南极普里兹湾表层沉积物中元素含量
统计学特征数据集

蓝木盛1，张海生2，潘建明2，于培松2，韩正兵2，扈传昱2，何剑锋1*

1. 中国极地研究中心，国家海洋局极地科学重点实验室，上海 200136；
2. 国家海洋局第二海洋研究所，国家海洋局海洋生态系统与生物地球化学重点实验室，杭州 310012

摘  要：中国南极科学考察第18次（2001-2002年）至27次（2010-2011年）期间，在南极普里兹湾获得的21个表层沉积物样品，经过实验室理化分析得到地表沉积物中C、N、S、K、Ca和Ti等13种常、微量元素的含量；经统计学分析，得到南极普里兹湾表层沉积物中元素含量统计学特征数据集。该数据集包括13种元素含量的最小值、最大值、平均值、标准偏差、变异系数和相关系数。聚类结果表明，这些元素可以归为两大类：C、N和S为一类，其它元素为另一类。该数据集为普里兹湾沉积环境以及物质来源的研究提供详实信息。本数据集由1个Excel文件组成，数据量31 KB。

关键词：普里兹湾；沉积物；元素含量；统计学特征

DOI: 10.3974/geodp.2017.03.13

 

1  前言

海洋沉积物是海洋中流通物质的储存库，在海洋生物地球化学循环中起着重要的作用，而且保存了过去和现代海洋环境最完备的记录。沉积物中常、微量元素丰度及比值特征变化是研究沉积物源与环境最直接和有效方法之一[1–6]，有机质则直接跟生物相关，其中OC/TN比值早已经被海洋和沉积学专家们用于指示沉积物中的有机质来源[7]。

南极普里兹湾表层沉积物中元素含量统计学特征数据集[8]是作者利用中国南极科学考察（CHINARE）第18-27航次在普里兹湾获得的21个表层沉积物样品，经过实验室理化分析和数据处理后完成的。本文作者在该数据基础上，发表了“南极普里兹湾表层沉积物的元素组合特征及物源分析”研究论文[9]。该数据集包含了沉积物中C、N、Ca和Ti等多种常、微量元素的含量以及统计学分析结果等信息，为普里兹湾沉积环境以及物质来源的研究提供重要的数据参考。

2  数据集简介

南极普里兹湾表层沉积物中元素含量统计学特征数据集的名称、短名、作者、地理区域、数据年代、数据格式、数据集组成、数据出版与共享平台和数据共享政策等一并列于表1。

表1  南极普里兹湾表层沉积物中元素含量统计学特征数据集元数据简表

条  目

描  述

数据集名称

南极普里兹湾表层沉积物中元素含量统计学特征数据集

数据集短名

EleConStatistic_Antarctic

作者信息

蓝木盛 J-6914-2017, 中国极地研究中心，国家海洋局极地科学重点实验室，lanmusheng@pric.org.cn

于培松 国家海洋局第二海洋研究所，国家海洋局海洋生态系统与生物地球化学重点实验室，yuppe@163.com

韩正兵 国家海洋局第二海洋研究所，国家海洋局海洋生态系统与生物地球化学重点实验室，hanzbing@gmail.com

扈传昱 国家海洋局第二海洋研究所，国家海洋局海洋生态系统与生物地球化学重点实验室，hcysio@163.com

潘建明 国家海洋局第二海洋研究所，国家海洋局海洋生态系统与生物地球化学重点实验室，jmpan@sio.org,cn

张海生 国家海洋局第二海洋研究所，国家海洋局海洋生态系统与生物地球化学重点实验室，zhangsoa@163.com

地理区域

南极普里兹湾（66.5°S-69.5°S, S70°E-78°E）

数据年代

2013年

数据格式

.xlsx

数据量

31 KB

数据集组成

由1个文件组成，文件名是EleConStatistic_Antarctic.xlsx

基金项目

国家自然科学基金（41376193, 41006118, 41076134）；国家海洋局（CHINARE2014-01-04, CHINARE2014-04-01, CHINARE2014-04-04）

出版与共享服务平台

全球变化科学研究数据出版系统 http://www.geodoi.ac.cn

地址

北京市朝阳区大屯路甲11号100101, 中国科学院地理科学与资源研究所

数据共享政策

全球变化科学研究数据出版系统的“数据”包括元数据（中英文）、实体数据（中英文）和通过《全球变化数据学报》（中英文）发表的数据论文。其共享政策如下：（1）“数据”以最便利的方式通过互联网系统免费向全社会开放，用户免费浏览、免费下载；（2）最终用户使用“数据”需要按照引用格式在参考文献或适当的位置标注数据来源；（3）增值服务用户或以任何形式散发和传播（包括通过计算机服务器）“数据”的用户需要与《全球变化数据学报》（中英文）编辑部签署书面协议，获得许可；（4）摘取“数据”中的部分记录创作新数据的作者需要遵循10%引用原则，即从本数据集中摘取的数据记录少于新数据集总记录量的10%，同时需要对摘取的数据记录标注数据来源[10]

3  数据集研发方法

3.1  研究区域

研究区域位于南极普里兹湾，地理位置为66.5°S-69.5°S, 70°E-78°E，覆盖了普里兹湾陆架区、湾内中心区和陆坡区，水深从100 m到3,000 m不等（如图1）。

3.2  样品采集

受限于特殊的气候与地理条件造成的取样困难，共选取了中国南极科学考察（CHINARE）第18-27次考察航次获取的21个表层沉积物样品。取样深度为0-1 cm。

3.3  样品分析

图1  地理区域与样品采集站地理位置图[9]

样品的有机碳（OC）、总氮（TN）含量使用Elementar Vario MICRO cube元素分析仪测

定[9]；Al和Ba元素含量经实验室处理后由ICP-AES测定，Ba的检出限为10×10-6，Al的检出限为0.01%；其余S、K、Ca、Ti、Mn等多元素含量采用硼酸包裹-粉末压片法制样，由X荧光光谱仪测定[9–11]。

样品分析测定中使用的元素分析仪等相关计量器具已通过计量认证。样品OC、TN等元素含量由国家海洋局海洋生态系统与生物地球化学重点实验室测定。

3.4  数据分析

为研究元素含量的统计学特征，本数据集利用统计学软件SPSS17.0对元素测试结果进行了相关性分析和聚类分析。其中，聚类分析采用Ward法，并以Pearson相关性作为区间度量标准。

4  数据结果与验证

4.1  数据结果

研究区各个站位表层沉积物样品中所测元素的含量如下表2所示。

根据元素测定数据得出的统计结果表明，普里兹湾表层沉积物的元素含量变化较为复杂，梯度或分散性较强。

根据元素含量的测定结果，得出研究区OC、TN、Ti、Rb等指示不同沉积来源的元素含量平面分布图，如图2，根据图示，它们呈现出湾内中心及东南区域高（低）、冰架前缘及陆架区低（高）两种相反分布模式[9]。

利用SPSS分析软件对元素含量变化进行相关性分析，统计学分析结果表明普里兹湾表层沉积物中各元素间呈现出不同的相关关系。利用SPSS分析软件进一步对所测元素进行聚类，聚类分析的结果如图3所示，元素被分成了2个大类群，第二类群又可分成2个次级类群。

 

表2  研究区各站位表层沉积物中的元素含量值

Station

  OC   (10−2)

  TN (10−2)

 S
(10−6)

 K
 (10−6)

Ca (10−6)

Ti (10−6)

Mn (10−6)

Fe
 (10−6)

Rb (10−6)

Sr (10−6)

Zr (10−6)

Ba

(10−6)

Al (10−2)

IV-8*

0.19

0.04

2,340

16,513

14,309

3,048

455

23,975

78

246

281

671

5.79

IV-10*

1.05

0.16

2,899

10,627

6,971

2,195

509

28,173

90

124

72

713

3.12

II-9*

0.23

0.04

2,283

16,199

44,333

2,874

568

25,524

88

316

171

561

4.03

III-13*

0.99

0.17

2,632

10,236

6,919

2,005

346

25,452

82

117

85

640

3.05

IS-4*

0.53

0.08

1,065

15,147

39,083

1,951

358

21,612

83

299

178

675

4.88

IS-2*

0.97

0.17

4,052

9,105

8,124

2,033

238

24,438

81

155

109

551

3.24

IS-9

0.19

0.04

984

23,070

9,067

5,111

539

25,142

112

162

452

913

4.36

P3-14

0.75

0.13

3,125

10,943

7,671

1,985

339

30,002

81

135

104

 

 

P4-12

1.02

0.17

3,443

9,800

8,029

2,126

232

21,657

79

144

144

603

3.18

IS-11*

0.19

0.03

2,353

19,142

65,616

4,008

456

23,328

95

249

419

 

 

IS-A*

0.79

0.13

2,583

10,065

7,917

2,125

253

22,587

86

143

138

597

3.55

P2-13

0.14

0.02

1,512

21,896

10,495

4,685

1,050

56,469

132

169

144

375

3.43

P3-6*

0.30

0.07

1,670

22,863

10,307

4,751

1,059

56,902

133

170

140

1,945

6.28

P3-9*

0.31

0.07

1,693

22,821

10,583

4,822

1,094

56,910

132

169

147

879

5.74

IS-1

1.17

0.20

2,934

3,324

5,274

1,228

114

13,921

67

131

83

355

2.34

IS-6

1.14

0.20

4,011

8,333

6,392

1,635

169

19,431

82

124

72

513

2.65

IS-12

0.59

0.11

2,788

12,808

9,690

2,299

359

26,523

89

157

148

630

4.25

P3-15

0.85

0.16

3,523

9,443

6,069

1,877

298

26,485

87

117

70

654

2.87

P3-16

0.82

0.15

2,631

7,221

5,802

1,723

210

20,841

84

124

81

 

 

P4-9

0.38

0.07

2,018

17,502

9,549

2,969

298

26,474

102

181

187

874

4.66

P4-11

1.08

0.19

4,075

8,598

7,780

1,886

190

20,418

75

143

145

550

2.94

图2  沉积物中常、微量元素分布图[9]

4.2  数据可靠性检验

在有机碳（OC）、总氮（TN）含量的分析测定过程中，使用国标GB7314进行检验，检验分析误差小于1%。Al、Ba含量的测定用海洋沉积物标准物质GBW07314和GBW07315控制分析准确度，测定结果相对误差小于5.0%，采用双样平行分析控制分析精度，其相对标准偏差Ba为5.0%，Al元素为2.5%；在S、K、Ca、Ti、Mn等元素含量的测定过程中，采用线性校准曲线模式，选用GBW07301−GBW07305、GBW07307−GBW07312（水系沉积物国家标准物质）作为校准样建立校准曲线，选用GBW07314标样作为质控样对校准曲线进行检验，所有样品在同一测量条件下重复测量12次，将测定值进行排序后去除两个最值，再进行Q检验（Q取0.9），将保留值的平均值代入校准曲线，计算所得值为沉积物中的元素含量。测定结果显示除了元素S和Zr的平均RSD大于5%（分别为5.05%和5.23%）外，其余元素测定值的平均RSD值均小于5%。以上测定结果满足分析需要。

图3  元素聚类分析图[9]

5  结论

该数据集是作者利用中国南极科学考察期间在普里兹湾获取的表层沉积物样品的实测元素含量数据，以及利用SPSS分析软件得到的统计学数据。它是开展南大洋普里兹湾沉积环境以及物质来源等相关研究的基础数据。

 

作者分工：蓝木盛、张海生、潘建明主要负责论文撰写；于培松、韩正兵、扈传昱参与样品处理与数据分析；何剑锋负责总体设计、写作指导与修改。

 

致谢：感谢雪龙号极地科考破冰船和中国南极科学考察队的大力支持，感谢海洋生态系统与生物地球化学重点实验室海洋化学组从南极带回宝贵样品及提供的实验帮助。

参考文献

[1]       赵红格, 刘池洋. 物源分析方法及研究进展[J]. 沉积学报, 2003, 21(9): 409-415.

[2]       Bhatia, M., R., Taylor, S. R. Trace-element geochemistry and sedimentary provinces: a study from the Tasman Geosyncline, Australia [J]. Chemical Geology, 1981, 33(1/2): 115-125.

[3]       Roser, B. P., Korsch, R. J. Provenance signatures of sandstone-mudstone suites determined using discriminant function analysis of major element data [J]. Chemical Geology, 1988, 67: 119-139.

[4]       贾炳文, 周安朝, 谷东起. 辽西地区晚古生代火山事件沉积地球化学特征及物源区分析[J]. 沉积学报, 1999, 17(3): 473-479.

[5]       杜德勋, 罗建宁, 陈明等. 巴颜喀拉三叠纪沉积盆地岩石地球化学特征与物源区构造背景的探讨[J]. 岩相古地理, 1999, 19(2): 1-19.

[6]       陈衍景, 杨忠芳, 赵太平. 微量元素示踪物源区和地壳成分的方法和现状[J]. 地质地球化学, 1996, 15(3): 7-11.

[7]       Stevenson, F. J., Cheng, C. N. Organic geochemistry of the Argentine Basin sediments: carbon-nitrogen relationships and Quaternary correlations [J]. Geochimica et Cosmochimica Acta, 1972, 7: 143-162.

[8]       蓝木盛, 于培松, 韩正兵等. 南极普里兹湾表层沉积物中元素含量统计学特征数据集[DB/OL]. 全球变化科学研究数据出版系统, 2015. DOI: 10.3974/geodb.2015.01.04.V1.

[9]       蓝木盛, 于培松, 韩正兵等. 南极普里兹湾表层沉积物的元素组合特征及物源分析[J]. 极地研究, 2015, 27(1): 9-16.

[10]    全球变化科学研究数据出版系统. 全球变化科学研究数据共享政策[OL]. DOI: 10.3974/dp.policy. 2014.05 (2017年更新).

[11]    吉昂, 卓尚军, 李国会. 能量色散X射线荧光光谱[M]. 北京: 科学出版社, 2011, 210-320.