陆地土壤和海底沉积物是全球磷的两大储库,它们之间既有联系,又有差别。陆地是海洋磷最主要的源,而海底沉积物是海洋磷最主要的汇。岩石中的磷在风化后进入土壤,经过复杂的循环后由河流带入海洋。同样,磷在海水中经过复杂的循环后最终埋藏到海底沉积物中。海底沉积物经构造运动抬升至陆地后,便开始了新一轮的磷循环。陆地经由河流向海洋输送的磷大部分以颗粒态存在,它们进入海洋后的行为会对海洋磷的生物地球化学循环产生重要的影响。同时,研究发现沿岸和陆架区的沉积物含有一定量的自生磷灰石,认为沿岸和陆架区的自生磷灰石是一个重要而被忽视的海洋活性磷的汇。然而,若这些自生磷灰石来自于陆地,它们就不能代表海洋活性磷的汇。由于缺少合适的示踪手段,目前对陆源颗粒磷在海洋中的分布特征及循环机制仍知之甚少。近十年来的研究显示,不同来源或不同生物活性的磷具有不同的磷酸盐氧同位素组成(δ18Op),这意味着δ18op具有示踪土壤和海底沉积物中磷来源的潜力。因此,本研究同时测定了土壤和海底沉积物中不同形态无机磷(Pi)的δ18Op。基于这些研究,获得了以下主要结论:方法学:首先对提取纯化过程中δ18Op的保真性进行了评价,结果表明提取和纯化过程不会造成δ18OP值的改变,且形成的Ag3P04具有较高的纯度。Hedley连续提取法对土壤不同形态Pi的δ18OP值的区分度较高,因而能较好地分离土壤中不同来源或不同生物活性的磷;而Ruttenberg方法对海底沉积物不同形态Pi的δ18Op值的区分度较高,因而能较好地分离海底沉积物中不同来源或不同生物活性的磷。土壤磷:开展了野外土壤间歇性加水并每隔3h或12h连续7天的观测研究。结果显示:土壤温度、含水率和水的氧同位素组成(δ18Ow)都具有明显的昼夜变化规律,且δ18Ow随着含水率的增加而降低,但土壤中不同形态磷的含量及δ18Op都未有明显的昼夜变化。因此,温度、δ18Ow和生物活动的昼夜变化基本不影响野外土壤中磷的含量及δ18OP,因而昼夜时间尺度下不同的采样时间不会影响土壤中磷的含量和δ18OP值的测量结果。同时,应选用一定时间尺度下温度和土壤水δ18OW的平均值,而不是采样时间的测量值来计算δ18Op的平衡值。海底沉积磷:本研究将Ruttenberg方法与δ18OP结合,从空间上描绘出西北太平洋、长江口、九龙江河口和楚科奇海等典型海域表层沉积物中BD-Pi、Ac-Pi及HCl-Pi的δ18OP的分布特征,进而指示海底沉积物中各形态Pi的来源。在西北太平洋、长江口、楚科奇海及九龙江河口高盐区,δ18Op-HCl明显低于δ18OP-Equ,也低于δ18OP-BD和δ18OP-Ac;在长江口和九龙江河口,δ18OP-HCl基本保持稳定,其并未像δ18OP-Equ一样随盐度的变化呈增加趋势,说明海底沉积物中的HCl-Pi保留着陆源输入的特征。各研究海域的δ18OP-HCl都明显高于岩浆岩和变质岩的δ18OP,表明HCl-Pi不全是岩浆岩和变质岩磷灰石,而含有陆源生物改造过的磷。BD-Pi通常被定义为铁结合态磷。在楚科奇海陆架区,δ18OP-BD与δ18OP-Equ接近;在西北太平洋、长江口陆架区及楚科奇海海台区,δ18OP-BD与δ18OP-Equ低约3‰;在长江口和九龙江河口,δ18OP-BD与δ18OP-Equ存在相同的变化趋势。因此,δ18OP-BD指示出BD-Pi来源于水柱或者沉积物间隙水。Ac-Pi通常被定义为自生磷灰石。海底沉积物的δ18OP-Ac介于δ18OP-BD介于和δ18OP-ECl之间,指示出Ac-Pi不完全由海源自生磷灰石构成。本研究提出了判断Ac-Pi来源的设想,即当δ18OP-Ac与δ18OP-BD具有相近的变化趋势和接近的值时,Ac-Pi主要为海源自生磷灰石;而当δ18OP-Ac与δ18OP-HCl接近时,Ac-Pi主要为陆源自生磷灰石。由此发现西北太平洋、长江口、九龙江河口高盐区、楚科奇海台的自生磷灰石主要为海源自生磷灰石,而九龙江河口低盐区和楚科奇海陆架区主要为陆源自生磷灰石。本研究从方法上和机理上探讨了磷酸盐氧同位素示踪应用的合理性,并首次描绘出典型海域沉积物中BD-Pi、Ac-Pi和HCl-Pi的δ18OP的空间分布特征。通过δ18OP分布特征,指示出BD-Pi主要为活性磷、HCl-Pi主要为惰性磷及Ac-Pi含有海源自生磷灰石和陆源自生磷灰石。初步应用δ18OP揭示了陆地土壤磷与海底沉积磷之间的关系,为进一步应用δ18OP示踪全球磷循环奠定了基础。