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。     

渤海湾北部底质沉积物中黏土矿物组成与物源研究

采用X射线衍射物相分析,对渤海湾北部166个表层沉积物样品和A435柱状样中的23个沉积物样品的主要黏土矿物含量组成进行分析。研究结果表明:渤海湾表层沉积物黏土矿物中伊利石(53.0%)含量最高,其次为蒙脱石(27.9%)、绿泥石(9.9%)和高岭石(9.2%),黏土矿物组合为伊利石-蒙脱石-绿泥石-高岭石型。渤海湾北部表层沉积物可分成3个沉积区,分别代表不同的沉积物来源:北部沿岸为滦河-海河物源区;中部和东部为黄河-海河物源区;西部沿岸为海河物源区。渤海湾北部表层沉积物黏土矿物分布和组合特征显示了渤海湾环流对海河、黄河和滦河来源物质的搬运和扩散作用。A435柱状样各黏土矿物含量在100cm以上层段具有很大的波动性,推测主要为黄河在1048—1128年和1128—1855年的改道事件的影响。     

2012年春季渤海中部及邻近海域叶绿素a与环境因子的分布特征

分析了2012年春季渤海中部及其邻近海域32个站点叶绿素a和环境因子的空间分布特征及其相互关系。结果发现:渤海中部靠近黄河口邻近水域相对于其他水域,呈现出相对较高的水温和较低的盐度,这与黄河淡水输入以及近岸水深相对较浅有密切关系。营养盐浓度在空间分布上表现为黄河口附近海域较高,在垂直分布上表现为中、底层高于表层,显示出黄河水输入与沉积物营养盐再释放的影响;此外,营养盐浓度与结构显示,渤海海域存在明显的磷和硅限制,磷限制尤其严重。叶绿素a浓度的空间分布显示,表层叶绿素a浓度的高值区出现在渤海湾湾口处,而中层与底层的叶绿素a浓度高值区出现在渤海中部。主成分分析结果表明,磷酸盐和温度是影响表层叶绿素a浓度的重要因素,而中、底层叶绿素a浓度主要受磷酸盐的影响。     

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.     

渤海表层沉积物中的生物硅

采用0.1 mol/L HCl和1%Na2CO3两步连续提取法,对103个渤海表层沉积物样品的生物硅含量进行了分析,结果表明,渤海表层沉积物中生物硅含量范围为7.3~54.7 g/kg,均值31.5 g/kg,高于其他相关调查,原因可能是由于采用0.1 mol/L HCl提取过程中,破坏了生物硅表面的金属氧化膜。对沉积物生物硅含量的空间分布表征显示,莱州湾是沉积物生物硅的低值区、而渤海湾与辽东湾之间的河北沿岸海域是相对高值区,初步认为是陆源营养物质的输入与黄河泥沙长期不断输入干扰沉积环境的稳定性,造成了该海域表层沉积物生物硅分布差异。主成分分析显示,生物硅含量与沉积物黏粒含量、细粉砂、有机氮、有机碳的含量均呈极显著正相关(P0.01),进一步证实沉积物粒度特征和营养环境对生物硅积累的影响。     

渤海湾水环境氮、磷营养盐分布特点

渤海是一个半封闭的陆架边缘海,主要由辽东湾、渤海湾、莱州湾及中央海区组成,面积为7.7×104 km2,平均水深18 m[1].近些年富含氮、磷营养盐的工农业废水的大量排放使得渤海湾营养盐结构发生了很大变化,同时导致渤海湾局部海域“赤潮”频繁发生.营养物质进入水体后,将会在水与沉积物之间发生迁移,其中一部分可以与钙、铁或铝络合形成沉淀,或吸附到矿物颗粒的表面而转移到沉积物中.近海沉积物可以看作营养物质的“蓄积库”.沉积物中营养物质的再生,对水体中营养盐的收支和营养盐循环动力学有着及其重要的作用[2].     

渤海南部沉积物中的铜和锌

渤海南部调查的区域包括渤海湾南部沿岸和莱州湾。调查区沉积物的物质主要来源是黄河。这个区域,特别是黄河河口,历史资料很少。近来,黄薇文作了黄河口的一些重金属在表层沉积物中的含量及其在各地球化学相中的含量,但未测定重金属在该区域的堆积通量。本文主要讨论渤海南部沉积物中铜和锌的分布及它们在二个站的堆积通量。     

三亚湾沉积物中磷释放的初步研究

利用现场调查和室内模拟试验的结果,探讨了三亚湾表层沉积物中磷的形态与磷释放的关系以及环境条件变化对该湾沉积物中磷释放的影响。结果表明,三亚湾海水总磷(TP)中以总溶解磷(TDP)为主,总溶解磷约占总磷61%,其余形态磷约占总磷30.7%。初步计算了三亚湾沉积物 海水界面间DIP、TDP和TP的扩散通量分别为15.31、64.99和330.50μmol·(m2·d)-1。沉积物总磷(PT)中以无机结合态磷(PIN)为主,无机结合态磷约占沉积物总磷70.7%,其余形态磷约占沉积物总磷33.3%。沉积物中磷释放取决于磷的形态,总磷、有机结合态磷(POR)和无机结合态磷在沉积物磷的释放中所起的作用较大,其余形态的磷所起的作用较小。温度、盐度和pH的变化对沉积物中磷释放均产生一定的影响,相关分析表明,TDP和DIP这2种形态磷均具有相似的释放规律。     

柘林湾表层沉积物中氮和磷的时空分布

于2002年7月19日至12月15日调查了柘林湾表层沉积物中2种形态氮和5种形态磷的时空分布,同时测定了含水量和有机质含量。结果表明,柘林湾表层沉积物中的含水量与有机质、凯氏氮、氨态氮、总磷、岩屑磷和有机磷含量均呈显著正相关关系。凯氏氮的平均含量为1060.3μg·g-1,氨态氮在凯氏氮中所占的比例小于4.0%。总磷的平均含量为526.0μg·g-1,自生钙结合磷含量最高,占总磷的47.5%。氮、磷的平面分布基本呈现出湾内高于湾外、养殖区高于非养殖区的总体趋势。有机质、氮、磷含量的季节变化相对显著,夏季呈上升趋势,秋季有所下降,然后处于上下波动的平衡状态。影响有机质、氮、磷含量季节变化规律的因素主要是养殖动物的种类、陆地排污、鱼虾贝类死亡产生的生物碎屑、水动力和生物扰动。     

胶州湾水体和表层沉积物营养环境现状及影响因素

为了解胶州湾水体和表层沉积物营养环境状况及其主要影响因素,于2019年8月在胶州湾30个站位点采集了海水和表层沉积物样品,并于2021年5月在胶州湾沿岸采集了18个站位点的水样,对水体溶解无机态营养盐浓度和组成以及表层沉积物中总有机碳、总氮、总磷及生物硅含量和碳、氮稳定同位素(δ¹³C、δ¹⁵N)进行了分析。结果表明,胶州湾内水体和沿岸水体中溶解无机氮、溶解无机磷和溶解硅酸盐浓度空间分布相近,高值均位于湾东北部,主要受到河流输入和沿岸污水排放的影响,低值主要出现在湾中部和湾口处。结合近30年来的历史数据分析发现,胶州湾夏季营养盐浓度在1990-2008年期间呈持续上升的趋势,政府实施的污染物总量控制措施以及河流径流量下降使得2006年以来营养盐浓度呈现下降的趋势,该变化在空间上主要体现为大沽河氮、磷输入量的减少及其对应的湾西部营养盐高值的消失。胶州湾氮、磷营养盐输入的不平衡使得“磷限制”在2000年后逐渐加剧。胶州湾表层沉积物中总有机碳、总氮、总磷含量高值均集中于东北部和东部沿岸,结合生物硅和水体营养盐含量分析显示,这主要是河流与排污输入及其...     

南沙群岛海域表层沉积物中磷的形态分布特征

根据2002年56月南沙群岛海域调查时采集的表层沉积物样品,分析了磷的含量并把磷分为总磷(PT)、无机磷(PIN)、有机磷(POR)、非磷灰石结合态磷(PNAI)、磷灰石结合态磷(PAI)5种赋存形态。利用EPM-810Q电子探针测试沉积物的化学成分,讨论了沉积物中磷的形态和分布以及沉积物的地球化学特征与环境的意义。结果表明,调查海区表层沉积物中磷灰石结合态磷与无机磷的含量变化主要受控于生物活动,它们具有同源关系,同属可被生物利用而再次进人生物地球化学循环的磷。沉积物中的总磷和有机磷与FeO显著相关。沉积物中磷灰石结合态磷与CaO显著相关,它的来源和输入方式受控于水体中碎屑颗粒沉积作用的影响。     

长江口和浙江近岸海域表层沉积物中颗粒磷的形态分布和影响因素

研究长江口和浙江近岸海域的水团流向、缺氧程度、潮汐作用以及养殖活动对表层沉积物中颗粒磷赋存形式的影响,对东海生态环境的可持续发展有着重要的意义。长江口以北和浙江近岸泥质区各存在一个缺氧中心,杭州湾属于强潮区,而象山港遍布养殖场。2018年8—9月在上述4个海域分别采集表层沉积物,采用SEDEX方法进行了颗粒磷的形态划分和含量测定。研究结果表明：在长江口外北部缺氧区和浙江近岸泥质区的南部缺氧区,由于沉积物-水界面的还原环境可以活化铁结合态磷,使之转变为生物可以直接利用的弱吸附态无机磷,因此表现出沉积物中铁结合态磷的低值和弱吸附态无机磷的高值;前者的缺氧程度高于后者,因此其铁结合态磷的含量相应更低。杭州湾和象山港海域均受潮汐作用影响,两者沉积物中磷的分布比较均匀。象山港表层沉积物中铁结合态磷含量均较低,这可能是因为养殖活动造成的水体缺氧通过潮汐活动扩散到整个港底。象山港废弃养殖场沉积物中的碎屑磷和残余有机磷含量显著低于非养殖区,可能是由于养殖活动累积的生物沉积稀释了陆源输入的碎屑颗粒。     

Geochemical records of phosphorus in Jiaozhou Bay sediments-Implications for environmental changes in recent hundred years

Phosphorus is a key element and plays an important role in global biogeochemical cycles. The evolution of sedimentary environment is also influenced by phosphorus concentrations and fractions as well as phosphate sorption characteristics of the marine sediments. The geochemical characteristics of phosphorus and their environmental records were presented in Jiaozhou Bay sediments. Profiles of different forms of phosphorus were measured as well as the roles and vertical distributions of phosphorus forms in response to sedimentary environment changes were investigated. The results showed that inorganic phosphorus (IP) was the major fraction of total phosphorus (TP); phosphorus which is bound to calcium, iron and occluded phosphorus, as well as the exchangeable phosphorus were the main forms of IP, especially calcium-phosphorus, including detrital carbonate-bound phosphorus (Det-P) and authigenic apatite-bound phosphorus (ACa-P), are the uppermost constituent of IP in Jiaozhou Bay sediments. Moreover, the lead-210 chronology technology was employed to estimate how much phosphorus was buried ultimately in sediments. And the research showed that the impacts of human activities have increased remarkably in recent years especially between the 1980s and 2000. According to research, the development of Jiaozhou Bay environment in the past hundred years can be divided into three stages: (1) before the 1980s characterized by the relatively low sedimentation rate, weak land-derived phosphorus inputs and low anthropogenic impacts; (2) from the 1980s to around 2000, accelerating in the 1990s, during which high sedimentation rates, high phosphorus abundance and burial fluxes due to the severe human activities impacted on the whole environmental system; (3) after 2000, the period of the improvement of environment, the whole system has been improved including the decreasing sedimentation rates, concentration and the burial fluxes of phosphorus.     

Phosphorus in Bottom Sediments of Pomeranian Bay (Southern Baltic—Poland)

The paper presents the results of determination of inorganic and organic forms of phosphorus in bottom sediments of Pomeranian Bay. The sediments were collected in March and July of 1996. The following characteristics of the sediments were determined: organic matter content, forms of inorganic phosphorus: loosely adsorbed phosphorus and phosphorus bound to aluminium, calcium and iron, as well as total inorganic phosphorus. Pomeranian Bay is a shallow basin, with depth averaging between 12 and 15 m and sandy sediments prevailing. Smaller silt fractions occur only in the vicinity of the wina River estuary and in deeper northern regions of the Bay. Calcium-bound phosphorus is the dominant form of inorganic phosphorus in the Pomeranian Bay. Iron-bound phosphorus is the second most prevailing form, and aluminium-bound phosphorus the third. Loosely bound phosphorus was present in the lowest amounts. Total inorganic phosphorus in the Bay consisted of the four forms listed above, except in estuarine regions where an additional form of phosphorus occurred, most probably occluded phosphorus. High organic phosphorus concentrations were found at the wina River estuary and in the northern part of the Bay (Saßnitz Deep) corresponding to the higher organic matter content of these sediments. Sediments of Pomeranian Bay contained less phosphorus than those from the Gulf of Gda sk or Puck Bay and other parts of the Baltic Sea, suggesting that the amount of phosphorus in the sediments was determined by a number of inter-related factors, such as sediment type, amount of organic matter, the chemical composition of the sediment and oxygen content of near-bottom water.     

Forms and functions of inorganic carbon in the Jiaozhou Bay sediments

Inorganic carbon forms and their influencing factors, mutual transformation and contribution to carbon cycling in the Jiaozhou Bay sediments were discussed. The results show that inorganic carbon in sediments could be divided into five forms:NaCl form, NH₃·H₂O form, NaOH form, NH₂OH·HCl form and HCl form. Thereinto, NH₂OH·HCl form and HCl form account for more than 70% of total inorganic carbon. There was close relationship among every form of inorganic carbon and their correlativity was clearly different with different sedimentary environment except the similar strong positive correlation among NH₂OH·HCl form, HCl form and total inorganic carbon in all regions of the Jiaozhou Bay. All forms of inorganic carbon were influenced by organic carbon, pH, Eh, Es, nitrogen and phosphorus in sediments, but their influence had different characteristics in different regions. Every form of inorganic carbon transformed into each other continuously during early diagenesis of sediments and the common phenomenon was that NaCl form, NH₃·H₂O form, NaOH form and NH₂OH·HCl form might transform into steady HCl form. NaCl form, NH₃·H₂O form, NaOH form and NH₂OH·HCl form could participate in carbon recycle and they are potential carbon source; HCl form may be buried for a long time in sediments, and it may be one of the final resting places of atmospheric CO₂. Inorganic carbon which entered into sediments was about 4.98×10¹⁰ g in the Jiaozhou Bay every year, in which about 1.47×10¹⁰ g of inorganic carbon might be buried for a long time and about 3.51×10¹⁰ g of inorganic carbon might return into seawater and take part in carbon recycling.     

渤海沉积环境中细菌汞还原酶基因merA的多样性分析

细菌汞还原酶MerA对环境中的汞具有潜在的还原和解毒作用。本研究对2011-2012年采自渤海湾天津滨海新区大沽河排污河口、渤海湾近岸及莱州湾垦利养殖区的表层沉积物,进行了放线菌门、厚壁菌门、α-变形菌纲和β/γ-变形菌纲汞还原酶基因merA克隆文库的构建和序列测定,并对merA基因序列编码的MerA蛋白序列进行分析。结果表明:渤海沉积环境中发育多样性丰富的MerA,排污河口和养殖区中厚壁菌门、α-变形菌纲和α/β/γ-变形菌纲的MerA多样性均高于渤海湾近岸的。3个区域具有不同的MerA组成特征,厚壁菌门中与Bacillus sp.MB2021亲缘关系最近的MerA的总丰度在养殖区最高(24.3%),与Paenisporosarcinasp.TG20亲缘关系最近的MerA的总丰度在排污河口最高(46.3%)。不同环境背景、外源merA基因输入、汞等重金属污染物的联合选择可能导致了渤海沉积环境中MerA多样性和组成的变化。     

乳山湾外低氧海域沉积物中有机碳、氮、磷及其形态特征分析

根据2009年8月在乳山湾及其毗邻海域的综合调查,分析了该海域表层沉积物中有机碳、氮、磷含量及其组成形态的变化,初步探讨了影响底质理化参数变化的原因及对乳山湾外近岸底层低氧形成的影响.结果表明,乳山湾外近海为粉砂质岸滩,以细颗粒为主;底质中有机碳含量介于0.49％ ～0.93％,平均值为0.69％;总氮含量介于382～1020 mg/kg,平均值为671 mg/kg;可溶性总氮含量介于23.0 ～ 60.0 mg/kg,平均值为44.0mg/kg,其中可溶性有机氮和氨氮分别占可溶性总氮的58.8％和38.8％;总磷含量介于138～769 mg/kg,平均值为356 mg/kg,有机磷是占有绝对优势的磷形态(62.5％).研究区域沉积物中总氮和湾内相当,有机碳、总磷含量普遍低于乳山湾内,但均明显高于南黄海区域,且呈还原性状态.调查区域内沉积物中相对较高的有机碳、氮、磷可能是在潮流作用下乳山湾与外海的物质交换所致,其耗氧过程是导致底层溶解氧亏损的重要原因,值得进一步关注.     

莱州湾、渤海湾及渤海中央盆地沉积物岩芯地球化学的初步研究

本文对莱州湾、渤海湾、渤海中央盆地的海洋底质沉积环境进行了研宄,通过对17柱沉积物岩芯样品中Fe,Al,Mn,Ti的测定和分析,论述了四元素在底质表层沉积物中及在岩芯沉积物中的含量和分布规律,用数理统计的方法分析了渤海中央盆地Fe,Al,Mn,Ti的丰度值,为渤海环境背景值及环境背景历史的研究提供了重要参数。     

渤海氮磷营养盐和叶绿素浓度时空分布数值模拟与富营养化评估

当前渤海富营养化风险仍居高不下,严重制约了环渤海社会经济可持续发展。开展近海富营养化评估与趋势分析是国家生态安全保障的需求, 其难点在于富营养化评价要素长期演变进程高质量数据的获取。基于HAMSOM海洋生态模型, 通过修正溶解有机氮(dissolved organic nitrogen, DON)的难/易降解组分降解动力学形式, 构建了适用于富营养化评估与趋势分析的渤海三维水动力/生物地球化学耦合模型。利用2019年渤海春、夏、秋、冬四个季节DON、溶解无机氮(dissolved inorganic nitrogen, DIN)、溶解无机磷(dissolved inorganicphosphorus, DIP)和叶绿素a(chlorophyll a, chl a)调查结果, 对模型进行了校正, 并利用1980年至2020年的长期调查结果进行了验证, 模拟结果与调查结果相比较, 在数值大小和变化趋势上均吻合较好, 相对标准偏差、相似性系数和Kappa系数分别为24%、0.77和0.60。利用模型模拟计算的DIN、DIP、DON和chl a长期演变进程数据, 计算了营养状态质量指数(nutritional quality index, NQI)。结果表明, 当前渤海富营养化状态整体上处于贫营养状态, 但在渤海湾、辽东湾和莱州湾湾底近岸海域处于富营养状态, 季节上5~10月份处于中等富营养化状态, 从长期变化趋势看, 渤海整体上富营养化状态趋于改善。与复合富营养化指数(compound eutrophication index, CEI)对比表明, 渤海富营养化评估按NQI计算结果与按CEI计算结果相当吻合, 相似性系数为0.83。文章建立的渤海富营养化评估方法具有较高可靠性, 可用于渤海富营养化评估。