铁(Fe)在地壳元素组成中仅次于氧、硅、铝,位列第四位。铁作为所有生命体的必需营养元素,广泛存在于多种生物酶系统中,参与光合作用、呼吸作用、氮的固定等诸多新陈代谢过程。可以说,铁作为一种重要的元素,对全球海洋初级生产的规模和动态起到了重要的调节作用,并藉此对全球气候产生影响。边缘海虽然仅占全球海洋面积的一小部分,但对全球海洋初级生产及碳循环意义重大,而铁在其中发挥了重要作用。近岸区域人口聚居,生态活跃,自然过程与人为活动影响显著,该环境下铁的生物地球化学过程受到多重因素的综合影响,但在不同区域和水体环境中各因素的影响强度可能存在较大差异。因此,开展自然过程与人为活动差异化作用背景下近岸到陆架区不同类型水体中铁的生物地球化学过程的研究,对于全面认识近海生态系统铁循环及碳循环均具有重要意义。本论文选择人为养殖活动控制下的黄海桑沟湾、自然与人为影响都很显著的长江口及东海大陆架作为研究对象,开展了多次野外调查,取得了一批可信赖的溶解铁数据,据此探讨了研究区域内溶解铁浓度的时空分布格局和迁移转化规律,初步勾勒了我国近岸到陆架区典型水体环境中铁的生物地球化学特征。另外,本论文对世界范围内养殖区、河流河口区、陆架区/边缘海溶解铁浓度数据进行汇总分析,尝试从全球的高度加强对水体溶解铁生物地球化学循环的认识。本论文的主要发现如下:春、夏、秋、冬季桑沟湾表层水体溶解铁浓度变化范围(平均值)分别为2.89-25.3(12.0±6.29)nM、2.55-14.0(5.00±2.92)nM、1.12-2.98(1.83±0.42)nM、1.42-9.33(3.36±2.06)nM,呈现出显著的季节性差异(p<0.05)。箱式计算结果表明,大气沉降、沉积物界面、地下水输入、河流输入向桑沟湾贡献溶解铁的通量分别为(8.23±5.28)×10~3 kg/yr、788 kg/yr、554±336 kg/yr、213±168 kg/yr,分别占总输入通量的84.1%、8.06%、5.66%、2.18%;养殖品类的收割捕获、与黄海水的交换、浮游植物碳埋藏输出溶解铁通量分别为7.00×10~3 kg/yr、5.48×10~3 kg/yr、53.1kg/yr,分别占总输出通量的55.9%、43.7%、0.424%;源与汇的差异表明桑沟湾整体上是净的铁源。春季观测到的高溶解铁浓度很可能来源于大气干沉降的贡献。不同养殖区之间溶解铁浓度没有显著性差异(p>0.05),但养殖品类对水体溶解铁的利用及此后的收割捕获是桑沟湾最重要的铁汇,导致春季到夏季溶解铁浓度的降低。夏季浮游植物的利用及秋季桑沟湾与黄海水的顺畅交换使得湾内溶解铁进一步降低。溶解铁与溶解无机磷(DIP)浓度的数学关系表明,春、夏季桑沟湾内水体溶解铁浓度足以支撑DIP的生物利用,但秋季溶解铁可能成为初级生产的限制因素。溶解铁与叶绿素a浓度的相关性分析也表明,溶解铁可能刺激了夏季浮游植物的生长、但限制了秋季浮游植物的生长。长江徐六泾表层水体溶解铁浓度变化范围和平均值分别为15.0-159 nM和45.5±29.2 nM,在世界河流体系中处于较低水平。整体上看,长江输送的溶解铁在河口区发生明显的清除;在河口拦门沙区域的内部(盐度S≤1)和外部(S>1)水体,分别发生了显著的铁的再活化和清除过程。溶解铁平均浓度从徐六泾到拦门沙区域内部S≤1水体增加了近四倍,随后在外部S>1水体中显著降低。室内模拟实验结果表明颗粒物解吸作用和盐度引起的絮凝作用分别导致了铁的再活化和清除过程。拦门沙区域溶解铁收支计算结果表明,长江徐六泾、沉积物界面、黄浦江、上海沿江污水厂、大气沉降每年分别向拦门沙区域输送溶解铁(2.32±1.17)×10~6 kg、(658±773)×10~3 kg、(73.2±24.1)×10~3 kg、55.0×10~3 kg、48.5×10~3kg,各项分别占总输入量的73.5%、20.9%、2.32%、1.75%、1.54%。源与汇的差异表明,拦门沙区域整体上是净的铁汇,但其内部S≤1水体和外部S>1水体分别是净的铁源和净的铁汇。东海大陆架水体溶解铁浓度变化范围为0.22-26.7 nM,平均值为4.48±4.96nM。其中近岸区域受径流输入、缺氧过程等因素的影响溶解铁浓度比较高,平均浓度约9-10 nM,离岸海区溶解铁浓度多在2 nM以下。表、底层水体溶解铁浓度范围(平均值)分别为0.47-21.8(5.24±4.76)nM、0.49-26.71(5.79±6.11)nM,无显著性差异(p>0.05)。整体上看,水团混合控制了东海陆架水体溶解铁的分布,尤其是对中、上层水而言。沉积物底界面、缺氧过程、沿岸上升流会对水体溶解铁浓度产生较大影响。东海不同区域水柱颗粒物铁碳比(Fe:C)差异较大,表明不同水体环境下浮游植物对铁的摄取存在较大差异。东海陆架200 m等深线以浅水体溶解铁收支模型计算结果表明,大气湿沉降、台湾海峡水输入、沉积物底界面、黑潮入侵、大气干沉降、河流有效输入、海底地下水排放向东海贡献溶解铁通量分别为(7.36±4.59)×10~6 kg/yr、(7.07±2.91)×10~6 kg/yr、6.63×10~6 kg/yr、(5.19±2.42)×10~6 kg/yr、(4.42±5.82)×10~6 kg/yr、(0.935±0.364)×10~6 kg/yr、(0.025±0.017)×10~6 kg/yr,分别占到总输入通量的23.3%、22.4%、21.0%、16.4%、14.0%、2.96%、0.081%。东海向陆坡处输出、向对马海峡输出、初级生产碳埋藏、东-黄海水体交换移除溶解铁通量分别为(17.4±10.6)×10~6 kg/yr、(12.2±10.4)×10~6kg/yr、1.93×10~3 kg/yr、78.8×10~3 kg/yr,分别占总输出通量的55.0%、38.6%、6.10%、0.249%。对世界范围文献报道数据的汇总分析表明,养殖区溶解铁浓度主要受到地质及土壤类型影响,养殖活动对水体溶解铁浓度影响的研究案例少有报道,这也从侧面突显出本论文桑沟湾研究案例的特殊性。不同河流淡水端溶解铁浓度、产率、输送通量均有数量级上的差异,其中溶解铁产率和通量高的河流主要分布在热带及北方地区富含有机质的环境,流域面积及径流量有限的小型“黑水河”能产生与大型河流体系相当的溶解铁产率和/或通量。在大多数河口区,溶解铁通常在0到10-15的盐度范围内被快速清除出水体,而在更高的盐度范围内呈保守混合行为,在少数研究案例中观测到溶解铁呈近保守混合或添加行为。根据对全球海洋200 m等深线以浅水域溶解铁浓度收支计算结果,沉积物界面可能是陆架水体最重要的铁源,其次是河口冲淡水净输送和大气沉降。本论文对中国近岸到陆架区典型水体中溶解铁浓度的研究表明,人为活动对桑沟湾这类小型养殖型海湾中铁的生物地球化学循环过程起到主控作用,而在长江河口和东海陆架区,河口改造、水团混合、生物利用、沉积物贡献等自然过程及人为活动影响下日益加剧的缺氧现象对水体溶解铁的影响都很显著。在人类发展及全球气候变化背景下,需要加强人为活动及其与自然过程的耦合作用对海洋、尤其是近岸海区铁循环潜在影响的关注。