【摘 要】
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铁（Fe）是海洋浮游植物生长所必需的营养元素,作为氧化还原蛋白和多种酶的活性中心或辅助因子,Fe在海洋浮游植物的固氮作用、光合作用、呼吸作用和叶绿素合成等生物化学过程中起着举足轻重的作用。其生物地球化学循环过程影响着海洋初级生产力,是全球气候变化重要的调控因子之一,亦是海洋学的研究热点之一。西北太平洋海域是典型的寡营养盐海域,尽管其单位面积生物生产力很低,但由于面积巨大,对全球海洋初级生产力仍有重
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铁（Fe）是海洋浮游植物生长所必需的营养元素,作为氧化还原蛋白和多种酶的活性中心或辅助因子,Fe在海洋浮游植物的固氮作用、光合作用、呼吸作用和叶绿素合成等生物化学过程中起着举足轻重的作用。其生物地球化学循环过程影响着海洋初级生产力,是全球气候变化重要的调控因子之一,亦是海洋学的研究热点之一。西北太平洋海域是典型的寡营养盐海域,尽管其单位面积生物生产力很低,但由于面积巨大,对全球海洋初级生产力仍有重要的贡献。目前,对热带西北太平洋海域水体中常量营养盐（氮、磷、硅）以及微量营养盐Fe含量的了解十分匮乏,严重限制了对热带西北太平洋海域Fe的生物地球化学循环的认识及对该海域初级生产力限制因素的探究。准确分析海水中痕量Fe的含量是研究Fe在海洋中生物地球化学循环的前提。本研究建立了适应于开阔大洋低Fe含量海水样品分析的流动注射-固相萃取-化学发光法（FI-SPE-CL）,利用该方法测定了在2019年4月25日至6月13日实施的GEOTRACES-CHINA GP09（KK1903）航次中采集的西北太平洋海域（10-21°N,118.5-155°E）表层和剖面样品的溶解态铁（dFe）含量,分析了该海域dFe的空间与深度分布特征,探讨了 dFe在不同深度的来源,估算了真光层内dFe的垂直涡动扩散通量,并结合N、P营养盐分布情况来探讨热带西北太平洋海域的营养盐限制概况。本研究的主要内容和结果如下:1、选用商品化的Nobias Chelate-PA1螯合树脂为吸附剂,建立了 FI-SPE-CL,优化了定量环长度、流速、发光试剂的配制方法、还原剂的浓度与还原时间、样品过柱pH值和洗脱液浓度等实验参数,实现了对开阔大洋海水样品中dFe的快速、准确检测。该方法检测限为0.020 nmol/L,精密度<4%;富集倍数为6.3;对每个样品连续测定3次需要18min,消耗样品量约12mL。将本方法用于检测标准参考海水SAFe S、SAFe D1和SAFe D2,测定值与参考值相差仅0.6-3.0%,证明该方法可准确测量不同浓度的大洋海水样品。2、西北太平洋表层水中dFe浓度范围为0.17-0.54 nmol/L,平均值为0.24±0.05 nmol/L,总体呈现出西北高东南低的分布特征。受陆源河流输入的影响,台湾海峡表层水dFe浓度为0.32±0.10 nmol/L;黑潮表层水dFe浓度为0.29±0.04 nmol/L,其可能来源为西侧菲律宾岛屿陆源物质的输入;开阔大洋表层水中dFe的浓度为0.23±0.03nmol/L,与气溶胶光学厚度（AOT）具有良好的线性关系,说明西北太平洋海域开阔大洋表层dFe主要来源于大气输入。通过与其他开阔大洋的对比,发现西北太平洋海域表层dFe浓度与同为寡营养盐的南海和HOTS站相当,略高于亚北极太平洋、南大洋（太平洋部分）、热带东南太平洋等高营养盐低叶绿素（HNLC）海域,低于受沙尘影响的北大西洋海域。3、西北太平洋dFe的分布整体上呈现出表层水低（0.21-0.31 nmol/L）,随深度增大逐渐升高,在1000m左右出现极大值（0.68-0.88nmol/L）,此后在深水中持续下降（0.4-0.5 nmol/L）的剖面特征。中层水（200-1000m）中dFe浓度与表观耗氧量（AOU）的线性关系表明再矿化作用是中层水dFe的主要来源;同时,吕宋岛的物质输入使西部站位（K1、K2、K13、K14）中层水dFe浓度增加约0.34 nmol/L;K6站位的深层水由于受到热液输入的影响,dFe高达2.63 nmol/L;海山附近站位（K10、K11、K12）也出现中深层较广的dFe高值,怀疑与海山输入有关。表层dFe的向下的扩散通量F值为2.5±4.7mg m-2yr-1,与大气输入的dFe通量（0.5-3.0mg m-2yr-1）基本一致;垂向混合导致的深层水向表层水的dFe的补给与大气输入相比可忽略不计,进一步证实了西北太平洋海域表层水中dFe主要来源于大气沉降。4、西北太平洋海域表层水中N:P及Fe:N比值分别为0.05-1.51及0.007-0.074,均呈现出西北部略高于东南部的空间变化趋势。表明表层初级生产力限制因子由西北部的N限制逐渐转变为东南部的N-Fe顺序限制。同时,表层Chl a浓度与dFe浓度及AOT具有显著的正相关关系,而与表层PO43-浓度具有显著的负相关关系;且真光层内Fe:P比值与指征固氮作用的中层水N*值具有良好的线性关系,说明大气沉降及陆源与岛屿输入的Fe通过限制固氮作用,从而在很大程度上影响着初级生产力。
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