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南大洋不仅是世界各大洋的交汇区,而且是上层海水与深层海水产生相互作用和强烈交换的海区,微量元素是海洋生物地球化学循环中生物体生命活动的必需营养物质以及各种动态过程的示踪剂,它涉及到大气、沉积物、冰雪融化、浮游生物及水团混合等物理、化学、生物学过程。研究不同年份下南大洋海域中表层海水的痕量元素浓度及分布特征,对于探究各种生命活动对微量元素的利用、传递以及痕量元素的海洋生物地球化学循环都有非常重要的意义,以期能够更深层次的了解痕量元素在海洋生物地球化学循环中的作用,为以后南极海洋生物资源开发和海洋环境研究提供更多的数据。本论文选用铜、铅、镉和砷4种微量元素作为研究对象,在南大洋中南设得兰群岛(60°-65°S,55°-65°W)、南奥克尼群岛(58°-62°S,40°-50°E)和普里兹湾西侧(62°-68°S,50°-72°E)周边海域分别设置多个采样断面,采集表层海水样品,利用原子荧光光度法和石墨炉原子吸收分光光度法分别测定海水样品中铜、铅、镉和砷的含量,同时,采用高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱(HPLC-ICP-MS)联用技术建立南大洋表层海水中亚砷酸根、砷酸根、一甲基砷酸、二甲基砷酸4种砷形态的测定分析方法,分析这几种痕量元素及砷形态在不同海域的浓度水平、区域分布特征以及年季变化。主要结果及结论有:(1)2018/19年夏季南设得兰群岛、南奥克尼群岛和普里兹湾西侧周边海域表层海水中的Cu、Pb、Cd和As的平均浓度分别为1.09μg/L和1.16μg/L、0.3μg/L和0.31μg/L、0.062μg/L和0.06μg/L、2.83μg/L和2.72μg/L,1.2μg/L和1.58μg/L、0.39μg/L和0.32μg/L,0.064μg/L和0.07μg/L,2.82μg/L和2.61μg/L,1.44μg/L和1.19μg/L,0.25μg/L和0.34μg/L、0.06μg/L和0.07μg/L、3.52μg/L和3.27μg/L,对比国内外相关研究,本研究铜、铅浓度较高,镉和砷浓度与其他研究相似,存在差别的原因与采样年份、采样方式、测定方式、和区域位置有很大的关系。(2)2019年相较于2018年,铜、铅和镉在南设得兰群岛、南奥克尼群岛和普里兹湾西侧周边海域平均浓度整体呈上升的趋势,南奥克尼群岛相较于另外两个海域整体浓度较高,本研究认为这与南奥克尼群岛纬度较低有很大的关系,然而在三个海域,2019相较于2018年浓度都呈现降低的趋势,而且,普里兹湾整体浓度最高。(3)在经纬度变化上,痕量元素在南设得兰群岛和普里兹湾西侧中高纬度浓度较高,东西两侧不同年份各元素浓度差异较大,南奥克尼群岛低纬度浓度较高,铜和铅西侧高于东侧,镉和砷则相反。在离岸距离上,南设得兰群岛附近海域浓度较高,南奥克尼群岛附近海域铜和镉浓度较高,铅和砷则相反,普里兹湾西侧靠近大陆架边缘铜、铅和镉浓度较低,砷则相反。(4)痕量元素在海洋生物地球化学中发挥着至关重要的作用,尤其是铜和镉等营养型元素,少量的摄取能促进浮游动植物的多种生命活动,而砷和铅在生物体内富集也会产生消极的作用,本研究通过探讨痕量元素的来源以及影响浓度变化的因素,认为浮游动植物的生命活动、季节变化和人为活动是导致南大洋海水中痕量元素浓度变化的主要原因。(5)南设得兰群岛、南奥克尼群岛和普里兹湾西侧3个不同的海域砷形态都是以毒性较低的DMA存在,其次是As(Ⅴ),而毒性最大的As(Ⅲ)含量较低,MMA均未检出,表明目前在南大洋生物地球化学循环中,海水中的砷形态处于较低的毒性水平,几乎不会对南大洋海洋生态系统产生较大的影响。本文的实验结果及结论对于了解南大洋中这几种痕量元素的浓度水平,研究痕量元素的浓度分布特征具有较重要的理论和实际意义,并为保护南极海洋环境,也防止南极的气候及环境的变化危及到南极生物和人类的生存,以及预测南大洋中痕量元素的浓度变化趋势,深入揭示痕量元素在海洋生物群落结构与功能,生物地球化学循环中作用等研究也都具有重要的理论意义。