOTRACES航次对这些关键参数进行重点研究。Mn是浮游植物生长必需的微量营养元素之一，是叶绿素合成和自由基清除酶促反应的辅因子心]。研究发现，在Fe限制的条件下浮游植物对Mn的需求更明显口j。Mn与Fe一样，主要来源于河流、大气等陆源物质的输送。Fe、Mn的氧化物和氢氧化物是海洋生物地球化学循环过程中两个非常重要的电子接受体，具有相似的地球化学和微生物学特性，二者常和A1一起被研究不同来源的物质输送及水团混合的影响[43。由于Mn与活性有机物的生物地球化学循环紧密相关，而且有机质降解及Mn的矿化过程影响着其它元

5、素在固一液两相间的分配[5]，故Mn的生物地球化学循环过程与全球碳、氮的循环紧密相联，并直接或间接地影响其它微量营养元素的生物地球化学循环，这种作用在陆架边缘海海区显得尤为重要印]。1海洋中锰的形态锰是地壳中含量排名第12位的金属元素，其质量分数为0．0716％，但由于其风化产物在水中的溶解度收稿El期：201104—13资助项目：国家自然科学基金——长江VI及东海溶解态锰的分布、形态转化及其影响机制(41176096)；国家重点基础研究发展规划——多重压力下近海生态系统的可持续产出与适应性管理的科学基础(2011CB409801)；国家自然科学杰出青年基金——海洋生物地球化学(49

6、525609)；科技部国际合作项目——波罗的海和东海的低氧的对比研究．以气候变化和土地利用改变为因素(2010DFA24590)作者简介：任景玲(1973)，女，天津人，教授，博士，硕士生导师，主要从事痕量元素的海洋生物地球化学方面研究．E—mail：renjingl@。uc．edu．cn(陈靖编辑)3期任景玲，等：海洋中锰的生物地球化学循环研究低且存留时间较短，所以，其在海洋中的浓度仅为几个nmol／I。[7J。痕量元素Mn在天然水环境中的生物地球化学行为较复杂，其存在形态显著受到海洋中氧化还原环境的影响，且具有较高的颗粒表面活性。从热力学角度而言，在缺氧或无氧的环境中，Mn主要以

7、溶解态的Mn(II)形式存在，而在氧化性环境中则易被氧化为Mn(IV)并转化为颗粒态MnO。被清除出水体83。然而，实际研究发现[9j，大洋表层水体中(溶解氧饱和，pH一8)仍有较高浓度的Mn(II)存在，可以供浮游植物生长利用。这可能一方面归因于大洋表层水体中的Mn主要来源于气源颗粒物的溶鳃释放，而大气沙尘颗粒中的Mn主要以q-2价形式存在，溶解态的Mn(II)向颗粒态Mn(III)、Mn(IV)氧化的动力学速度较慢；另一方面归因于Mn(II)向Mn(I