深圳湾和茅洲河湿地浅层沉积物孔隙水中营养盐和金属元素赋存特征及其界面扩散通量研究

为了解湿地微环境中营养盐和金属元素的分布特征及其内在联系,并进一步估算两者在沉积物-水界面的扩散通量,本文借助薄膜扩散梯度技术获取深圳湾和茅洲河红树林湿地浅层沉积物孔隙水中营养盐和金属元素浓度以及二维高分辨有效态硫浓度分布。研究结果表明：除了NO₃^-和 Mo 外,茅洲河沉积物孔隙水中NH₄⁺、P 与 S_2-和重金属 Cd、Co、Cu、Fe、Ni、Pb 与 Zn 的平均浓度均高于上覆水和深圳湾水体中平均浓度,这说明茅洲河沉积物孔隙水的污染程度更高,但深圳湾水体中营养盐和金属元素等污染物来源多于茅洲河。茅洲河有效态硫浓度空间分布不均匀,存在明显的生物扰动通道,浓度值也随着沉积物深度逐渐增高。深圳湾在沉积物-水界面处营养盐和金属元素的扩散通量为-0.27～0.006 5 μg/(cm²·d),茅洲河的扩散通量为-0.061～0.069 μg/(cm²·d)。     

中国多金属结核开辟区间隙水中铜、锰、镍的分布规律

通过对东北太平洋海域中国多金属结核开辟区沉积物间隙水中铜、锰、镍等微量元素的详细研究表明,锰主要受沉积环境的影响,其含量的变化范围在0.16～8.61μg/dm3之间;铜和镍则主要与表层海水的初级生产力有关,研究区内间隙水中铜和镍含量的变化范围分别为0.16～20.8和0.80～3.12μg/dm3,且这些元素在沉积物—水界面处均存在最大浓度梯度.利用“Fick扩散定律”计算表明,锰在研究区主要是从上覆海水向沉积物扩散,是沉积物中锰的主要来源之一;而铜和镍则是从沉积物向上覆海水扩散,是底层海水中铜和镍的主要来源。与表层海水中铜和镍向底层海水的输送通量计算结果相比,底层海水中铜和镍的含量主要受沉积物的控制.     

闽东罗源湾沉积物-水界面磷、硅的交换

1987年3月测定了罗源湾17个站位水体、间隙水以及沉积物不同结合形态的磷、硅含量,并估算了沉积物-水界面磷、硅的交换量。沉积物中磷约一半以弱结合态存在(～占53％);硅则绝大部分以晶格态存在(～占98％)。底部沉积物中磷、硅向上覆水体扩散的通量平均分别为0.137mmol/(m~2·a)和114.9mmol/(m~2·a);占磷、硅的河流入海通量的～10％和～25％。回归分析表明,沉积物中磷的地球化学行为主要受有机质、Fe,Mn以及细粒级沉积物含量所控制;而硅则主要由粗粒级沉积物和有机质所控制。     

南海北部沉积物间隙水中营养盐研究

通过2004年9月对南海北部6个站位的采样分析,探讨了间隙水的营养盐含量及其空间分布特征,估算了沉积物-海水界面营养盐的扩散通量。结果表明,NH4-N含量为8.9—142.3μmol.L-1,是南海北部间隙水中营养盐的主要组分,占溶解态无机氮的比例范围为49.1%—75.2%。在平面分布上,NH4-N含量表现为近海高于远海,PO4-P则差别不大。NH4-N、NO3-N、NO2-N和PO4-P在沉积物-海水界面的平均通量分别为7.08、-0.61、-0.51、0.14μmol.(m2.d)-1。NH4-N、PO4-P主要是从沉积物向上覆水扩散,是底层水体营养盐的来源之一。     

一次春季冷空气过程中东海海域海气通量与界面热交换分析

利用船测资料分析一次冷空气过程中东海海域海气通量特征及海洋表面热收支变化特征。2017年5月5日20时—6日14时冷空气过境期间,动量通量平均值为0. 22 N·m~(-2)。感热和潜热通量的平均值分别为27. 17 W·m~(-2)和90. 25 W·m~(-2),是春季整个观测期间(2017年4月20日—5月26日)平均值的2. 8倍和1. 1倍。冷空气爆发当天,净热通量为-12. 73 W·m~(-2),海洋失热。白天海表面热收入58. 36 W·m~(-2),影响海面热收支变化的主要是净辐射通量和潜热通量。夜间海表面热支出156. 89 W·m~(-2),海洋作为热源向大气释放潜热99. 79 W·m~(-2),占海洋释放能量过程的63. 61%,向大气释放感热27. 11 W·m~(-2),占海表释放热量的17. 28%,海表面损失的热量主要以潜热的形式向大气传输。     

西北冰洋表层沉积物中重金属的赋存形态研究

用连续提取法对选自西北冰洋的32个表层沉积物进行分析,测定了Cr、Cu、Pb在全样中及其在P1-2、P3、P4、P5中的含量.结果表明随着离岸距离增加,水深加深,Cr、Cu、Pb含量呈增高的趋势.研究区陆架沉积物中Cr、Cu、Pb含量分别为60.66、14.77、16.65μg/g;深海沉积物中Cr、Cu、Pb的含量分别为80.40、41.70、25.62μg/g.元素赋存形态分析表明,Cr、Cu、Pb主要赋存在残渣态,残渣态中三元素的含量平均值分别为64.97、19.67、17.56μg/g,占元素总量的比例分别为93.58%、75.02%和83.76%.三元素在各赋存形态中的含量分布是:Cu为残渣态>有机质和硫化物态>铁锰氧化态>可交换及碳酸盐态;Pb和Cr则为残渣态>铁锰氧化物态>有机质硫化物态>可交换态及碳酸盐态.研究区重金属元素在不同赋存形态中的含量分布与北太平洋深海沉积物中类似.     

长江口邻近海域间隙水营养盐扩散通量的探究

通过2011年11月在长江口邻近海域的观测调查,探讨了上覆水和间隙水营养盐组成特征;运用成岩模型计算了沉积物-水界面营养盐的扩散通量,分析了营养盐扩散通量的主要影响因子及其未来变化趋势。研究结果表明:底界面NH_4-N、NO_3-N、PO_4-P、SiO_3-Si扩散通量分别为:0.021 8~0.167 0、-0.751~0.178、-0.001 44~0.012 10、0.34~1.24mmol/m2·d;长江口邻近海域上覆水和间隙水营养盐时空分布受到陆源输入、底界面生化作用、生物扰动和沉积类型等因素的共同影响;长江口邻近海域各项营养盐扩散通量数值与其它地区比较处于中等水平。     

春季长江口崇明东滩沉积物-水界面营养盐交换过程研究

2005年3-5月,选取位于长江口崇明东滩的3个典型站点,对沉积物间隙水中营养盐剖面进行了观测;同时,通过模拟现场环境培养的方法测定了营养盐在沉积物-上覆水界面的交换通量.结果表明,间隙水中NH4+和SiO32-浓度比PO43-和NO2-+NO3-一般要高2-3个数量级.沉积物-水界面交换过程在春季表现为对NO3-和SiO32-的吸收,吸收的量在很大程度上取决于上覆水中这两种营养盐的浓度;由上覆水和表层间隙水浓度梯度所决定的分子扩散通量对实际交换通量的控制有限.对NO3-,分子扩散通量占交换通量的比例为到21%;对SiO32-,前者和后者的方向相反;对NH3+,较大的浓度梯度支持显著的释放通量,而在培养过程中并没有发现上覆水中NH4+浓度持续的增长.以上结果都说明其它因素,如浮游植物吸收、颗粒物吸附以及底栖动物扰动在更大程度上决定着崇明东滩沉积物-水界面营养盐的交换过程.     

夏季东、黄海沉积物中甲烷的分布和沉积物-水界面通量

沉积物释放是海洋环境中甲烷(CH_4)的重要来源。通过2013年7月和8月两个航次,对东、黄海泥质区沉积物中CH_4浓度的垂直分布和沉积物-水界面通量进行了研究。结果表明,除个别站位外,黄海沉积物(50 cm以浅)中CH_4的浓度变化范围在0.2～1.0μmol/L之间,长江口及浙闽沿岸附近的沉积物中CH_4浓度则要更高(1.0～2.0μmol/L),而东海东部海域沉积物中CH_4浓度波动范围为0.2～3.0μmol/L。总体来说,东、黄海沉积物中CH_4浓度偏低,这可能与观测到的高浓度硫酸盐(20 mmol/L)有关。通过整柱密室培养实验估算出东、黄海沉积物-水界面CH_4释放速率在0.64～2.12μmol/(m2·d)之间,东、黄海沉积物CH_4释放总量为6.7×108 mol/yr;但采用菲克定律估算的CH_4扩散通量则要比现场培养的结果低2～5倍,表明不同的方法在估算沉积物-水界面CH_4通量上还具有一定的不确定性。     

冲绳海槽中南部柱状沉积物氧化还原敏感元素赋存机理与环境指示意义

沉积物中氧化还原敏感元素(Redox Sensitive Element,RSE)含量变化是上覆水体氧化还原环境良好的替代指标。本文通过冲绳海槽中南部两个柱状沉积物(深度：30 cm)粒度、总有机碳、总氮及其同位素含量和氧化还原敏感元素含量等指标,探究复杂环境背景下冲绳海槽柱状沉积物中RSE的赋存机理与环境指示意义。研究发现,柱状沉积物中除了Cr亏损,其他RSE均显示有不同程度的富集。“粒控效应”对冲绳海槽柱状沉积物的RSE含量影响较小;分析可知,海水表层生产力是影响沉积物氧化还原环境的主要因素,通过Mn(氢)氧化物的吸附或解吸附作用实现RSE的富集与亏损。δCe、V/Cr、Ni/Co和V/(V+Ni)等指标指示沉积物整体处于氧化-弱氧化环境。沉积物中Mn元素通过还原作用以Mn²⁺形式向上扩散,在25～30 cm处被含氧间隙水氧化富集形成锰峰,指示柱状沉积物0～25 cm处为氧化环境,25～30 cm处为弱氧化环境。     

沉积物捕获器在海岸与陆架沉积动力研究中的应用:以罗源湾和台湾海峡为例

运用时间序列的沉积物捕获器对海岸与陆架海域沉降颗粒物进行采集,估算沉降通量,并运用多学科综合研究手段分析沉降颗粒物的来源、组成、时空变化及控制因素,可以为海岸与陆架沉积动力过程的研究提供新的研究手段。福建罗源湾的实验表明,夏季罗源湾潮下带小潮至中潮期间的沉降通量为133.20~256.18g/(m2·t);由中潮向大潮变化期间单个潮周期的沉降通量明显增大,台风过后的大潮期间的沉降通量为373.99~590.51g/(m2·t);台风显著影响期间的沉降通量为746.34g/(m2·t);粒度分析及水动力观测结果显示,观测期间罗源湾潮下带沉降颗粒物主要来源于海底沉积物的再悬浮。台湾海峡西北部内陆架海域的实验研究表明,该海域近底部悬浮颗粒物沉降通量最大值为13.34g/(m2·d),由小潮向中潮沉降通量逐渐增大,这主要是由于近底部温盐跃层层位上移,近底部垂向混合作用增强,致使底部再悬浮沉积物向上扩散,并最终被沉积物捕获器捕获。沉积物捕获器可以接收到再悬浮沉积物,结合底部边界层过程的观测研究,可以深入认识海底沉积物的侵蚀、沉降及埋藏过程,在研究海岸与陆架区沉积动力学、泥质区沉积记录的形成过程与保存潜力中扮演着十分重要的角色。     

东、黄海沉积物-水界面营养盐交换速率的研究

2000年10月和2001年5月随“东方红2号”考察船在东、黄海进行考察,在A2、E2、E4、E5、E65个站位作了培养实验,研究沉积物-水界面在氧化和还原条件下的交换通量。在东海海域,NO3-、PO43-、总磷(TDP)由水向沉积物中扩散,NH4 、SiO32-由沉积物向水中扩散,NO3-、TDP、NH4 在还原条件下的交换通量大于氧化条件下的交换通量,PO43-、SiO32-在氧化还原条件下的交换通量基本一致。在黄海海域,两站位各溶解态营养盐的迁移方向有较大差异。在距离陆地较近的海域,各溶解态营养盐多由水中向沉积物中扩散,且距离陆地越近,交换通量越大。在东、黄海海域,沉积物释放的SiO32-对初级生产力的贡献分别为13%、10%~18%,与河流输送和大气沉降相比,沉积物对黄海、东海SiO32-的贡献分别占90%、86%,说明沉积物是SiO32-的源。而在整个东、黄海海域,对于溶解无机氮(DIN)和PO43-来说,它们的交换通量为负值,即沉积物从水体中吸附溶解无机氮和磷,说明沉积物是DIN和PO43-的汇。     

柘林湾表层沉积物重金属分布及污染初步评价

研究了柘林湾表层沉积物样品中7种重金属元素的质量分数及分布特征,并对其来源进行了分析。结果显示,调查海区Zn的平均质量分数为113.0μg/g±6.5μg/g、Cr为40.1μg/g±8.5μg/g、Mn为837.9μg/g±168.6μg/g、Cu为24.0μg/g±4.3μg/g、Pb为57.7μg/g±11.3μg/g、Ni为24.4μg/g±5.7μg/g、Fe为3.7%±0.4%。重金属主要来源于陆源风化产物,其质量分数反映了粤东地区的地质特点。分别以沉积物质量和香港环保署公布的标准,对柘林湾表层沉积物重金属污染进行了评估,结果表明:只有Pb在部分站位达到中度污染水平,其它重金属元素则只为轻度污染。     

潮水作用下苏北海岸带盐沼甲烷通量时空特征研究

甲烷是大气中重要的温室气体,对全球气候变暖具有重要的贡献,在全球的碳循环中也扮演着重要的角色。2013年7月(生长季)和2013年12月(非生长季)在中国江苏省盐城海岸带盐沼湿地采用静态箱技术原位测定CH_4的通量。结果表明,在光滩和植被演替带上,光滩、互花米草带和獐茅带甲烷的通量均值分别为0.26±0.44mg·m~(-2)·d~(-1)、25.83±4.25mg·m~(-2)·d~(-1)和2.68±1.47mg·m~(-2)·d~(-1)表现为甲烷的源,盐地碱蓬带通量均值为-0.56±0.94mg·m~(-2)·d~(-1)表现为甲烷的汇,距离潮沟远近上,潮沟处甲烷的通量均值最大(16.90±3.71mg·m~(-2)·d~(-1)),大于近潮沟处(5.17±2.11mg·m~(-2)·d~(-1))和远潮沟处的甲烷通量均值(8.93±3.21mg·m~(-2)·d~(-1));植被区生长季与非生长季甲烷通量较为接近,甲烷通量均值分别为10.48±2.90mg·m~(-2)·d~(-1)、9.65±2.29mg·m~(-2)·d~(-1),生长季的甲烷通量略大于非生长季的甲烷通量;生长季潮水周期性变化中落潮甲烷通量比涨潮、平潮时期的甲烷通量值大,非生长季涨潮时期甲烷通量大于平潮、落潮时期的甲烷通量。高等植物的地上部分去除对甲烷的排放影响不一,去除高等植物后的互花米草带甲烷通量增加,盐地碱蓬带和獐茅带甲烷通量减少。盐沼甲烷排放与丰富的有机质有关,有机质提供甲烷产生的基质。在过碱的盐沼环境中产甲烷菌的活性受到限制,甲烷的通量与pH的呈负相关。硫酸盐浓度在378mg/L~530mg/L与甲烷通量无相关性、530mg/L~1100mg/L与甲烷通量呈正相关,在1100mg/L~1130mg/L与甲烷通量呈负相关。生长季光照、温度与甲烷通量呈正相关。     

溶解无机态营养盐在渤海沉积物-海水界面交换通量研究

了解无机态营养严在渤海沉积物-海水界面交换速率、通量基控制因素,于2002-08-06~08-24,应用船基沉积物培养方法,现场测定了硅酸盐(SiO3-Si)、磷酸盐(PO4-P)和溶解无机氮(DIN)在沉积物-海水界面上的交换速率(νN)和交换通量(FN)。结果显示,νSiO3-Si变化范围为2 220~4 317μmol.m-2.d-1,平均为3 466μmol.m-2.d-1,νPO4-P为0.4~77μmol.m-2.d-1,平均为39μmol.m-2.d-1,νDIN为667~2 167μmol.m-2.d-1,平均为1 308μmol.m-2.d-1,其中NH4-N和NO3-N的贡献分别为48%和47%左右。进一步分析表明,νSiO3-Si主要由溶解和扩散2个过程控制,前者决定于沉积物黏土矿物含量和含水率,后者决定于营养盐浓度和温度。νPO4-P主要由在以黏土为主的细颗粒和氢氧化铁上的吸附-解吸和扩散过程控制,前者分别决定于沉积物粒度和上覆水中DO浓度,而后者决定于间隙水与上覆水之间的浓度差。结果表明,FSiO3为2.59×1013mmol,FPO4为2.95×1011mmol,FDIN/SE为8.62×1012mmol。这样,为维持夏季渤海初级生产力,沉积物交换过程可提供大约65%的SiO3-Si、12%的PO4-P和22%的DIN,远远高于以河流径流为主的陆源排放。     

南沙群岛海域沉积物间隙水营养盐（氮、磷、硅）的研究

通过1997年11月和1999年7月2个航次对南沙群岛海域的现场调查,实测了南沙群岛深海盆沉积物的孔隙度?间隙水的营养盐含量,估算了沉积物海水界面营养盐的扩散通量?2个航次的沉积物间隙水的NO2-N,NO3-N ,NH4-N,PO4-P ,SiO3-Si含量,1997年冬季航次平均为4.68,43.84,115.68 ,6.85,425.71μmol·L-1,1999年夏季航次(H4SiO4除外)平均为2.72,36.86,31.40,10.10μmol·L-1;平均扩散通量,1997年冬季航次为0.03,-14.07,121.70,0.25,72.54μmol·m-2·d -1,1999年夏季航次(H4SiO4除外)为0.10,-11.74,40.47,-0.56μmol·m-2·d -1?NH 4和H4SiO4 是扩散量最大的2种组分,而HPO2-4 和NO-2的扩散量极小?     

山东半岛东部海域表层沉积物微量元素分布及物源指示意义

依据山东半岛东部海域79个站位表层沉积物微量元素测试结果,分析了研究区微量元素含量空间分布特征,识别了沉积物来源,探讨了其控制因素和沉积物输运模式。结果表明,研究区表层沉积物微量元素中Ba和Sr平均质量比最高,分别为465μg/g和198μg/g;Ba含量整体呈中间低、四周高的趋势; Sr整体呈近岸高、离岸低的分布特征。除Ba和Sr外, Cr、Cu、Ni、Pb、Co和V含量空间分布特征基本一致,整体呈近岸低、离岸高的分布特征。通过m(Cr)/m(V)-m(Ni)(m表示元素质量比,μg/g)散点图判别,研究区沉积物主要来源于黄河物质,南部可能有少量长江物质输入。微量元素的分布受物源和粒度效应的控制。研究区微量元素除Ba、Sr外,其余元素与平均粒径呈正相关, Sr元素则与平均粒径呈负相关性,Ba与沉积物粒径无明显相关性。黄海沿岸流携带黄河物质绕过成山头后在研究区发生沉积,同时受到北上黄海暖流的阻隔,在研究区南部发生混合扩散后沉积。研究成果对于补充完善山东半岛泥质区的物源和输运机制具有重要意义。     

大连湾沉积物-水界面BAP 交换通量的影响因素

利用实验室培养法研究了不同因素对大连湾沉积物-水界面间生物可利用磷(BAP)交换通量的影响,并利用实验室培养法和间隙水浓度梯度法估算了大连湾已疏浚区和疏浚点邻近海域沉积物-水界面BAP的交换通量.结果表明,随着上覆水pH和温度的增加,BAP由沉积物向水体释放量逐渐增加;灭菌和贫氧条件下,也会导致沉积物BAP的释放量增加;上覆水中磷酸盐浓度的升高会导致BAP由沉积物向水体释放通量降低,且随着上覆水磷酸盐浓度的不断升高,BAP逐渐转化为由水体向沉积物中扩散.实验室培养法和间隙水浓度梯度法测定结果均显示,受到疏浚工程的影响,大连湾疏浚点邻近海域沉积物-水界面BAP的年均通量大于已疏浚区.不同季节,大连湾沉积物-水界面BAP的交换通量有所不同,表现为夏季最高,冬季最低.但由于受疏浚活动的影响,冬季疏浚点邻近海域沉积物-水界面BAP的交换通量也维持在较高水平.     

广西钦州湾-防城港潮间带表层沉积物重金属生态风险评价

对广西钦州湾-防城港潮间带表层沉积物中的重金属元素Hg,Cd,As,Pb,Cu,Cr和Zn的质量分数和空间分布特征及其潜在生态危害进行了分析和评价。钦州湾潮间带表层沉积物中的重金属元素的质量分数相对较低,均在国家一级标准之内。空间分布上,从防城港-企沙-鸡墩头-三娘湾-沙角,重金属元素含量有逐渐增加的趋势,尤其在企沙QZ-07、三娘湾QZ-09和沙角地区的QZ-08剖面的质量分数最高。其中Cd,Cu和Zn的最高值出现在沙角地区QZ-08剖面,其平均质量分数分别达到了0.14,29.15和64.56μg/g;Hg,As,Cr和Pb的最高值出现在企沙地区QZ-07剖面,其平均质量分数分别达到了0.11,11.29,88.23和26.47μg/g。选用Hakanson的潜在生态风险指数法对沉积物的环境质量进行了评价。结果表明,钦州湾潮间带表层沉积物重金属元素的潜在生态风险参数均小于40,而风险指数均小于150,显示其潜在生态风险为低风险级别。但部分调查剖面如沙角QZ-08剖面的生态危害风险指数接近临界值140,所以该污染的风险是存在的。在空间分布上,从防城港-企沙-鸡墩头-三娘湾-沙角,重金属元素的污染生态危害指数有逐渐增加的趋势,尤其在企沙QZ-07、三娘湾QZ-09和沙角地区的QZ-08剖面的危害指数最高。     

台湾海峡南部、罗源湾和厦门港颗粒垂直通量研究

采用自行设计和制作的沉积物捕获器分别在台湾海峡南部的两个站位福建罗源湾大官坂垦区和厦门港进行了现场投放,得到迁出真光层的颗粒物通量分别为1.14,0.933,11.9和81.5g/m~2·d;颗粒有机碳通量分别为73.8,98.5,5054和856mg/m~2·d。上述海域沉降颗粒的通量不同,性质上也有所差异。