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。     

Influential factors on the exchange rate of dissolved inorganic nutrients at the sediment-water interface in Jiaozhou Bay,China

Incubation experiments are carried out to study the exchange rates of dissolved inorganic nutrients including silicate, phosphate, ammonium, nitrite, and nitrate （^vSiO3-Si,^vPO4-P, ^vNH4-N, ^vNO2-N and ^vNO3-N） at the sediment-water interface in the Jiaozhou Bay. Major factors influencing the exchange rates are discussed in detail, which include the dissolved inorganic nutrient concentrations in porewater （Cpw）, water and clay contents, and grain size of the sediments （CH2O, Cclay and GSsed）. The results may provide insight into the dynamics of nutrient transport and the environmental capacity of nutrients in Jiaozhou Bay, and should be beneficial to solving the problems caused by excessive nutrient input this area.     

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%。     

海湾水库蓄水初期底质与淡水盐分交换的试验研究

在现场调查和钻探的基础上,采集了沐官岛水库库区3种典型底质(粉质粘土、泥质粉沙和中细砂)的原状/扰动土样和地表水样,然后分别采用静水土柱和动水水槽试验测定盐分的时-空变化规律,最后定量计算出不同底质盐分的释放通量,从而为该海湾水库蓄水初期水质的评价和预测提供了科学依据.土柱试验表明,在分子扩散作用下高盐分区主要集中在水-沉积物界面之上7.5 cm的范围内,7.5 cm之上的水体盐分较为均一,底质盐分释放通量按粉质粘土、中细砂、泥质粉沙的顺序递减,盐分释放通量符合负的幂指数形式,而且抽排界面之上高浓度水体对降低水体盐分含量效果显著.根据水槽模拟试验,风的吹拂会影响到界面之上水体盐分的分层,有利于海湾水库中盐分的混合作用.     

好氧和厌氧条件对霞浦湖沉积物-水界面氮磷交换的影响

在实验室控制条件下,研究了日本霞浦湾和湖心区底泥中形态氮磷,在好氧和厌氧条件下水土界面交换量变化及差异,结果表明;好氧条件下,ＮＯ＾－３－Ｎ,ＮＯ＾－２－Ｎ,ＮＨ＾＋４,－Ｎ,和ＰＯ＾３－４－Ｐ均有释放作用产生,量值多数较小,ＤＴＮ和ＤＴＰ则净释放作用接近零;厌氧条件下,ＮＯ＾－３－Ｎ和ＮＯ＾－２－Ｎ呈负释放状态,ＮＨ＾＋４－Ｎ和ＰＯ＾３－４－Ｐ的释放速率是好氧条件下的２－８倍。     

白洋淀沉积物氮磷赋存特征及其内源负荷

白洋淀环境整治对区域生态文明建设具有重要意义,然而,目前对加剧白洋淀富营养化的内源氮、磷污染负荷依然缺乏系统的研究.本研究以野外调研和室内培养实验相结合形式,在白洋淀主要水域内采集原位柱状沉积物样品,详细地研究了白洋淀沉积物中氮、磷赋存形态、间隙水中氮、磷剖面特征以及沉积物-水界面氮、磷交换特征.结果表明,白洋淀沉积物总氮、总磷含量分别为1230.8~9559.0 mg/kg（均值2379.5 mg/kg）和344.4~915.4 mg/kg（均值608.4 mg/kg）,氮、磷累积污染量大.沉积物中铵态氮赋存量大（3.2~175.8 mg/kg）,由此导致间隙水中铵态氮浓度较高,最高达到28.8 mg/L.沉积物磷形态以Ca-P和Fe-P为主,分别占总量的38.3%~76.1%和3.98%~18.0%,间隙水中磷酸盐浓度已接近甚至高于国内外典型富营养湖区.间隙水中高浓度的铵态氮和磷酸盐导致沉积物-水界面氮、磷交换通量较高,铵态氮平均释放和扩散通量分别为106.37和12.42 mg/（m²·d）;磷酸盐平均释放和扩散通量分别为15.06和2.33 mg/（m²·d）,沉积物内源氮、磷污染负荷较高,已严重威胁到白洋淀水环境质量,迫切需要整治.其中,北部河口区域以及中部府河入湖区和人口密集活动区沉积物氮、磷内源负荷尤为突出,应成为白洋淀沉积物内源污染整治的关键区域.     

Nitrogen cycling across the sediment-water interface in an eutrophic,artificially oxygenated lake

Processes controlling the nitrogen (N) exchange between water and sediment in eutrophic Lake Sempach were studied using three different independent methods: benthic flux chambers, interstitial water data and hypolimnetic mass balances. The sediments released NH ₄ ⁺ (1.1–16.1 mmoles m^–2 d^–1), NO ₂ ^- (0.1–0.4 mmoles m^–2 d^–1) and dissolved organic N (<0.25 mmoles m^–2 d^–1). A net NO ₃ ^- consumption (2.4–11.1 mmoles m^–2 d^–1) related to the NO ₃ ^- concentrations in the overlying water was observed in all benthic chamber experiments. The flux of the reactive species NO ₃ ^- and NH ₄ ⁺ was found to depend on hydrodynamic conditions in the water overlying the sediment. For this reason, benthic chambers overestimated the fluxes of inorganic N compared to the other methods. Thus, in short-term flux chamber experiments the sediment may either become a sink or a source for inorganic N depending on the O₂ concentration in the water overlying the sediment and the stirring rate. As demonstrated with a¹⁵NO ₃ ^- experiment, nitrate-ammonification accounted for less than 12% of the total NO ₃ ^- consumption. After six years of artificial oxygenation in Lake Sempach, a decrease in hypolimnetic total inorganic nitrogen (TIN) was observed in the last two years. The occurrence of dense mats of H₂S-oxidizingBeggiatoa sp. indicated micro-aerobic conditions at the sediment surface. Under these conditions, a shorter distance between the ecological niches of nitrifying and denitrifying bacteria, and therefore a faster NO ₃ ^- -transport, can possibly explain the lowering of TIN by enhanced net denitrification.     

近海海洋酸化对痕量元素在沉积物-海水界面处生物地球化学特性的影响研究

痕量元素在海洋环境中不仅能够密切参与物质循环,显著调控生命代谢,有些情况下还会对浮游及底栖生物产生抑制和毒害,是海洋系统中具有重要生物地球化学作用的“双刃剑”。工业革命以来,海洋不断吸收大气CO₂使得海水pH和碳酸根浓度持续下降,在全球范围内都出现了海洋酸化的现象。海洋酸化作为新的环境胁迫打破了痕量元素在沉积物-间隙水-上覆水中既有的平衡态势,导致痕量元素在海洋环境中的生物地球化学特性变得更加复杂和不确定。本文从痕量元素在沉积物-海水体系中的赋存形态与交换过程入手,探讨了海洋酸化条件下痕量元素在沉积物-海水体系中的扩散迁移与再平衡行为,分析了由此产生的生物毒性效应和生物可用性影响。最后,对海洋酸化与多种环境条件、多种污染物联合作用所导致的与痕量元素相关的生态效应研究进行了展望,以期为未来海洋酸化与痕量元素协同研究提供有意义的科学参考。