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。     

长江口沉积物-水界面无机氮交换通量的模拟测定

通过对长江口水下沉积物-水界面可溶态无机氮(DIN=NO3- NO2- NH4 )的交换行为研究发现,低潮时近口点(A)沉积物是水体DIN的汇(-2006.99μmol/(m2·h)),而靠近口外点(B)沉积物是水体DIN的源(1848.27μmol/(m2·h))。但高潮时,A点沉积物转变为水体DIN的源(1880.97μmol/(m2·h)),而B点的沉积物转变成为DIN的汇(-956.64μmol/(m2·h))。在距河口较远高低潮盐度变化微弱的地点(P),沉积物始终是水体DIN的源(1872.41μmol/(m2·h))。高低潮海水盐度的变化对沉积物中微生物活动的影响是导致这一变化的主要原因。     

桑沟湾养殖海域营养盐和沉积物-水界面扩散通量研究

利用2006年4,7,11月和2007年1月4个航次对桑沟湾养殖海域的观测资料,分析了该海域营养盐分布、结构特征、主要控制过程以及沉积物-水界面扩散通量,结果表明,该海域的营养盐分布具有明显的季节变化,海水中NO3-,NO2-,PO43-,DOP,TDP和SiO32-浓度皆是秋季最高,而NH4+,DON,TDN浓度则为夏季最高;各种营养盐的最低值除DON外都出现在春季。春季湾内外海水交换不畅,再加上大型藻类海带等生长旺盛期的消耗,使营养盐浓度处于较低水平,在夏秋两季丰水期沿岸河流注入对该海域营养盐的影响较大,冬季无机营养盐浓度分布主要受沿岸流的影响。磷的结构变化较大,其中DOP百分含量在夏季最高,达到81%。从春季到秋季海水中TDN的结构变化从以DON为主转变成以DIN为主。硅和氮的原子比值全年变化不大,硅和氮和氮和磷原子比值春夏两季的高于秋冬季的。分析营养盐化学计量限制标准和浮游植物生长的最低阈值结果表明,磷是春夏两季桑沟湾浮游植物生长的限制性因素;春季硅浓度低于浮游植物生长的最低阀值,也是一个潜在的限制因素。计算结果显示桑沟湾沉积物释放的NH4+,SiO32-和PO43-对初级生产力的贡献较小,与其他浅海环境相比,桑沟湾沉积物-水界面的营养盐通量处于较低或中等水平。     

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.     

夏季珠江口沉积物中营养盐剖面分布和界面交换通量

通过对夏季珠江口区域沉积物间隙水营养盐剖面分析,调查了营养盐含量分布和特征,探讨了有机物的降解特性、营养盐的底部通量估算和作用.结果表明,珠江口沉积物间隙水中营养盐以高含量铵盐为主要的存在形式,沉积物中有机物的降解反应主要在厌氧状态下进行,底部水体铵盐的增加来源于底部沉积物有机质的降解释放,而且对水体的营养盐循环有较大的贡献.     

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。     

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。     

生物扰动下海底沉积物-水界面溶解氧二维观测方法

沉积物-水界面(SWI)是生物地球化学循环的主要界面,界面上溶解氧(DO)的分布实时测量对于了解生物扰动的复杂作用和生物地球化学循环过程有着重要意义。为了探索生物扰动作用对SWI微尺度溶解氧二维分布的影响作用,本文以八乙基卟啉铂为荧光指示剂,掺杂香豆素(Macrolex Yellow10GN)作为荧光素能量供体,以聚苯乙烯为基质制作了光学平面传感膜。以发光二极管(LED)为激励光源,结合彩色相机,构建了基于比率法的二维溶解氧观测系统,系统能够以0.36 mm的空间分辨率对SWI的溶解氧分布连续观测,实验室内的模拟实验结果表明,底栖沙蚕掘穴扰动可使局部沉积物溶解氧质量比提高3~4?g/g。该研究填补了国内基于比率法的平面光学溶解氧传感器研究领域的空白。     

黄河口附近海区沉积物间隙水中的营养盐

黄河以水少沙多而著称,自1855年以来,河口已经历10余次大型改道,形成以黄河泥沙淤积为主要特征的三角形河口沉积带。本文首次报道并讨论了黄河口附近海区沉积物间隙水中硝酸盐、亚硝酸盐、铵盐、磷酸盐和硅酸盐的分布。     

长江口崇明东滩沉积物中生源硅的地球化学分布特征

对采集自长江口崇明东滩潮间带的沉积物柱状样进行了生源硅含量(BSi)测定。BSi的测定采用了7h的碱液连续提取法以校正样品中粘土矿物非生源硅的溶出对测定结果的影响。结果表明,与渤海和黄海沉积物类似,研究区域沉积物BSi含量也处在较低水平(<0.5Si%),沉积物中所含有的陆源粘土矿物也使SiO32?在间隙水中的浓度(<250μmol/L)远远低于纯BSi的溶解度。沉积物中含氮量以及N/BSi摩尔比等指标随深度呈现出降低的趋势,这反映了沉积物中的有机物在早期成岩过程中的降解,并且N比BSi降解得快。沉积物中δ15N值与含氮量、N/BSi摩尔比等指标都具有一定的正相关关系,显示在早期成岩过程中,与14N相比,15N更容易从有机物中释放出来。此外,在沉积物10—15cm深度处,发现含氮量、N/BSi比值等指标异常的变化,可能反映了修坝、台风等偶然事件对沉积过程的影响。     

长江口水体胶体有机碳的季节变化

为了探讨长江口水体胶体有机碳含量的季节变化, 按季度采集长江口南支表层水样, 利用切向流超滤技术(TFF)分离水样中小胶体物质(1—5kD)、中胶体物质(5—500kD)和大胶体物质(500kD— 0.45μm), 测试分离后样品的有机碳浓度。结果表明: 长江口水体中总胶体有机碳浓度有明显的季节变化, 表现为冬季>夏季>秋季>春季, 其原因可能是冬季长江流域陆源输入增加, 水生生物生物量和生物活性减弱双方面的共同作用使得含量最高, 而春季流域陆源有机碳含量输入较少, 且流域内春汛雨量多水量大对水体中有机碳浓度具有稀释作用, 从而导致该季节胶体有机碳含量较少。总胶体有机碳在不同分子量的分配上季节差异不大, 中胶体有机碳浓度及其在总胶体有机碳中所占的比例均高于小胶体有机碳和大胶体有机碳。由于长江口胶体有机碳的含量较高, 并有明显的季节变化, 对有机碳的入海通量和生物地球化学循环发挥重要的作用。     

2003年5月长江口内外溶解态无机氮、磷、硅的空间分布及日变化

为了更好地了解长江流域城市化进程和三峡工程对长江口生态系统的影响及其响应,为长期观测提供参考,采用分光光度法对2003年5月19—26日采自长江口的水样中的溶解态无机氮、磷、硅进行了分析。结果表明,该海域营养盐的空间分布呈现出较好的规律性:SiO3-Si的浓度总体上沿长江径流入海方向递减,其在淡水端的浓度>100μmol/L,在离岸最远的海水端附近的浓度约为10μmol/L;NO3-N、NO2-N、NH4-N和PO4-P沿长江径流入海方向的浓度分布则呈现出先增加后降低的特征,最高值出现在咸淡水交界面附近,分别为130.0、3.14、31.43和2.06μmol/L。南北方向上各种形态营养盐的浓度总体上呈现出北部海域表、底层之间差异大于南部海域的分布特征。连续观测数据显示,NO3-N、NO2-N、PO4-P和SiO3-Si的浓度均可能在4h的时间里发生较大幅度的波动。在混合水区,由于水深较浅,水体混合较容易,垂直方向上各元素的浓度平均值差异不大;在水深较深的海水区,随着水深的增加,NO3-N和NO2-N的浓度平均值总体上呈下降趋势,PO4-P则相反,SiO3-Si变化不大。采用营养状态质量法和潜在性富营养化标准对调查海域的营养状况进行了分析,结果均显示,调查海域在长江径流入海方向上由淡水区的高营养水平逐渐过渡到海水区的贫营养水平。由于长江口水体中各营养元素浓度时空变化显著,准确计算其入海通量难度很大,需要足够多的高时空分辨率的数据。     

2006年6月长江口低氧区及邻近水域浮游植物

根据2006年6月2-11日在长江12低氧区及邻近水域(26°-34°N,121°-126°E)27个站位的调查,对长江口低氧区及邻近水域的浮游植物群落结构特征进行了相关研究.经Utermohl方法初步分析,共发现浮游植物130种,隶属4门57属.甲藻和硅藻是2006年6月长江口低氧区及邻近水域的主要浮游植物门类,其优势物种是:具齿原甲藻Prorocentrum dentatum(=Prorocentrum donghaiense)、米氏凯伦藻Karenia mikimotoi、尖刺伪菱形藻Pseudo-nitzschia pungens、柔弱伪菱形藻Pseudo-nitzschia delicatissima、锥状施克里普藻Scrippsiella trochoidea和具槽帕拉藻Paralia sulcata.调查区浮游植物物种以广温、广布型为主.本次调查海域浮游植物的细胞丰度介于0.0026×105-37.37×105个/dm3.平均值为1.47×105个/dm3;甲藻占浮游植物细胞丰度的比例最大,细胞丰度介于0.0002×105-32.01×105个/dm3,平均值为1.39×105个/dm3;其次为硅藻,细胞丰度介于0.0001×105-18.72×105个/dm3,平均值为0.52×105个/dm3.具齿原甲藻和米氏凯伦藻所占丰度比例分别达到45.81%和26.44%,优势度分别为0.30和0.18.具齿原甲藻细胞丰度最高值出现在调查海域北部3号站-20m水层,为3.19×106个/dm3;米氏凯伦藻细胞丰度最高值出现在调查海域西南部29号站表层,为1.71×106个/dm3.浮游植物细胞丰度在水体中的垂直分布为表层最大,随着水深增加而逐渐降低.根据浮游植物的表层分布和断面分布可以发现,细胞丰度高值主要集中在调查区的西南部和北部.东南部浮游植物细胞丰度较低.同时调查海域东南部浮游植物多样性指数和均匀度指数较高,近岸低氧区和中部区域则较低.调查区水体层化现象明显,表层水和底层水之间氧的交换变弱,有机碎屑和浮游植物大量繁殖后沉降分解可能导致了底层低氧区的形成.     

冬季和春季长江口及其近海水域浮游病毒丰度的分析

采用荧光显微技术,对2006年长江口及近海水域20个站点的表层及10m层或潜水体冬、春两季的浮游病毒丰度进行了检测,对浮游病毒丰度在季节（冬、春两季）、水平分布和垂直分布上的变化进行了探讨.调查区浮游病毒丰度在冬、春季节上并无明显差异,但在水平分布上存在很大差异,河口区浮游病毒直接检测量（Virus Direct Count, VDC）达到10^7个/ml,近海水域VDC为10^6个/ml,河口区的浮游病毒丰度都明显高于近海水域病毒丰度 （P＜0.01）.在垂直分布上,冬、春两季长江口水域水深小于10m的站位,表层浮游病毒丰度与底层病毒丰度无明显差别,水深大于10m的站位,表层水样的浮游病毒丰度都高于10m水层病毒丰度,说明长江口浮游病毒的垂直分布与站位总水深有关.还通过比较各站点VDC与叶绿素a含量的数据,分析了二者之间的相关性：冬季浮游病毒丰度与叶绿素a含量成正相关性;春季浮游病毒丰度与叶绿素a含量成负相关性,但病毒丰度受叶绿素a含量的影响仅为10%-11%.     

长江口南槽最大浑浊带枯季大小潮悬沙峰特征及其动力机制

长江口最大浑浊带是陆海交汇的核心区域,其航槽是扼海-河联运的咽喉,悬沙峰的涨落潮周期变化深刻影响航槽的稳定性。本文利用长江口南槽上、中、下段3个站点枯季小潮和大潮的流速、盐度、悬沙平均粒径和悬沙浓度的实测资料,分析最大浑浊带悬沙峰特征及其动力机制。发现:流速和滩槽交换增强导致大潮平均悬沙浓度比小潮增加了0.78—1.97倍,絮凝也导致憩流底层悬沙浓度增加8%左右,但流速和絮凝与悬沙浓度的关系均非线性。大小潮盐度梯度与底层悬沙浓度关系呈现高线性相关关系,表明盐度梯度强化或突变是泥沙再悬浮形成悬沙峰的主要动力。     

长江口表层水体的生态遗传毒性初步研究

采用Ames试验方法,结合浮游动物多样性数据和一些水质理化参数的分析,对长江口表层水体的生态遗传毒性进行初步研究。结果表明,长江口南支的水样有明显的遗传毒性,而河口外海滨区的部分样品在加入S9活化后也表现出一定的遗传毒性,口外海区样品没有遗传毒性。浮游动物的调查结果显示,长江口南支水样中浮游动物的密度及多样性都较低,口外海区较高。统计分析也表明,遗传毒性数据和生物多样性数据存在着一定的线形关系。这说明长江口表层水体污染物的毒性效应在分子水平和生物群落水平上有相关性。而二者与水质参数的相关分析表明,遗传毒性与多数所测水质理化因子之间没有相关性,但浮游动物多样性与部分理化参数有一定的相关性。同时,本文也从实践上证明,在河口、近岸海域的环境监测中开展遗传毒性检测具有可行性和必要性。     

长江口及其临近海域大型底栖动物功能群演替初探

本研究利用2006年、2009年、2011年和2013年所获得的长江口及临近海域大型底栖动物样品进行功能群分类,并与相应环境因子进行相关性分析。历年调查获得大型底栖动物分别为256种、251种、261种和343种,分为五类功能群,包括浮游生物食者(planktophagous group, Pl)、植食者(phytophagous group, Ph)、肉食者(carnivorous group, C)、杂食者(omnivorous group, O)、碎屑食者(detritivorous group, D)。研究发现在调查区域中平均生物量和平均密度均有上升,底栖动物整体趋于小型化,其中肉食者功能群占主导地位,浮游生物食者功能群增长较快,植食者功能群数量较少。环境因子中,溶解氧、硝酸盐、pH和温度对功能群生物密度的影响较大。本研究通过分析功能群演替及其与环境因素的关系为日后大型底栖动物功能群演化的研究提供基础资料,为生态修复提供基本数据支持。     

黄河与长江入海沉积物中碳酸盐含量和矿物颗粒形态特征及影响因素

利用X射线物相分析、扫描电镜及能谱分析等方法分析了长江和黄河入海沉积物矿物颗粒形态特征及不同粒级的碳酸盐矿物百分含量分布。结果表明,长江和黄河入海沉积物的碳酸盐矿物含量均在9%左右,差异不大。长江碳酸盐矿物含量在粗粒级较高,随着粒度变细波动式降低,黄河碳酸盐矿物含量则随粒度变细而逐步增加;黄河方解石含量高而白云石低,长江的情况正好相反。长江和黄河入海沉积物中的白云石颗粒大多比较完整,侵蚀沿完全解理面发生,菱面体形态明显。长江白云石上可以见到大量的磨蚀和溶蚀形态。黄河白云石保存较好,侵蚀程度较低,磨蚀和碰撞形态明显,溶蚀形态很少,发现典型的马鞍状白云石颗粒。长江和黄河的方解石均遭受强烈侵蚀。长江方解石溶蚀特征特别明显,深入矿物颗粒内部。黄河方解石侵蚀深度相对浅表,侵蚀形态多为磨蚀、碰撞和溶蚀等物理和化学综合侵蚀特征。长江某些方解石表面布满细小鲕状方解石颗粒,似为局部自由空间的胶体-陈化成因特征。黄河方解石呈现多个次生微晶集合体,显示其黄土粘粒空隙胶结物成因形态。碳酸盐矿物的菱面体形态和菱面体完全解理所特有的60°和120°交角,是其电镜下的最佳识别特征。长江和黄河沉积物物源、流域风化强度以及矿物晶体结构本身的特...     

长江口无机氮和活性磷酸盐水质基准研究

河口营养物基准是河口营养状态参数对生态环境不产生不良或有害影响的最大阈值。本文首先基于2015—2018年长江口环境现场调查数据开展河口内部分区,再通过主成分分析、相关性分析和线性回归分析等方法,筛选长江口营养物基准关键指标,之后采用频数分布法和压力-响应模型法得出基准推荐值,最后将赤潮优势藻培养实验得到的生态响应值作为参考。结果表明:根据盐度分布与地形特征,长江口可分为口门区和口外区两个生态区。可溶性无机氮(dissolved inorganic nitrogen,DIN)和可溶性活性磷酸盐(soluble reactive phosphorus,SRP)是制定长江口营养物基准的关键指标。口门区DIN和SRP的基准推荐值分别为0.614和0.029mg/L,口外区基准推荐值分别为0.295和0.008 mg/L。该结果有望为长江口富营养化评估和营养物标准制定等环境管理工作提供科学依据。