长江口邻近海域沉积物间隙水的地球化学

长江口及其邻近海域的水文、地质情况极为复杂,对沉积物的成岩作用和间隙水中元素的生物地球化学过程,均有显著影响。本文作者曾于1980年7月对长江口邻近海域沉积物与间隙水的地球化学特征进行了调查,调查船为“金星”号,工作范围为122°00′—126°08′E,30°30′—32°31′N,共测定18个站位(图1)表层沉积物氧化还原性质的参量及间隙水主要化学成分、营养盐和微     

潮滩“干湿过程”模式下营养盐的迁移、转化微观实验模拟

潮滩是联系陆地生态系统和海洋生态系统的交互过渡带,与陆地湖泊、河流和深海系统相比有其特殊性和复杂性.在潮汐作用下由于潮滩受潮水周期性浸没和暴露的影响,使得潮滩界面成为一个典型的沉积物-水-气周期性交互作用界面.潮水的周期性涨退将诱使潮滩沉积物中发生一系列的物理、化学和生物变化[1].在暴露期间,因蒸发作用潮滩沉积物可能会发生失水现象,并引起沉积物孔隙水发生迁移和水溶性物质扩散梯度发生变化[2,3].在暴露失水过程中,空气也可能会占据沉积物间隙,并引起潮滩沉积物物理结构发生变化,加剧了沉积物-气界面之间需氧过程的发生[4,5].     

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。     

中法长江口合作研究全面结束现场调查,进入室内分析、计算、研究阶段

中法长江口及其毗连东海水域污染物和营养物生物地球化学合作研究,其目的是:研究确定长江与东海之间决定溶解与颗粒状态下无机物和有机物运移形式的主要物理、化学和生物过程,研究确定在河水与海水、水与沉积物及水与大气等界面发生的主要物理化学和生物地球化学过程的特征和数量,评价初级生产力和有机矿化的微生物过程的性质以及测定某些     

西太平洋深海沉积物孔隙水稀土元素地球化学特征及意义

为探索深海孔隙水中稀土元素的生物地球化学循环过程,对太平洋菲律宾海九州-帕劳海脊东、西两侧的两个钻孔沉积物进行了高精度的孔隙水采样工作,分析了主、微量元素和稀土元素的地球化学特征,并对稀土元素的浓度、配分模式以及分馏特征进行了详细的讨论.结果表明:这两个钻孔沉积物均处于氧化环境,表现出海水-沉积物界面和浅层孔隙水(2....     

蟹类底栖动物对河口潮滩无机氮界面交换的影响

以长江河口的沿岸及岛屿潮滩高潮滩湿地为研究区域,结合现场调查和实验室模拟分析,初步研究了大型穴居底栖动物无齿相手蟹(Sesarma denaan)活动对长江口潮滩沉积物-水界面无机氮交换以及界面处氮的生物地球化学循环的影响。结果表明,高潮滩蟹类底栖动物活动对潮滩滩面地貌施加了显著的改造作用,蟹类活动较集中的地段,蟹洞覆盖率达到2%~3%,滩面掘出沉积物高达1~1.5 kg/m2。潮水淹没情况下,小范围内高密度的蟹类活动能通过机体排泄、加强沉积物再悬浮及促进沉积物-水界面溶质交换等方式致使沉积物出现三态无机氮的巨大释放。蟹类活动造成的洞穴结构及对沉积物的翻动混合能增加沉积物中的氧气含量,促进沉积物中有机氮的矿化和NH4 的释放,造成无机氮在沉积物中的剖面分布特征发生较大变化。     

用成岩模型计算沉积物-水界面营养盐的交换通量--以渤海为例

根据沉积物中营养盐的再生对水体中营养盐的收支循环动力学的作用.利用1998年秋季和1999年春季沉积物间隙水中营养盐的分析结果,建立了沉积物中营养盐的成岩模型,并由此计算了沉积物-水界面营养盐的交换通量.结果表明,硝化速率、反硝化速率、有机氮含量、硅质成分的溶解速率、生物扰动作用、孔隙率明显影响沉积物间隙水中营养盐的分布和沉积物-水界面的交换通量.对比了实验室培养法和扩散通量计算法测得沉积物-水界面营养盐的交换通量,表明2种方法所得NO3通量较一致,但NH4 ,PO43-,SiO32- 2种方法所得通量有一定差异,文中讨论了可能的原因.以渤海为例阐明了在用扩散通量法研究沉积物-水界面营养盐的交换通量时,表层沉积物分割厚度对界面交换通量影响显著,为了得到合理的与现场接近的结果表层沉积物的分割厚度以不超过1em为宜.     

夏季珠江口外近海沉积物/水界面营养盐的交换通量

基于2002年夏季(7月)对珠江口外近海的生态环境调查,获取了该海域沉积物间隙水的营养盐剖面资料,估算了沉积物/水界面的营养盐交换通量,并且与实验测定的沉积物/水界面交换通量进行了对比。结果表明,沉积有机质在厌氧环境下降解大大提高了间隙水中的铵盐、磷酸盐和硅酸盐含量,导致这些营养盐总体上从沉积物内部向沉积物/水界面转移。但在该界面附近,铵盐被不同程度地硝化,所形成的硝酸盐又被不同程度地反硝化;磷酸盐和硅酸盐交换通量则受到自生矿物沉淀与溶解、吸附与解吸作用的影响,因此营养盐的净交换通量是各种物理、化学和生物作用的综合结果。模拟实验研究显示,该海区NH4+、NO3-、NO2-、PO43-和SiO44-的沉积物/水界面交换通量分别为-0.197—1.93、-0.558—0.178、-0.064—-0.009、-0.079—0.126和-6.89—7.00 mmol.(m2.d)-1。根据营养盐剖面资料计算的交换通量不仅很小,交换通量方向也往往与实验结果不符。     

南黄海物理-生物地球化学过程的时空异质性及内在关联和机制

研究多重物理过程控制下陆架边缘海生物地球化学过程的时空异质性及其生态响应,对于深入认识海洋生态系统具有重要的意义。基于相关历史观测资料和卫星遥感海表温度,本文综合分析了南黄海物理-生物地球化学过程的时空变化和空间异质性特征,探讨了该海域内部典型地理单元之间的内在关联和机制。结果显示,冷季沿岸流南向输送和暖季锋面上升流垂向输运的季节性交替是影响石岛外海与海州湾外侧海域生物地球化学和初级生产的重要物理过程。夏季苏北沿岸水的东北向扩展可形成浒苔离岸/跨区域输送的动力驱动。暖季水体层化显著影响着南黄海中部冷水团海域的生物地球化学过程,春至秋季冷水团海域底层水体中的营养盐逐渐累积,形成了营养盐的重要贮库;层化季节黄海冷水团边界锋区上升流系统的存在使得南黄海叶绿素a和初级生产力高值区位置同海表低温涌升流区总体相一致。冷季南黄海西部南下的冷水与中部北向入侵的暖水共同导致了“S”型锋面的形成;暖季黄海冷水团边界锋区的上升流系统是连接层化海域和近岸区的纽带,可实现对冷水团内部营养盐的提取,从而将冷水团内部和边界区的生物地球化学过程形成有机连接,并在成山角-石岛外海、海州湾外侧、苏北浅滩东部形成三个典型的物理-生物地球化学相互作用区。本研究细化和整合了南黄海区域海洋学研究,揭示了该海域物理-生物地球化学过程的空间异质性特征和不同地理单元之间的关联性及机制,获得了对南黄海水文-生物地球化学-生态过程的综合、系统认知。     

长江口盐沼滩面演化的沉积和地球化学特征

选择长江口盐沼典型高程部位(高潮滩上部、中潮滩下部、光滩)柱状样,采用小间隔(1 cm)取样,通过粒度、颗粒有机碳(POC)含量与碳稳定同位素组成(δ13C)分析,研究盐沼滩面发育的沉积和地球化学特征,结果表明,盐沼沉积物的粒度参数、POC含量与δ13C值随深度变化明显;在盐沼典型高程部位沉积物的颗粒组成与地球化学特征差异显著,有明显的滩面趋势,这与滩面的规律性演化密切相关.柱样有限深度内有明显的相对淤积期与冲刷作用相对较强时期的交替,表明长江口盐沼滩面发育过程并不是线性的.盐沼沉积物黏粒含量对POC含量和δ13C值的垂向变化及滩面趋势影响显著,表明流域来水来沙明显制约河口盐沼的发育.对于沉积动力环境复杂、冲淤过程频繁、厚度为毫米级的砂质纹层和泥质纹层发育的河口盐沼,在沉积和地球化学研究中采用小间隔取样的效果明显,有助于揭示盐沼发育过程的更多信息,为年际滩面冲淤演变研究提供新途径.     

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.     

长江口及邻近海域表层沉积物中的生物硅

对长江口及邻近海域表层沉积物中的生物硅进行了测定,分析了生物硅的分布特征及影响生物硅保存与分布的因素。结果表明:在整个海域调查范围内,表层沉积物中BSi含量范围为0.14%~0.70%,平均值为0.41%,与世界其他近海沉积物中BSi含量相比,处于中等偏下水平。黏土矿物和粉砂较多的沉积物中富集着更多的BSi,而砂含量较高的沉积物中BSi的含量较低。表层沉积物颗粒比表面积越大,越有利于BSi的赋存和累积。BSi的分布特征和TOC、TN分布存在一定的关联,说明2011年8月长江口及邻近海域表层沉积物中有机物的来源之一可能为硅藻;相对于TOC,BSi有更高保存率。表层沉积物表面富集着丰富的底栖硅藻,这是表层沉积物中BSi比同时期悬浮颗粒物中BSi的平均百分含量高一个数量级的重要原因。调查区域内BSi的沉积通量显著高于沉积物-海水界面SiO2-3-Si的释放通量,说明沉积物-海水界面以BSi的沉积为主,长江口及邻近海域是BSi的汇。     

长江口潮滩表层沉积物对NH4+-N的吸附特征

沉积物对NH₄+-N的吸附是氮素生物地球化学循环的关键过程之一,它在河口潮滩生态系统内氮素循环过程中起着非常重要的作用.以长江口滨岸潮滩为研究区域,运用实验模拟的方法,研究了沉积物对NH₄+-N的吸附特征,结果表明,在长江口潮滩上覆水和孔隙水中NH₄+-N含量的变化范围内,沉积物对NH₄+-N的吸附呈线性变化;研究区域内沉积物对NH₄+-N的吸附系数为3.81~9.00,且与沉积物中有机碳(TOC)含量有良好的相关关系,它揭示了有机质控制着长江口潮滩沉积物中NH₄+-N的吸附行为.实验模拟与实测结果对比发现,在潮滩自然环境条件下,研究区域内沉积物对NH₄+-N的吸附处在非热力学平衡状态过程中.盐度是影响NH₄+-N吸附过程的重要环境因子,且导数方程关系式在低盐度范围内,盐度的微小变化对NH₄+-N的吸附有显著的影响.     

河口潮滩沉积物磷的季节性累积和生物有效性

对长江口潮滩表层沉积生磷的赋存形态和含量的研究表明,碎屑态磷为沉积物中磷的主要形态,约占总磷的62.52%;铁结合态磷和有机磷次之,分别占总磷的18.06%和14.69%;自生磷灰石加钙结合态磷和吸附态磷最少。综合研究区内的各种理化条件,指出弱吸附态磷、铁结合态磷和有机磷是长江口潮滩潜在生物可利用磷,约占总磷的33.16%,是导致水体富营养化的潜在因素。上覆水的盐度效应是影响沉积物铁结合态磷含量的关键性因子;而自生磷灰石加钙结合态磷的含量变化则与上覆水的温度、溶氧量及沉积物有机质的分解有关;有机磷在时间和空间尺度上都存在较大变化,主要与潮滩生物动态过程,即磷的再矿化有关。     

辽东湾沉积物间隙水中卤素的地球化学

辽东湾沉积物间隙水中卤素(氟、氯、溴、碘)等的测定结果表明,间隙水中氯含量接近于上覆海水,且随深度无明显变化.氟、溴、碘由于受有机质吸附作用的影响而富集在间隙水中,随着深度增加多呈极大值或指数增加分布.基于这种分布,我们讨论了间隙水中卤素的化学成岩过程,提出了卤素的早期成岩作用模式,计算了沉积物-水界面的扩散通量.间隙水中卤素的地球化学过程,主要受有机质分解和固相沉积物的移去反应所控制,沉积物-水界面的质量转移特征是卤素离子自沉积物中向上覆海水扩散.     

南大洋沉积物间隙水中营养盐分布及扩散通量研究

利用中国第18次南极考察获得的沉积物样品,对南大洋沉积物间隙水中营养盐的含量及分布特征进行了研究,估算了营养盐的底部通量.结果表明,南大洋沉积物间隙水中的营养盐以高含量的硅酸盐、铵盐为主.在垂向分布上,硅酸盐在沉积物-水界面呈现出明显的浓度梯度,这种分布特征表明,在硅的早期成岩过程中溶出是主要过程.沉积物中有机物的降解反应主要在还原状态下进行.硅酸盐与铵盐存在明显的向上释放的通量.     

东海赤潮高发区营养盐时空分布特征及其控制要素

东海长江口、舟山渔场附近海域是我国近海赤潮爆发严重的区域之一。在影响该海域营养盐分布的水团中 ,长江冲淡水向表层输入了大量的氮、磷、硅营养盐 ,台湾暖流主要对底层和长江口外上升流区有贡献 ,苏北沿岸水、闽浙沿岸水主要影响近岸区域。同时 ,营养盐在海水 -沉积物界面的交换作用 ,大气湿沉降作用等也影响着该海域营养盐的时空分布。结合2002年4月～2003年3月对29°00′～32°00′N、122°00′～124°00′E海域四季航次调查的营养盐分布规律 ,该海域可分为三片区域 ,由岸边向外海分别为高营养盐、低浮游植物区 ,较高营养盐、高浮游植物区和较低营养盐、低浮游植物区。随着近年来营养盐输入通量的增加 ,富营养化程度加大 ,受化学、物理、生物等因素综合作用 ,高浮游植物区赤潮爆发频率和规模逐年增加 ,已为中国近海典型的赤潮高发区     

西北太平洋楚科奇海沉积物-水界面营养盐输送通量估算

陆架区沉积物间隙水的营养盐再生是水体营养盐补充的重要途径之一。楚科奇海陆架区中部沉积物间隙水中的营养盐分布,是物理和生物扰动较弱状态下的沉积物-水界面的典型分布。本文对中国第4次北极科学考察采集的4个多管短柱沉积物样品及多管样站位的上层水样进行分析,得到沉积物间隙水、上覆水以及水柱中营养盐数据。结果表明,沉积物间隙水各营养盐浓度均先随沉积深度增加而呈指数快速升高,记为Ⅰ层;然后进入沉积物再矿化作用与营养盐移出速率相互抵消的稳定变化层,营养盐浓度在该阶段基本不变,记为Ⅱ层;最后是营养盐缓慢递减层,记为Ⅲ层,由于该层有机质降解作用耗尽氧气,NO-3和PO3-4被还原细菌利用而失去氧离子。通过双层模式和Fick第一扩散定律,计算得出楚科奇海沉积物-水界面硅酸盐、磷酸盐和硝酸盐的扩散通量分别为1.660mmol/(m2·d)(以Si计量)、0.008mmol/(m2·d)(以P计量)、0.117mmol/(m2·d)(以N计量)(以R06站为例)。四个调查站位沉积物中硅酸盐的扩散通量分别为3.101mmol/(m2·d)(以Si计量,CC1站)、1.660mmol/(m2·d)(以Si计量,R06站)、1.307mmol/(m2·d)(以Si计量,C07站)、0.243mmol/(m2·d)(以Si计量,S23站),含量呈现明显的纬度分布特征。沉积物间隙水N*的分布表明,楚科奇海沉积环境具有很强的反硝化过程,沉积物脱氮作用是硝酸盐一个重要的汇。     

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)。     

江苏条子泥沙洲内缘区潮滩粒度特征及其影响因素

条子泥沙洲位于江苏岸外辐射沙脊群的核心区,水动力条件独特,地貌复杂.利用2009年5月11日在条子泥沙洲内缘区3条断面的潮滩表层沉积物粒度资料,分析该区域潮滩沉积物的粒度参数特征、沉积物粒度组成及沿程变化等,探讨不同岸段的沉积特征与水动力环境特征的相关性,以及影响潮滩沉积特征的主要因素等.结果表明,潮滩沉积物以砂质粉砂...