于2011年3~6月分两个航次在黄东海采集了73份表层沉积物样品，取样站位如图 1和图 2所示. 沉积物利用箱式采泥器采集后，取表层2 cm以内的沉积物装入干净的聚乙烯封口袋中，-20℃冷冻保存. 样品带回实验室后用冷冻干燥机冻干，玛瑙研钵研磨，待测.

图 1

Fig. 1

图 1 黄东海采样站位示意Fig. 1 Locations of sediment samples in the Yellow Sea and the East China Sea

图 2

Fig. 2

图 2 黄东海洋流和细粒径沉积物分布示意Fig. 2 Currents and the distribution of fine-grain sediments in the YS and the ECS

总磷(TP)和无机磷(IP)的测定采用Aspila等^[15]的方法. TP采用高温灰化法，即准确称取0.15 g样品于坩埚中，在马弗炉中550℃灰化2 h，冷却后用19.5 mL盐酸(1 mol ·L^-1)转移至50 mL离心管中，室温下振荡24 h，测定提取液中磷酸盐的浓度^[12]; IP直接用盐酸振荡提取16 h，测定提取液中磷酸盐的浓度; 总磷和无机磷的差值即为有机磷(OP)的含量. 采用该方法对国家近海沉积物标准(GBW07314)进行磷的测定，磷的回收率在95%以上，TP和IP的精密度小于1%( n=5).

生源要素的埋藏通量可以反映某段特定历史时期内环境的变化和趋势. 埋藏通量主要受沉积速率、 沉积物的孔隙度和底层水含氧量等多种因素的影响^{[18, 19]}. 生源要素的埋藏对于揭示生源要素的生物地球化学循环具有重要意义.

总磷的埋藏通量TPBF[μmol ·(a ·cm²)^-1]：

式中,c_i(μmol ·g^-1)是沉积物中总磷的浓度; ω[g ·(a ·cm²)^-1]是质量积累速率; Φ是沉积物的孔隙率; ρ_s是沉积物的干密度，本研究取 2.1 g ·cm^-3; S (cm ·a^-1)是沉积速率，本研究中所用数据来自文献^{[21, 22, 23]}.

黄东海表层沉积物中各形态P的含量分布如图 3所示，其中TP、 IP和OP的变化范围分别是10.50~24.10、 7.14~17.10和0.48~10.42 μmol ·g^-1，平均值分别是17.49、 12.47和5.03 μmol ·g^-1. TP和IP的分布特征类似，在南黄海中北部、 长江口附近以及闽浙沿岸含量较高，东海中部地区含量较低，济州岛西南附近有最小值. OP在南黄海北部地区有较高的含量，向南浓度逐渐减小，整个东海浓度要低于黄海.

图 3

Fig. 3

图 3 黄东海表层沉积物中TP、 IP和OP的含量分布图及IP占TP的百分比Fig. 3 Distribution of the TP， IP and OP concentrations and the percent of IP in TP in surface sediments of the Yellow Sea and the East China Sea

无机磷在总磷中所占的百分比是研究磷的生物地球化学的另一个重要的参数. 由图 3中可以看出，大部分站位的IP与TP的比值在50%~90%之间，只有4个站位的比值高于90%.

黄东海表层沉积物中TP的变化范围为10.50~24.10 μmol ·g^-1，由此估算出TP的埋藏通量的范围为0.82~15.46 μmol ·(a ·cm²)^-1. 只有8个站位的TP的埋藏通量高于10 μmol ·(a ·cm²)^-1，都分布在东海(图 4).

图 4

Fig. 4

图 4 表层沉积物中总磷的埋藏通量TPBFFig. 4 TP burial flux in surface sediments

近海沉积物中有机和无机磷主要来源于河流的输送^[24]，河流所携带的含磷物质进入海洋后，经过一系列物理、 化学和生物的作用，最终埋藏在沉积物中^[25]，但是其中大部分的磷会在河口和陆架区域被捕获，并不会到达大洋^[26]. 位于长江口附近的站位，沉积物中TP和IP均出现高值，呈现从长江口往外海含量逐渐递减的趋势，这种变化与水体中磷酸盐浓度、 颗粒态磷的浓度、 表层海水中叶绿素a的含量以及初级生产力都具有一致性^{[25, 27, 28, 29, 30]}，表明该区域受长江冲淡水的影响显著. 长江口附近较高的TP和IP含量主要来源于长江输送的陆源泥沙，长江流域沉积物中TP和IP的平均含量分别为19.6 μmol ·g^-1和18 μmol ·g^{-1 [31]}.

粒度是影响沉积物中磷含量的重要因素. 一般认为，沉积物粒度越小，比表面积越大，吸附能力越强，磷含量越高^{[1, 32]}. 陆架泥质区是陆源河流入海物质的聚集“汇”^[33]. 闽浙沿岸是典型的泥质区域(图 2)，被认为是来源于长江的细颗粒物质沉积而成^[34]，沉积物主要以黏土或者粉砂为主，具有很强的吸附能力，造成了该区域各形态磷出现高值，其中TP、 IP和OP含量分别高达16、 13和3.5 μmol ·g^-1以上. 安明梅等^[35]报道，闽浙沿岸区域表层沉积物中OP含量与表层沉积物粒度存在显著正相关.

对于南黄海中北部的TP和OP高值区，沉积物的来源被认为是现代黄河物质进入南黄海后由于沉积环境的变化，很少量物质会在渤海沿岸流的影响下向成山头的南面或者东南方向扩散，扩散范围东部以黄海暖流(YSWC)为界，南部则会到达35°N左右^[36]; 该区域沉积物的沉积环境、 物源和沉积作用一直处于稳定状态^{[37, 38]}：此区域是一个冷涡泥质区^{[9, 16, 17]} (图 2)，水动力条件较弱，底层水体温度较低，是一个还原性的沉积环境^{[14, 39, 40]}，使得进入该泥质区的有机质易于保存. 另外，沉积物在到达黄海中部泥质区之前，经历了一个长距离的搬运和输送过程，由于动力沉积作用，由陆源输送带来的粗颗粒物质会沉积在近岸海域，不能到达黄海中部，只有细颗粒物质才会通过渤海沿岸流输送到该区域，同时该区域存在气旋式涡旋、 弱的潮流以及水体分层现象，使得输送到此的细颗粒物质能够沉降至海底不断积累^{[7, 41]}. 春季该海域真光层中叶绿素a含量和初级生产力较高^[42]，浮游动物生物量较高，导致了富含有机质的生物体以及排泄物向海底的不断沉降; 该海域持续、 稳定上升流的存在为上层水体提供了丰富的营养物质，反过来促进了浮游生物的生长，为富含有机质的碎屑向海底沉积提供了海源的保证^[14].

济州岛西南泥质区附近，沉积物中各形态磷的含量均出现低值，这与水体中磷酸盐含量相对应，该海域受黑潮水影响，磷酸盐含量较低^{[27, 30]}. 济州岛西南泥质区的沉积物主要是来自黄河的陆源物质^{[43, 44]}，通过黄海沿岸流(YSCC)输送而来^{[43, 45, 46]}; 还有少量长江物质以及泥质区周边(包括东海陆架残留沉积区和现代滨海沉积区)的再悬浮物质^[33] (图 2). 同时现代苏北古黄河三角洲受潮流和沿岸流的强烈侵蚀作用，物质会向东南方向搬运，在长江口受台湾暖流(TWC)和长江冲淡水的顶托作用改为向东搬运(图 2)，最终在济州岛西南气旋型涡旋区沉降^[36]，该涡旋被称为“东海冷涡”^[47]. 海底表层沉积物在冷涡持续涌升的作用下会不停地发生沉降和再悬浮，使得沉积物中的生源要素释放进入水体^[48]，底层水营养盐含量升高，因此沉积物中的各形态磷含量较低.

无机磷在总磷中所占的百分比是研究磷的生物地球化学的另一个重要的参数. 由图 3中可以看出，大部分站位的IP与TP的比值在50%~90%之间，只有4个站位的比值高于90%.

比值在50%~60%之间的站位主要位于南黄海北部的H断面和N断面以及A03、 B05和B06站位，这里的物质主要来自于黄河，沉积环境是一个低能的还原性环境，水动力条件弱^{[14, 39, 40]}，物质来源稳定，含有有机磷的细颗粒物质入沉积物后分解较慢^[5]，能够不断地积累. C断面(35°N)，位于南黄海泥质区中部，这里IP占TP的百分比介于60%~70%之间，C02站位除外.

长江口以及闽浙沿岸的站位，IP与TP的比值介于70%~80%，该区域物质主要来自长江输送的陆源泥沙，长江流域沉积物中TP和IP的平均含量分别为19.6 μmol ·g^-1和18 μmol ·g^{-1 [31]}. 由于长江流域沉积物和长江口附近水体中IP在TP中占较高的比重，导致该区域沉积物中IP与TP的比值也较高.

东海和南黄海南部海域的比值大部分高于70%，沉积物主要以砂质或者粉砂质为主，由于砂质和粉砂质沉积物氧气比较容易透过，沉积物中氧气渗透深度与泥质区相比较深^[49]，OP在氧气含量高的情况下分解较快，不利于OP的保存和积累^[5]，导致了OP在总磷中比例下降，IP的比重增加.

东海受长江冲淡水的影响显著，长江每年携带大量的含磷泥沙输入东海，陆源输入对于东海沉积物中磷的积累有重要的作用. 沉积速率在长江口附近和闽浙沿岸较高，并且沉积物中总磷含量较高，导致该区域的埋藏通量较高; 而南黄海沉积速率较低^{[21, 22, 23]}，陆源输入有限，并且孔隙率高于东海，埋藏通量较低. 以N断面为例，N断面总磷浓度与长江口附近站位接近，但是由于孔隙率在0.6以上，明显高于长江口，同时沉积速率较低，导致总磷的埋藏通量介于0~5 μmol ·(a ·cm²)^-1. 东海C5和C6站，虽然离岸较远，但是沉积速率在此高达0.5 cm ·a^-1[21]，并且总磷浓度分别为16.19 μmol ·g^-1和20.40 μmol ·g^-1，孔隙率低于0.5，导致这两个站位埋藏通量出现高值.