长江口及其邻近海域低氧区溶解态铁形态变化研究

Iron (Fe) is an essential trace element for the growth of phytoplankton in the marine environment. The dominant species of iron in sea water is Fe(III) ,However, Fe(II) which was more easily absorbed by marine phytoplankton, is more soluble than Fe(III) in sea water. The content and transformation of these two speciation of dissolve iron has close relationship with dissolved oxygen in seawater. The half-time of dissolved Fe(II) (DFe(II)) is pretty short as it can be oxidized by dissolved O2 in seawater, as a result, it is difficult to get the real concentration of Fe(II). The research on this transformation in the different redox environment in seawater is of very importance to the cycling of iron in seawater. In this proposal, DFe(II) and dissolved Fe(III) (DFe(III)) will be analyzed by flow system and cathodic stripping voltammetry (CSV), respectively in existence of different content of dissolved oxygen (DO) in the lab. The ratio of Fe(II) to Fe(III) will be calculated so that the influence of dissolved oxygen on the dynamic of the transformation of dissolved iron will be evaluated. Furthermore, concentrations of DFe(III) and DFe(II) from The Yangtze Estuary and its adjacent sea area in summer season, when OMZ occurs, will be measure. At the same time the ratio of DFe(II): DFe(III) as well as the relationship between this ratio and concentration of DO will be calculated so that we can discuss the influence of OMZ on the transformation between different iron speciations and as a result, the import and export of iron in seawater in OMZ could also be discussed.

Fe是海洋浮游植物生长必需的微量营养元素。由于海水溶解态铁主要以Fe（III）形式存在，而Fe(II)较Fe(III)易溶，这两种形态在海洋中的含量分布及相互转化与海水中溶解氧的含量密切相关。但是由于Fe(II)的半衰期短，容易被氧化，测量难道较大。本项目利用鲁米诺流动注射法测量海水中溶解态Fe(II)，利用阴极溶出伏安法测量溶解态Fe(III)。首先于实验室研究不同溶解氧含量下Fe(II)和Fe(III)变化的动力学过程，在此基础之上进行现场研究，测量夏季长江口及其邻近海域Fe(III)和Fe(II)含量，研究其形态转化，并进一步讨论低氧区对于溶解态铁的输入和移出所起的作用，这对于深入理解铁的地球化学行为具有重要的理论和现实意义。

铁是海洋生物生长所必需的微量营养元素，在新陈代谢过程，如光合作用，呼吸作用等过程中不可或缺，同时由于其氧化还原过程与氮元素存在密切关联，因此二者在全球海洋系统中的偶联被密切关注。本项目系统研究了实验室条件下Fe(III)-Fe(II)氧化还原形态变化过程中可能存在的NO3-N和NH4-N之间的内在联系，在此基础之上系统调查了我国长江口及其邻近海域秋季（2018年10月11-22日）、春季（2019年3月4-14日）和夏季（2019年6月9-17日）三个季节的Fe(II)和Fe(III)的时空分布，同步测量了NO3-N，NH4-N的含量分布及相互比值，对二者之间在氧化还原过程中是否存在耦合进行了系统分析。结果表明，长江口及其邻近海域Fe(III)和Fe(II)的时空分布存在明显的季节差异。总溶解态铁（DFe）含量春季明显高于其他两个季节，而Fe(II)的含量夏季最高。表层水中，Fe(II)：DFe在时间节点上表现为由秋季到来年的春季再到夏季逐步增大的趋势，而NO3-N：DIN却同步表现出下降的趋势，这表明从时间尺度来看，当溶解态铁逐渐被还原的过程中NO3-N也同步被还原。底层水表现出与表层水不同的氧化还原趋势，底层水中无论Fe(II)：DFe，还是NO3-N均表现为先降低，而后在夏季表现出增大的趋势，这表明底层水中，当秋季来临，水中溶解氧含量逐步恢复，出现了铁氧化-氮还原的过程，而当夏季来临，底层水出现低氧现象，DFe被更多的还原为Fe(II)，而底层NH4-N在更多的被氧化为NO3-N，表现为铁还原-氮氧化过程。而在空间尺度上，Fe (II)：DFe 和 NO3-N：DIN表现为由近岸至远岸逐步降低的趋势，相反，NH4-N：DIN则表现为由近岸至远岸逐步增大的趋势，这表明从空间尺度上存在铁氧化-氮还原的同步过程。