胶州湾沉积物中氮与磷的来源及其生物地球化学特征

通过对比分析和相关分析对沉积物中氮、磷含量、OC∶TN、TN∶TP进行了研究,探讨了胶州湾沉积物中氮、磷的来源及其生物地球化学特征.研究表明,胶州湾表层沉积物中总氮、总磷的变化趋势一致,即从湾内到湾外含量依次降低,其中总氮依次为0.41、0.25、0.20mg/g,总磷的含量依次为0.29、0.24、0.22mg/g.在整个柱状样中总氮、总磷平均含量的变化也和表层基本一致,有机氮在大部分层次占总氮的50%-70%,无机磷所占总磷的比例一般大于60%.根据沉积物OC∶TN比、氮、磷的垂直分布可以判断湾内和湾口沉积物中的氮主要是陆源的,海洋自生的氮分别占28.9%和13.1%,湾外的氮主要是自生的,海洋自生的氮占62.1%.与氮相比,磷主要是陆源的,但在湾外海洋自生磷的比例明显高于湾内.悬浮颗粒物的组成也证明了湾内沉积物中氮、磷主要是陆源的.沉积物中OC∶TN值的垂直变化也反映了近年来胶州湾物质来源的变化特征,即河流来沙急剧减少,沿岸倾倒垃圾不断增多,后者已经取代前者成为胶州湾主要的沉积物来源.另外,沉积物中TN和TN∶TP的垂直变化也和近年来胶州湾水体中营养盐含量的变化相一致.胶州湾不同地区氮、磷的沉积通量相差很大,湾口的沉积通量最大,而湾外的沉积通量最小;在表层沉积物中,氮的矿化速率高于磷,有机磷的矿化速率大于无机磷,但有机氮的矿化速率并不一定大于无机氮.OC、pH、Eh、Es等环境因素影响氮、磷的矿化,但在不同海区影响程度并不相同.     

胶州湾营养盐研究概述

近年来,工农业生产、生活污水的排放及水产养殖区每年向胶州湾内输入大量氮、磷营养盐.胶州湾东部、东北和西北部河流基本已成为工业废水和生活污水的排污河,水体携带了大量氮、磷污染物,沿岸海水养殖废弃物(饵料和生物排泄物等)也是海水氮磷的主要来源之一.     

胶州湾营养盐的长期变化及其生态效应

依据改革开放40 a来胶州湾营养盐状况历史资料以及2018—2019年的现场调查,对胶州湾营养盐历史变化过程及其生态效应进行了系统分析。结果表明:营养盐的浓度变化大致以2008年为分界节点,在2008年前胶州湾溶解无机氮(DIN)浓度呈现持续上升趋势,而溶解无机磷(DIP)、活性硅酸盐(DSi)浓度则先略有减少后快速增加;2008年后胶州湾3种营养盐浓度均快速减少。营养盐限制状况由20世纪80年代初期的氮限制、20世纪90年代的硅限制转变为目前的磷限制。胶州湾Chl a年均质量浓度一直在3μg·L^-1上下波动但近年来则呈下降趋势,浮游动物生物量1994年后大幅度增加。分析发现,入湾营养盐通量的增加和海域面积缩小是2008年前胶州湾营养盐浓度增加的主要原因,而近十几年来胶州湾环境综合整治措施的大力实施则是氮、磷营养盐浓度减少的主要原因。2010年以前贝类养殖是控制胶州湾浮游植物生物量的主要因素,但近年来溶解无机磷浓度的减少和浮游动物生物量的增加是Chl a质量浓度呈下降趋势的主要原因。     

胶州湾海水-沉积物界面氮、磷、铁的地球化学特征

对胶州湾底层水溶解氧、总氮、总磷、溶解无机氮、活性磷酸盐、铁及孔隙水中溶解无机氮、磷酸盐、铁和沉积物粒度、有机碳进行了分析。结果显示除铵氮外,孔隙水浓度明显高于底层水中浓度,其中硝酸氮、亚硝酸氮、活性磷酸盐、铁在孔隙水中的浓度分别为在底层水中浓度的17.8、9.3、12.5、7.7倍,暗示孔隙水中的物质可能向上覆水体扩散。在横向上,底层水及孔隙水中硝酸氮、亚硝酸氮、铵氮、活性磷酸盐都呈东岸高西岸低的分布规律,在西南部出现低值。Fe在底层水及孔隙水中的分布规律为东低西高,然而在沉积物中则与此正好相反。氮、磷、铁主要补给源有河流输入、工业生活污染排放、海洋生物自身分解以及孔隙水的释放。影响氮、磷、铁分布的主要因素为物源、河流输入及水动力条件,同时受到沉积物粒度的制约。相关分析显示,溶解氧、有机碳、铁对水体中磷及氮的分布具有某种制约作用。     

胶州湾的生态环境演变与营养盐变化的关系

作为我国人为影响海洋研究与海洋学基础研究的典型海域，胶州湾历经90年的科学调查和研究，获得了系统的对胶州湾海洋学的认识。本文总结归纳了近年来胶州湾的生态环境变化状况、营养物质输入以及百年来生态环境演变的主要结果和结论。近年来，胶州湾海水呈现“高氮-低磷-低硅富营养化”状况较明显，浮游生物生物量有增加的趋势，输入到胶州湾营养物质的量巨大，总溶解态氮的年输入通量为6 945.4 t/a，其中无机氮、有机氮分别为4 453.1 t/a，2 492.3 t/a。点源和河流是总溶解态氮的主要输入方式，分别占无机氮输入通量的39%和20%，有机氮输入通量的31%和41%。总溶解态磷的年输入通量为160.6 t/a，其中无机磷的输入略高于有机磷，二者分别为88.0 t/a，72.6 t/a。河流和点源是无机磷的主要输入方式，分别占无机磷输入通量的40%和30%，而对于有机磷而言，河流是其主要的输入方式，可占其输入通量的51%，而地下水和点源也分别占输入通量的24%和15%，这些大量输入的营养物质对胶州湾生态环境变化起了关键作用。胶州湾百年来经历了三个阶段的演变，20世纪70年代以前，胶州湾受人为影响很小，其化学要素水平基本呈现“背景值”且比较稳定，从20世纪80年代起，胶州湾明显受到人为活动的影响，其沉积物中的化学组分持续增加，直到20世纪90年代中到2000年达到高峰，2000年后，由于环保治理措施的加强，沉积物中的化学组分呈明显降低趋势，基本稳定在较低的水平。     

溶解无机氮在胶州湾沉积物一海水界面上的交换速率和通量研究

应用实验室培养法测定了溶解无机氮(DIN)在胶州湾16个站位沉积物-海水界面上的交换速率。结果表明, NH4 -N,NO2 -N和NO3 -N的交换速率一般分别在-0.5~1.6,0.005~0.67, + - --2.0~2.8 mmol/(m2·d)范围内。由于间隙水中DIN主要以NH4 -N形态存在,DIN在胶州湾沉 +积物-海水界面上的交换以NH4 -N的扩散为主,在大部分站位表现为由沉积物向水体的释放, +NO3 -N主要来自NH4 -N的硝化反应,而NO2 -N是NH4 -N和NO3 -N之间化学转化过程的中 - + - + -间产物。考虑胶州湾沉积物类型, 在胶州湾沉积物-海水界面上的交换通量为9.68×108 DINmmol/d,是河流输入DIN的50%左右,可提供维持胶州湾初级生产力所需DIN的52%。     

2010-2011年胶州湾叶绿素a与环境因子的时空变化特征

2010年4、6、8、10月和2011年1、3月在胶州湾开展了6个航次的综合调查,研究了表层海水温度、盐度、营养盐和叶绿素a浓度的时空变化特征。调查期间,总无机氮(DIN)、磷酸盐(PO4)和硅酸盐(SiO3)多呈现东北部湾边缘高,而湾内和湾口低的空间分布特征。季节变化表明,DIN和PO4主要受养殖排放、河流径流输入和浮游植物生长消耗的影响,呈现初夏和秋季高,夏末和冬季低的特点;而SiO3主要受河流径流输入和浮游植物消耗的影响,呈现夏、秋高,而冬、春低的特点。营养盐浓度和结构分析表明,胶州湾存在PO4和SiO3的绝对和相对限制;SiO3限制尤其严重,是控制胶州湾浮游植物生长的主要环境因子。SiO3和PO4的限制主要表现在冬季,几乎遍布整个海湾;夏季降水可有效缓解海域的SiO3限制。叶绿素a浓度呈现春、夏季高,秋、冬季低的季节分布,温度、营养盐浓度与结构和季节性贝类养殖活动是控制胶州湾叶绿素a浓度时空分布的关键因素。     

渤海湾氮、磷营养盐在水体和沉积物中的分布特征及其相互关系

近岸海域水体和沉积物是营养盐迁移转化的重要场所。2016年8月对渤海湾水体和沉积物进行采样监测,分析了渤海湾水体和沉积物中不同形态氮、磷的含量,并研究了营养盐在水体和沉积物中的分布特征及其相互关系。结果表明:渤海湾水体中的营养盐在西部近岸地区含量较高,而在离海岸线较远的开阔海域含量较低,表现出一个明显的质量浓度梯度。说明人类活动对近岸海域水体中营养盐含量的贡献较为明显。水体中营养盐主要是以无机态为主,无机氮和无机磷分别占到总氮和总磷的76.65%和76.46%。沉积物中氮、磷营养盐表现出和水体中营养盐含量类似的空间分布特征,但形态主要以有机氮为主,无机磷的含量也仅占到30.42%。这说明夏季渤海湾水体中氮、磷营养盐主要由水中有机体通过同化作用将无机态营养盐合成为有机态营养盐进入沉积物,渤海湾西北海域的富营养化过程是水体中营养盐向沉积物迁移的一个主要驱动力。     

胶州湾水域异养细菌、大肠菌群和石油降解菌的生态分布

通过对1991～1998年的胶州湾10个常规监测站的有关微生物方面的分析研究,发现胶州湾水域中异养细菌、大肠菌群、石油降解菌的数量普遍较高,三者在表层水体中的最高值分别达1．1×106,4.6×104,4.6×102个／ml;异养细菌和大肠菌群的数量在胶州湾沿岸区域数量最高,湾心、湾口、湾外数量减少;大肠菌群和异养细菌的数量随季节变化明显,夏天数量多,冬天数量少,春、秋数量居中,与水温有着紧密的关系;石油降解菌的数量一年四季变化不大;异养细菌和大肠菌群之间存在着相关关系,且二者的数量与水域中的溶解有机碳、无机氮、无机磷等营养盐的含量有着一定的关系。     

厦门湾营养盐长期动态变化与陆源污染关系分析

近年来快速城镇化和人类活动导致沿海地区营养盐含量显著增加,导致海湾富营养化现象日趋严重。了解水体营养盐含量分布特征与陆源污染之间的关系,是对海湾进行有效环境管理的前提。本研究以2010—2019年福建省厦门湾近岸海域水质监测数据为基础,分析长期性、季节性水质空间分布特征,并利用富营养化指数法对海湾富营养化状态进行评价,为氮、磷污染物治理提供措施建议。结果表明：厦门湾自2013年以来无机氮、无机磷含量波动降低,但同安湾无机磷含量近年来有明显增加。春季和秋季无机氮、无机磷含量明显高于夏季,不同季节氮、磷含量均呈现由湾内向湾外递减的分布趋势,反映出典型的陆源输入特征。硝酸盐氮是厦门湾无机氮的最主要成分,其与无机磷的比值普遍高于Redfield比值。无机氮、无机磷是导致九龙江口、西海域、同安湾富营养化指数较高的主要因子,受径流调控明显,无机磷在秋季还受到沿岸排污口的显著影响。厦门湾亟需加强对所有入海河流氮、磷污染的总量控制,建议强化沿岸排污口的管控。     

烟台四十里湾表层沉积物中生物硅的研究

以烟台四十里湾作为研究区域,分析了16个站位表层沉积物中生物硅的含量,探讨沉积物中生物硅对内湾环境的指示作用.结果表明,污水排放区、垃圾倾倒区沉积物中生物硅含量较高(平均值分别为0.71％和0.78％),对应上层水体的富营养化;航道区生物硅含量很低(平均值0.37％),与航船扰动造成的低生产力状况符合.沉积物中生物硅含量较好地反映了上层水体的浮游植物状况,并与上层营养盐浓度具有很好的对应关系.研究表明,沉积环境能够明显影响沉积物中生物硅的沉积和保存.     

黄河下游营养盐浓度、入海通量月变化及“人造洪峰”的影响

于2009年至2011年在黄河下游采集溶解及颗粒态营养盐样品,分析了黄河下游各形态营养盐的浓度变化及营养盐入海通量,结果表明各形态氮的浓度多呈丰水期低、枯水期高,溶解无机氮是溶解态氮的主要存在形式;受黄河高悬浮颗粒物含量的影响,磷以颗粒态占绝对优势,而溶解态磷以溶解无机磷为主要存在形态;生物硅的含量平均约占硅酸盐与生物硅之和的20％,硅的浓度丰水期高于枯水期.颗粒态磷与生物硅的含量与悬浮颗粒物含量呈正相关.营养盐的组成具有高氮磷比、高硅磷比、低硅氮比的特点.近年来黄河下游溶解无机氮浓度显著升高而溶解无机磷变化不大,硅酸盐的浓度有所下降.黄河下游水沙通量、营养盐入海通量有明显的季节变化,丰水期占全年总入海通量的42％～84％.调水调沙期间,各营养盐的浓度和组成均有明显变化,氮的浓度、DIN/PO4-P下降,磷与硅的浓度、SiO3-Si/DIN、SiO3-Si/PO4-P升高,颗粒态营养盐的比例明显增加.短期内大量水沙及营养盐入海通量对黄河口及渤海生态系统产生重要影响.     

胶州湾沉积物中高生源硅含量的发现--胶州湾浮游植物生长硅限制的证据

从研究胶州湾沉积物中生源硅入手,利用对比分析对其限制的原因进行了探讨.研究表明,相对于邻近的黄海和渤海沉积物,胶州湾沉积物中的生源硅含量较高,在湾内外的三个站表层沉积物中生源硅的含量分别为1.58%、1.44%、1.48%,在整个柱状样中的平均含量分别为1.54%、1.48%和1.39%,属于高生源硅含量区.沉积物中BSi∶TN远远大于1,BSi∶TP也远远大于16,与水体中Si∶TN〈1,BSi∶16P〈1相反,同时沉积物中的OC∶BSi值远远小于Redfield比值（106∶16）,表明沉积物中有机质的分解速率远大于BSi的分解速率,生源硅分解的较慢.研究还发现,生源硅和有机碳的含量有明显的正相关关系,二者共同作用的结果是造成相当大的一部分BSi被埋藏,不能参与再循环,从而水体中的硅被永久地“清除”,造成水体硅的缺乏,这可能是造成胶州湾浮游植物生长硅限制的根本原因.湾外BSi较湾内低的主要原因是湾外的沉积物因其有机质含量低,且沉积物的颗粒粗而造成BSi的溶解速率比湾内的高.根据沉积物中生源硅的沉积通量和初级生产力的对比可推知,由硅藻形成的生源硅在沉降过程中平均只有15.5%被分解重新进入水体,其余的84.5%可被埋葬而形成沉积物.而胶州湾沉积物中的硅通过沉积物-海水界面返回到水体中的速率也小于生源硅的沉积速率,这进一步证明了海水中的硅不断向沉积物迁移,导致水体中硅含量持续的低水平,进而使Si成为浮游植物生长限制因子的主要原因.     

Cycling of phosphorus in the Jiaozhou Bay

Dissolved inorganic phosphorus (DIP ),dissolved organic phosphorus (DOP ),particulate inorganic phosphorus (P IP ) and particulate organic phosphorus (P OP ) in the Jiaozhou Bay (JZB) and its adjacent major rivers were analyzed during 2001–2003.DIP was the major form of dissolved phosphorus in JZB,representing 62%–83% of the total dissolved phosphorus (T DP ),and the P IP concentration generally exceeded the P OP concentration.The concentrations of phosphorus were higher in the north than in the south of th...     

Seasonal variations of particulate silicon in the Changjiang (Yangtze River) Estuary and its adjacent area

Temporal and spatial distribution of biogenic (BSi) and lithogenic (LSi) silica were studied in the Changjiang (Yangtze River) Estuary and its adjacent area. The annual average BSi and LSi concentrations were (1.71 ± 1.79) μmol/L and (0.56 ± 1.41) mmol/L, respectively. Both BSi and LSi were high in the inshore areas, where they received terrigenous discharge from the Changjiang, and decreased towards the offshore region. BSi and LSi were most abundant at the near bottom layer due to the high sedimentation rates and resuspension of sediment. Diatom blooms occurred in summer with high Chl a concentration in the surface layer, which induced that BSi in the surface layer during summer was obviously higher than that in the surface layer of other seasons. LSi concentration was maximal in autumn and spring and minimum in summer, associated with the seasonal variation of SPM values. Drifting investigation and mesocosm experiments were conducted during dinoflagellate bloom, aiming to understand the effect of nutrients on BSi by changing the phytoplankton composition. The results show that the low dissolved inorganic phosphorus concentration and high molar ratio of N/P (dissolved inorganic nitrogen vs. dissolved inorganic phosphorus), were the important factors for decreasing diatom biomass in the study area, and it would subsequently decrease the BSi concentration in aquatic ecosystem.     

Modélisation sur vingt ans (1976–1995) de la production phytoplanctonique en baie de Seine

This paper presents an ecological modelling of the Bay of Seine (Eastern Channel) over the last twenty years, chosen as a typical case of eutrophication in a river plume. In the physical sub-model, the Bay is divided into 42 boxes and water fluxes between them are calculated automatically using Ifremer's “Elise” software. A two-layer, vertical thermohaline model is then linked with the horizontal circulation scheme in order to take vertical stratification into account. The biological submodel deals with two chemical elements, nitrogen and silicon, and splits phytoplankton into diatoms and flagellates. Results from this ecological model point out the spatial concordance of highest phytoplanktonic concentrations with the river plume spreading in the bay. Contrary to diatoms, flagellate production appears to be mainly confined to the eastern bay, due to the vertical haline stratification in front of the river mouth. As far as the whole bay is concerned, the interannual fluctuations of diatom production are related to the level of spring insolation, whereas silicon inputs regulate diatom production in the river plume. The flagellate summer production in the plume is enhanced by high water temperature and high N/Si ratios, which appear during dry years with low discharge regimes. Finally, interannual increase of flagellate production could be related to gradual increase of nitrogen loadings, contrasting with silicon loadings, which remained stable for twenty years.     

Nutrients,light and phytoplankton production in the shallow,tropical coastal waters of Bandon Bay,Southern Thailand

Phytoplankton primary production and its regulation by light and nutrient availability were investigated in the shallow, tropical coastal waters of Bandon Bay, Southern Thailand. The bay was meso‐eutrophicated and highly turbid, receiving river water discharge. Water column stratification was consistently weak during both rainy and dry seasons. Dissolved inorganic nitrogen (DIN) was higher off the river mouth than in the other regions, suggesting that river water discharge was a main source of DIN. By contrast, dissolved inorganic phosphorus (DIP) showed a significant negative correlation with total water depth, implying that regeneration around the sea floor was an important source of DIP. Surface DIN and DIP showed positive correlations with surface primary production (PP) and water column primary productivity (ΣPP*), respectively. The combined correlation and model analyses indicate that total water depth had an ambivalent influence on water column primary production (ΣPP); shallower water depth induced more active regeneration of nutrients, but it also caused higher turbidity and lower light availability as a result of enhanced resuspension of sediments. Furthermore, there was a vertical constraint for phytoplankton during the rainy season: total water depth tended to be shallower than euphotic zone depth. In conclusion, light limitation and vertical constraint owing to shallow water depth appear to be more important than nutrient limitation for water column primary production in Bandon Bay.     

黄河干流营养盐分布与变化趋势

河流是海洋获取陆源物质的主要途径,河流营养盐含量和结构的变化会对海洋生态环境产生重要影响。为了解黄河干流营养盐的基本情况及影响因素,于2012年7月(汛期)对黄河流域水体和土壤进行了综合调查,并结合历史资料分析了悬浮颗粒物和营养盐等的变化特征及对黄河物质输送的影响。结果表明:各参数受地势和人类活动的影响明显,表现出不同的分布特征。营养盐和悬浮颗粒物在上游浓度较低,在中游相对稳定,下游浓度有一定程度升高;相比于贵德而言,黄河利津段悬浮颗粒物、溶解硅和硝酸盐分别增加了近66%、60%和800%。磷限制是黄河营养盐限制的主要特征,且氮磷比呈升高趋势;与资料对比发现,黄河氮增加约1倍,硅下降60%后相对稳定,而磷略有下降。从目前分析看,支流与干流的氮营养盐构成有显著差异。在沿岸表层土壤营养盐含量较高的区域,河段内营养盐含量也较高。流域人类活动是黄河氮营养盐含量增加的重要因素;流域降水减少、水土保持等导致的物理侵蚀作用减弱是黄河硅和磷减少的重要因素;自1986年后,流域泥沙减少导致河流溶解硅降低了约34%,这值得进一步关注。     

福建诏安湾海域表层沉积物粒度特征及输运趋势分析

通过对诏安湾海域6个站位的水文泥沙观测和181个表层沉积物样品的粒度分析,结合海湾水深地形,应用Gao?Collins粒径输运模型和系统聚类分析方法,分析研究了福建诏安湾海域的粒度参数分布特征、表层沉积物的运移趋势和沉积环境划分及其动力机制.结果表明,诏安湾表层沉积物共6种类型,以黏土质粉砂和砂为主,平均粒径介于0.5...     

Sedimentary records of eutrophication in the Changjiang Estuary upwelling area over last 100 a

The upwelling area in the Changjiang Estuary was selected to collect the core, where the red tide occurred frequently and hypoxic existed. The total organic carbon （TOC）, total nitrogen （TN）, biogenic silica （BSi） and stable organic carbon isotopic ratios（δ13 Corg） were determined on the 210pb-dated sediment core. The concentrations of TOC, TN, BSi as well as their sedimentation fluxes have in- creased to some extent since the 1970s. TOC and TN fluxes increased about 45%, 36% respectively. The average δ13 Coorg value in the core was -23.67 ×10^-3 which remained nearly constant before the 20 century. The δ13 Corg values increased after the 1900s, two marked increases were observed from the 1950s and the 1970s. A simple δ13 Cors model was used to estimate the contribution of terrigenous and marine organic matter inputs for the sediment, which indicated the increase in accumulation since the 1970s has been almost exclusively marine. The increasing of marine organic matter accumulation （TOC, TN and BSi） was corresponding with the increasing of fertilizer consumption and the NO3-N budgets from the Changjiang River. The riverine runoff of fertilizers and nutrients stimulated the algae blooming. Enhanced primary production resulted in an enrichment of organic matter in the sediment. These data support the hypothesis that anthropogenic nutrient loading has been a significant factor on the eutrophication in the Changjiang Estuary.