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user: 3. 结果与讨论 3.1. 南沙海域生物硅与碳酸盐的含量水平 六个岩芯的生物硅、碳酸盐、有机碳和含水量平均值和范围值如表2所示。全部样品的生物硅、碳酸盐、有机碳和含水量分别在0.87%~4.91%、15.5%~57.0%、0.50%~3.60%和27%~68%的范围内，总体平均值分别为2.08%、33.2%、1.98%和45%。 数据显示岩芯NS-1的生物硅、碳酸盐、有机碳含量及含水率都比其他岩芯高，生物硅平均含量为4.69%，碳酸盐平均含量51.2%，有机碳平均含量为3.08%，含水率平均值为63%。其次是岩芯NS-2，生物硅平均为3.22%，碳酸盐平均为35.4%，有机碳平均为2.61%，含水率平均为62%。其他四个岩芯生物硅含量较低，都在1%~2%范围波动。 根据吴时国[ 23 ] 等(1994)对南沙群岛及其邻近海区沉积类型的划分资料，岩芯NS-1和NS-2属于半深海-深海钙质生物碎屑–陆源碎屑沉积，NS-3和NS-4属于大陆坡现代陆源碎屑沉积，NS-5和NS-6属于大陆架残留沉积。沉积环境是影响生物硅的沉积和保存的重要因素，岩芯NS-1和NS-2属于灰色软泥，沉积物粒度细小，粘土含量高，利于生物遗体保存和积累。其余四个岩芯属于粉砂质泥，砂含量高，粒 图2. 不同实验条件下的样品生物硅含量测量结果 Table 2 The averages and ranges of BSi， carbonate， organic carbon and water content of six sediment core 样品编号 生物硅含量(SiO 2 %) 碳酸盐含量(%) 有机碳含量(%) 含水率(%) 平均值 范围值 平均值 范围值 平均值 范围值 平均值 范围值 NS-1 4.69 ± 0.13 4.50~4.91 51.2 ± 2.0 43.3~57.0 3.08 1.59~3.60 63 60~68 NS-2 3.22 ± 0.09 2.70~3.49 35.4 ± 1.9 22.9~52.7 2.61 1.46~3.36 62 61~63 NS-3 1.12 ± 0.07 0.87~1.23 23.6 ± 1.7 15.5~28.6 0.79 0.50~0.88 28 27~30 NS-4 1.79 ± 0.09 1.69~1.89 42.1 ± 1.8 37.9~45.7 2.28 2.09~2.45 48 46~50 NS-5 1.14 ± 0.07 1.08~1.25 32.5 ± 1.8 30.0~36.9 1.75 1.65~1.87 39 37~42 NS-6 1.24 ± 0.07 1.15~1.31 20.3 ± 1.6 15.6~26.8 1.78 1.74~1.84 39 37~41 表2. 六个沉积物岩芯生物硅、碳酸盐、有机碳和含水率平均值与范围值 度大，不利于沉积物中生物遗体的埋藏和保存，反而加速其分解 [ 24 ] 。 岩芯NS-1和NS-2所处的水深都在一千多米处，其他四个岩芯水深均在一百多米处，从六个岩芯结果比较可知，深海沉积区生物硅和碳酸盐含量较高，这可能是由于水深大于一千米的深海区受到陆源物质稀释作用较弱，它们主要与水体中硅质生物和钙质生物的生产力、营养盐和海流等因素有关。水深较浅的表层沉积物受陆源物质稀释作用较强，陆源碎屑带入大量的泥沙和少量的有机物，这些物质与生物硅和碳酸盐共同沉积，降低了生物硅和碳酸盐的百分含量 [ 25 ] 。此外，浅水区水体扰动大，易造成表层沉积物再悬浮，生物硅在水体中滞留时间长，加速了其溶解 [ 26 ] 。 对比六个岩芯生物硅含量，发现除岩芯NS-3，生物硅大小顺序为：NS-1 > NS-2 > NS-4 > NS-6 > NS-5，参考陆钧 [ 27 ] 等(2006)对南海南部沉积硅藻的研究结果，如图3，发现本研究的生物硅含量与其硅藻的丰度有较好的一致性，说明硅藻是该海区生物硅的主要来源。岩芯NS-3靠近加里曼丹岛，受陆源稀释影响较大，并且发现样品中含有较多碎贝壳，说明该海域沉积物主要以钙质生源物种为主，硅质生物较少，底栖生物摄食和扰动作用也可能加速生物硅的溶解 [ 28 ] [ 29 ] ，导致该样品生物硅和有机碳含量较低。另外，根据毛文庆 [ 30 ] 等(2006)对南沙海域温盐分布特征研究发现，NS-3站位海水温度比其他站位高，海水盐度比其他站位低，水深(119 m)也最浅，由于水浅，温度高，盐度低，硅质生物的溶解作用强 [ 31 ] ，不利于生物遗体保存，因此NS-3生物硅和有机碳含量都较低。 表3和表4列出南海部分海域沉积物生物硅和碳酸盐的文献研究结果，本研究给出生物硅的结果处于文献结果中间水平。可以发现南海南部海域沉积物生物硅含量高于北部。 3.2. 岩芯中生物硅与碳酸盐的垂直分布 六个沉积物短岩芯生物硅和碳酸盐随采样深度变化如图4、图5所示。 Table 3 BSi content levels in sediment of the South China Sea reported by literature 研究区域 BSi含量(SiO 2 %) 参考文献 平均值 范围值 北部湾(南海西北部) 1.10 0.58~1.68 刘芳，2008 [ 26 ] 南海东北部，表层沉积物 1.76 1.08~3.01 周鹏等，2010 [ 32 ] 南海南部海域，表层沉积物 4.22 0.79~9.06 周鹏等，2010 [ 32 ] 南海南部，岩芯 1.31~3.38 贾国东等，2000 [ 33 ] 南海西南部岩芯(未扣除碎屑组分) 2.68 1.04~6.51 马金龙等，2005 [ 34 ] 南海南部 2.61 王汝建等，2007 [ 35 ] 南海南部深水区 3.39~9.00 张兰兰等，2007 [ 36 ] 南海南部陆架浅水区 0.37~1.86 张兰兰等，2007 [ 36 ] 南沙海域 2.08 0.87~4.91 本研究 表3. 南海部分海区沉积物生物硅含量水平 Table 4 Carbonate content levels in sediment of the South China Sea reported by literature 研究区域 碳酸盐含量(%) 参考文献 平均值 范围值 南海陆坡区 33.77 13.11~91.77 李粹中，1989 [ 10 ] 南海深海平原 5.63 1.72~8.47 李粹中，1989 [ 10 ] 南海东北部 0.18~61.60 陈荣华等，2003 [ 37 ] 南海北部(水深 < 2200 m) >25 郭建卿等，2006 [ 13 ] 南海北部与西部(从图估算) 2~35 李学杰等，1997 [ 38 ] 南海北部 25.6 1.3~87.8 张江勇等，2011 [ 39 ] 南海西部 0.64~77.06 李学杰等，2004 [ 40 ] 南海南部(碳酸钙) 2.5~95.5 苏广庆等，1993 [ 41 ] 南沙海域(碳酸钙) 3.0~72.0 汪品先等，1997 [ 42 ] 南沙海域 33.2 15.5~57.0 本研究 表4. 南海部分海区沉积物碳酸盐含量水平 图3. 沉积硅藻丰度水平分布(由文献[ 27 ] 图3改绘) 图4. 六个岩芯生物硅分布 图5. 六个岩芯碳酸盐分布 全部岩芯中，NS-1、NS-2和NS-3三个岩芯中的生物硅含量随深度变化比较明显，而且每个岩芯的变化模式不太相同。 陆坡区的NS-1岩芯生物硅含量从表层起先降低，至5~10 cm深度(样品厚度5 cm)达到极小值，之后又升高；NS-2岩芯中，上部变化不明显，5~10 cm之后随深度增加呈逐渐降低趋势。 陆架区，NS-3岩芯中的生物硅含量随深度变化存在较明显的变化，从表层起到15~20 cm深度生物硅随深度增加逐渐增加，15~20 cm之下变化不明显。其余三个岩芯生物硅随深度变化不大且含量较低，可能由于受陆源物质稀释影响造成。 六个岩芯中的碳酸盐随深度变化都比较明显。 陆坡上的两个岩芯，在15~20 cm深度以上，碳酸盐含量随深度呈相反的变化趋势，随深度增加NS-1碳酸盐含量逐渐升高，NS-2逐渐降低。 陆架上的岩芯，NS-4中的碳酸盐含量随深度增加呈增加趋势，其余三个岩芯的随深度增加呈降低趋势。NS-3和NS-6的起伏也比较明显。 决定海洋沉积物碳酸盐含量的因素主要有三个：钙质生物生产率、陆源物质稀释作用及碳酸盐溶解作用 [ 39 ] 。深海沉积物中碳酸盐主要来自钙质生物的骨骼，NS-1和NS-2受陆源物质影响较小，本区碳酸盐的沉积量一定程度上反映了钙质生物的生产率。由分布图推测，陆坡区，NS-1海域有孔虫等钙质生物生产率高于NS-2所处海域。陆架区四个岩芯，陆源物质输入较大，对沉积物中的碳酸盐不仅有稀释作用，还有促进其溶解的作用，因此该区碳酸盐含量不能完全反映钙质生物的生长情况。此外，汪品先(1997)认为，南沙海域沉积物碳酸钙主要受陆源物质控制，因此呈现碳酸钙含量由北向南递减趋势 [ 42 ] 。 3.3. 生物硅、碳酸盐及其与有机碳、含水率相关性分析 对六个短岩芯生物硅、碳酸盐、有机碳及其含水率之间的相关性进行了分析。每个岩芯的分析结果表明，陆坡区的，NS-1岩芯碳酸盐和有机碳、含水量之间负相关，生物硅和有机碳之间负相关；NS-2岩芯，生物硅和碳酸盐、有机碳、含水量之间负相关。陆架区NS-4岩芯，碳酸盐和生物硅、含水量之间负相关；NS-5岩芯，碳酸盐和含水量之间正相关。其余岩芯各量之间相关性较差，这可能是由于我们所采集的岩芯较短，样品少，相关性不明显。 将六个岩芯的全部数据进行相关性分析，如图6所示，碳酸盐、生物硅、有机碳、含水量之间均为 图6. 生物硅、碳酸盐、有机碳及其含水量之间相关性 正相关。碳酸盐和生物硅呈正相关，说明某个海域营养盐丰富，会导致该海区各种浮游生物生长旺盛，因此钙质生物繁盛的地区，硅质生物一般也较为繁盛。沉积物生物硅或碳酸盐与总有机碳含量的关系一定程度上反映了该海区有机质中硅质成分或钙质成分所占的比重，本研究沉积物中生物硅与有机碳，碳酸盐与有机碳都呈正相关，说明硅藻和有孔虫是该海域有机质的重要来源。