昌黎近岸海域扇贝养殖区沉积物-水界面溶解无机氮磷及尿素扩散通量研究

分别于2015年12月、2016年4月和2016年9月,分3个航次采集了昌黎近岸海域扇贝养殖区沉积物柱状样品和原位底层海水,通过实验室培养法对该水域沉积物-海水界面DIN,DIP和尿素的扩散通量进行了测定。结果表明,昌黎近岸海域扇贝养殖区沉积物-海水界面DIN的扩散通量平均为52.72 μmol/（m2·h）,DIP年平均通量为0.074 μmol/（m2·h）,尿素年平均通量为1.00 μmol/（m2·h）,扩散方向总体表现为从沉积物向上覆水扩散。昌黎近岸扇贝养殖区沉积物-海水界面尿素的通量为胶州湾通量的2~3倍,为黄海通量的2倍多,沉积物所提供的尿素为北戴河抑食金球藻褐潮的爆发提供了可能。沉积物每年向养殖系统输入的DIN总量估算为1680.73 t,溶解无机磷为2.36 t,尿素为136.66 t,表明沉积物是昌黎近岸海域扇贝养殖区水体氮磷,尤其是溶解无机氮和尿素的重要输入源。     

春季大亚湾海域沉积物-海水界面营养盐的交换速率

2007年4月应用实验室培养法研究了大亚湾海域沉积物-海水界面营养盐的交换速率(ν)和交换通量(F),并与间隙水分子扩散模型计算结果进行了对比。结果表明,νDIN变化范围为304.21~441.92μmol/m2.d,平均为368.05μmol/m2.d,νPO4-P变化范围为27.08~110.21μmol/m2.d,平均为48.64μmol/m2.d,νSiO3-Si变化范围为1878.10~6024.40μmol/m2.d,平均为3653.84μmol/m2.d。与间隙水分子扩散模型计算结果相比较,两者之间存在数量级的差异。产生差异的原因在于,间隙水分子扩散模型在浅水海湾中应用时没有考虑到沉积物底栖生物活动以及风浪扰动等因素的影响。大亚湾海域春季FDIN/SE为2.03×107mol,FPO4-Pi/SE为2.68×106mol,FSiO3-Si/SE为2.02×108mol,为维持大亚湾春季的初级生产力,沉积物交换过程可提供约10%的DIN、21%的PO4-P和98%的SiO3-Si。     

大亚湾滨海湿地沉积物间隙水无机氮分布特征及其沉积物-水界面交换通量

为探讨大亚湾滨海湿地沉积物间隙水中无机氮的时空分布规律及其环境效应,于2017年3月（枯水期）和8月（丰水期）分别采集了大亚湾湿地3个断面的沉积柱,测定了间隙水中无机氮含量并对其在沉积物-水界面交换进行了实验室培养实验。结果发现,滨海湿地近岸上覆水中氮营养盐含量远高于大亚湾水体平均值,说明近岸人类活动对湿地生态系统中氮含量的影响较为严重,河流输送是其来源的主要途径。间隙水中NH₄-N、NO₃-N和NO₂-N的平均含量分别为:770.60、7.63和7.39 μmol/L,其中NH₄-N是DIN的主要组分,约占DIN的85.82%~99.67%。室内培养实验发现,NH₄-N、NO₃-N和NO₂-N的界面交换通量平均值分别为0.09、-0.18和0.36 mmol/（m2·d）,不同断面下DIN的交换速率存在明显差异。整体上,DIN的交换通量在枯水期约为0.41 mmol/（m2·d）,湿地沉积物表现为上覆水DIN的源;而丰水期沉积物则成为DIN的汇,其平均通量约为-0.23 mmol/（m2·d）。对照实验结果表明,灭菌之后NH₄-N、NO₃-N和NO₂-N的平均交换通量均有所降低,相比于原始组分别降低了76.5%、23.7%和50.3%,说明微生物在氮的转化中起到了非常重要的作用。     

大亚湾湿地沉积物氮矿化特征及影响因素探究

为探讨大亚湾滨海湿地沉积物中有机氮矿化作用的时空分布规律及其影响因素,于2017年3月（枯水期）和8月（丰水期）分别采集了大亚湾典型湿地3个断面的表层沉积物,利用连续淹水培养法对沉积物有机氮矿化过程进行了测定.结果发现,不同站位沉积物氮的矿化速率差异较大,其矿化速率范围为1.88~15.12mg/（kg·d）,平均速率为（6.45±3.47）mg/（kg·d）,整体呈现S3（红树林断面）> S1（光滩断面）> S2（河口断面）的分布规律.矿化速率的最高值出现在S3红树林断面,表明红树植物的生长能够促进微生物的矿化作用.蛋白酶和脲酶的活性平均值分别为（8.52±4.21）mg/（kg·d）和（25.34±11.11）μg/（g·d）,蛋白酶活性空间分布上与矿化速率的分布特征一致,表现为S3 > S1 > S2.蛋白酶和脲酶活性最高的区域均出现在S3断面的高潮带,这主要由于红树林影响地区具有较高的生产力和微生物丰度,促进了微生物代谢酶的产生.蛋白酶的活性远高于脲酶活性,表明人类活动对近岸湿地生态系统的物质输入可能主要以大分子类有机氮为主.在河口断面,矿化速率和酶活活性均较低,与该地区较高的NH₄⁺-N含量有关.整体上,湿地沉积物矿化速率与蛋白酶和脲酶之间呈现出显著的正相关性（P<0.01）,说明蛋白酶和脲酶在有机氮的矿化过程中发挥了关键作用.     

大亚湾颗粒态氮磷的时空分布、关键影响因素及潜在生态意义

颗粒态营养盐是海洋营养盐的重要组成部分。本文通过2015年8月（夏）、12月（冬）,2016年3月（春）、10月（秋）4个季节的采样分析,探讨了大亚湾海域颗粒态氮（PN）、颗粒态磷（PP）的组成分布及其关键控制因素。结果表明,大亚湾水体中PN、PP含量范围分别为2.63~26.24 μmol/L、0.11~3.71 μmol/L,平均含量分别为8.20±4.75 μmol/L、0.39±0.37 μmol/L。PN以颗粒有机氮（PON）为主,占65.0%;PP则以颗粒无机磷（PIP）为主,占63.4%。PN和PP分别约占总氮（TN）、总磷（TP）的24.8%和37.0%。大亚湾PN、PP呈现湾顶至湾口浓度下降的趋势,仅冬季部分形态分布趋势较不明显。二者的含量和分布主要受浮游植物生长与径流输入影响。此外,大亚湾PIN/PIP年均值为13.2±11.1,接近16的Redfield比值,无明显失衡现象,而湾内DIN/DIP年均值高达49.1±39.7,远大于16,说明颗粒态营养盐在维持大亚湾水体中营养盐比例平衡中起到了重要缓冲作用。     

我国典型潮间带不同形态氮的空间分布特征

2014年秋季对全国14个典型潮间带沉积物间隙水与上覆水中不同形态氮的空间分布特征进行了调查,结合沉积物粒度、人类活动等影响因素对其主要影响因子进行了研究。结果表明:间隙水中氮的浓度均受到周边人类活动的影响,流域氮输入是导致河口区间隙水氮浓度高于非河口区的原因之一。不同粒径沉积物对氮的保持能力也是影响其浓度的重要因素。在河口区,人口密度、农田面积和污水排放量对间隙水中DIN浓度有一定影响,海水养殖面积对间隙水中DON浓度有重要影响。其中大辽河口、九龙江口和珠江口潮间带间隙水主要受人口密度的影响,大沽河口主要受人口密度和农田面积的影响,闽江口主要受人口密度和污水排放量的影响,黄河口主要受海水养殖的影响。在非河口区,污水排放量对潮间带间隙水中DON影响显著,由于非河口区养殖降低了氮营养盐尤其是硝酸盐浓度,海水养殖面积和种类对DIN的浓度和结构有明显影响。其中苏北浅滩间隙水中氮主要受污水排放的影响,北戴河沙滩、四十里湾和英罗湾均受海水养殖的影响。     

我国滨海湿地的功能

天然湿地有滨海湿地、江河湖泊湿地和沼泽湿地三大系统,其中滨海湿地系统的亚系统和类型最多且与人类关系最密切。 按国际湿地公约的定义,滨海湿地的下限为海平面以下6米处（习惯上常把下限定在大型海藻的生长区外缘）,上限为大潮线之上与内河流域相连的淡水或半咸水湖沼以及海水上溯未能抵达的入海河的河段。据不完全统计,我国滨海湿地面积为300～400万公顷。 滨海湿地系统包括潮上带湿地、潮间带滩涂湿地、潮下带近海湿地、河口沙洲湿地和沿岸离岛湿地等亚系统。各个亚系统又有一些湿地类型,如从底质和植被区分有淤泥质、沙质、基岩、生物礁及红树林、米草、芦苇等类型。 湿地及其生态系统对人类生存和人类社会发展存在着许多明显的或潜在的作用,即所谓湿地的功能。这些功能可分为“实物”性和“服务”性两大类。提供水源、补充地下水及提供人类的食物、建材、能源和其他工业原料等称作“实物”性的功能,调控水量（抗洪防涝）、抵御风暴等自然灾害、净化环境等称作“服务”性的功能,这些功能对人类社会的持续发展起着重要的作用。丧失湿地就失去这些功能,因此,保持湿地及其生态系统的功能就是确保其对人类社会发展的重要贡献。     

九龙江口湿地表层沉积物氮的形态分布特征

利用连续提取法对九龙江口湿地表层沉积物中不同形态氮含量进行了测定,探究了滨海湿地表层沉积物中氮形态及其与沉积物理化性质的相关关系.结果表明:九龙江口滨海湿地沉积物中w(TN)达到12.67 mg/g,可转化态氮(EFN)质量分数〔w(EFN)〕占w(TN)的18.78%.有机硫化物结合态氮(OSFN)和碳酸盐结合态氮(CFN)是九龙江口滨海湿地沉积物EFN的主要形态,w(OSFN)和w(CFN)分别占w(EFN)的37.82%和36.97%.不同潮水位和植被类型沉积物中的w(TN)和w(EFN)呈现差异性,表现为高潮位＞中潮位＞低潮位,红树林＞其他植被类型(北部互花米草、红树与互花米草混交和南部互花米草)＞光滩.w(CFN),w(OSFN),w(EFN)和w(TN)存在显著相关关系,表明w(TN)和w(EFN)的增加主要来源于OSFN和CFN.w(OSFN),w(EFN)和w(TN)与w(OM)存在显著相关关系,表明河口滨海湿地有机质的累积、矿化,可增加沉积物中的w(OSFN),w(EFN)和w(TN),从而对滨海湿地氮生物地球化学过程产生重要影响.      

生态修复区盐地碱蓬群落碳、氮储量及其影响因素分析——以辽河三角洲大凌河口湿地为例

为揭示土壤环境变化及植物群落结构对修复初期河口湿地碳汇格局的影响,本文运用方差分解方法测算了群落尺度辽河口湿地生态修复区碳、氮储量分配格局,并定量阐明了盐度、含水率、高程等环境因子对碳、氮储量的影响贡献率。结果表明：（1）春、秋季,土壤碳储量分别为41.93 t/ha和44.72 t/ha,氮储量分别为8.65 t/ha和8.80 t/ha;植物碳储量分别为8.97 kg/ha和180.48 kg/ha,氮储量分别为0.61 kg/ha和16.27 kg/ha。（2）植物碳氮储量与株高、盖度呈显著对数函数关系,与土壤微生物量碳氮及土壤氮的周转速率呈显著负相关性。（3）土壤含水率、群落盖度和高程是影响碳、氮储量的最主要因子,地形高程和含水率能解释幼苗期碳、氮储量分异的45.6%以及成熟期碳、氮储量分异的54.5%。研究结果证明了微地形改造、生态补水等措施对湿地碳汇能力的提升具有重要作用。     

辽东湾河口潮间带沉积物及附近土壤硝化和反硝化强度研究

以流入辽东湾的4条入海河流(小凌河、大凌河、双台子河、辽河)河口处沉积物和大凌河附近的水稻田土、玉米旱地和芦苇湿地为研究对象,采用悬浮液振荡培养法,测定河流沉积物及附近的土壤硝化强度和反硝化强度。结果显示,4种不同河口沉积物的硝化强度和反硝化强度差异显著,硝化强度在1.32~4.89 mg N/kg·d之间,且小凌河双台子河辽河大凌河;反硝化强度在5.44~10.47 mg N/kg·d之间,且辽河双台子河小凌河大凌河。大凌河不同利用方式的土壤硝化强度在1.32~2.92 mg N/kg·d之间,河流沉积物最小,土壤反硝化强度在3.79~7.72 mg N/kg·d之间,水稻田土反硝化强度最大。总体上,研究对象的反硝化强度大于硝化强度,反硝化除氮能力强。研究结果对于评价河口潮间带地区沉积物及土壤的氮素转化能力有重要参考。     

基于LOICZ收支模型的涠洲岛近海营养盐浓度及结构变化的关键影响因素研究

本文根据2018-2019年广西涠洲岛近海营养盐的时空变化数据,采用海岸带海陆相互作用（LOICZ）营养盐收支模型对涠洲岛南湾营养盐进行收支估算,研究了影响营养盐浓度及结构变化的关键因素。此外,本研究利用流动式反应器（FTR）模拟实验,探究了在不同的有机碳含量条件下,沉积物−水界面营养盐交换对海水营养盐浓度及结构的影响...     

三沙湾水质分布特征对陆源污染、湾内养殖的响应

根据福建三沙湾海域2018年洪季一个定点站和12个走航站的5项营养盐及水文资料,研究发现:（1）三沙湾沿岸城市排放水是主要的污染源。其中,蕉城区外大金溪湾的硝酸盐、氨盐、悬沙含量、硅酸盐和磷酸盐浓度,在落潮盐度最小时期（宁德城区排放水）分别是涨潮盐度最大时期（海水）水质浓度的1.2倍、3.6倍、6倍、2.5倍和2倍。（2）三沙湾营养盐从陆向海的变化既受陆域河流排放的影响,也受湾内养殖排放的影响。其中NO₃-N和SiO₃-Si浓度受陆源排放影响较大,从陆向海分别下降了31%和50%。而NO₂-N、NH₄-N和PO₄-P浓度变化受湾内养殖的影响,从陆向海下降的趋势不明显。（3）12个走航站无机氮（DIN）的平均值为57.33 μmol/L,大于21.41 μmol/L;PO₄-P平均值为2.28 μmol/L,大于1.45 μmol/L;DIN/DIP基本为8~30。这些参数表明三沙湾水质已经超四类海水水质标准,并达到富营养化状态。     

大亚湾沉积物中可溶性有机氮与蛋白酶和脲酶活性特征及其影响因素

为认知海湾沉积物有机氮转化机制及其对富营养化的影响,本文探讨了大亚湾表层沉积物可溶性有机氮（DON）、游离氨基酸（DFAA）含量及其关键酶活性的特征。结果表明,沉积物DON平均含量为50.56×10-6,分别占沉积物可溶性总氮（TDN）和总氮（TN）的64.52%和3.58%,DON是TDN的重要组成部分;DFAA平均含量为8.48×10-6,占DON的20.34%,表明大亚湾沉积物DON有较多易分解组分。DON和DFAA含量均与沉积物TN、总磷（TP）、有机质的含量密切相关,呈现出湾沿岸和海水养殖区较高,而湾中区域较低的分布趋势。蛋白酶和脲酶平均活性分别为61.64 mg/kg/d和86.12 mg/kg/d,蛋白酶主要与DFAA密切相关,而脲酶与DON、DFAA均密切相关,脲酶活性大小可以反映沉积物有机氮引起二次污染的风险程度。     

莱州湾浮游植物群落结构与环境因子的时空变化特征研究

本文对莱州湾2014年5月和9月水文、化学和生物参数进行了综合分析,探讨了浮游植物群落结构与环境因子时空分布特征及相互关系。研究表明,两个月份的盐度、溶解性无机氮（DIN）与溶解性无机磷（DIP）均值差别较小,均值分别相差0.80,4.90 μmol/L,0.01 μmol/L;而平均温度在9月份较5月份升高了11.0℃,溶解性硅酸盐（DSi）平均浓度升高了6.02 μmol/L。营养盐结构分析表明,调查期间不存在氮限制,5月份仅1个站位存在DIP相对限制,但80%的站位存在硅限制;相反,9月份86.7%的站位存在DIP的相对限制,仅有1个站位存在硅限制。雨季降水的增多,尤其7月份黄河调水调沙带来的大量泥沙,可能是缓解莱州湾硅限制的重要因素。浮游植物群落结构响应了环境变化,物种多样性与生物量在9月份显著高于5月份。通过对浮游植物群落结构与环境因子的主成分分析,发现DSi浓度和海水温度升高是引起两个月份浮游植物群落结构差异的重要环境因子,其中,硅藻群落对温、盐变化的敏感性低于甲藻群落。     

生态修复后普兰店湾水体交换数值研究

本文基于非结构化数值模型研究了普兰店湾的水动力特征,耦合输移扩散模型研究不同修复方案对水交换的影响。模拟得到:普兰店湾内涨落潮流向与岸线走向一致,池梗拆除增加15%的水域面积,提升了10%的海湾纳潮量。方案一工程后池梗高程较低,滩涂漫滩及干出流场较为均匀;方案二工程后池梗相对较高,池梗之间流速较大,滩涂流场较为杂乱。工程前湾中水体半交换时间为0～70天左右,湾底区域在70天以上,方案一工程实施后,湾中半交换时间降至50天,方案二降至60天;工程前湾内平均半交换时间为36.8天,方案一下降至 24.0天,方案二降至 28.5天,方案一较方案二提升12%,对湾内水质改善更为明显。     

几种典型氮源加富培养对胶州湾浮游植物群落结构的影响

陆源输入氮源对近岸海域浮游植物生态系统有至关重要的作用。为了解胶州湾海域浮游植物对不同陆源输入氮源的响应,本研究于2020年秋季在青岛近海海域进行了现场加富实验,并通过显微镜镜检和矩阵因子化程序(CHEMTAX)分析了不同氮源加富培养对胶州湾浮游植物群落结构的影响。结果表明,单一氮源对浮游植物细胞生长的促进作用表现为尿素(CH₄N₂O)>氯化铵(NH₄Cl)>硝酸钠(NaNO₃);李村河河水中的复合氮源极显著地促进了浮游植物的生长(P<0.01);氮源加富培养后,胶州湾海域优势种由甲藻(Pyrrophyta)演替为硅藻(Bacillariophyta);显微镜镜检结果与CHEMTAX分析结果的线性回归分析显示,在不同氮源培养体系中,甲藻细胞丰度与Chl a生物量呈显著正相关关系(r=0.656,P<0.05),硅藻细胞丰度与Chl a生物量呈极显著正相关关系(r=0.674,P<0.01);浮游植物对溶解有机氮(DON)的利用率大于溶解无机氮(DIN),对复合氮源的利用...     

乐清湾海水养殖环境水质质量时空变化及富营养化状况评价

本文分析了2016－2018年乐清湾养殖区水体中pH、温度、盐度、溶解氧（dissolved oxygen,DO）、叶绿素（chlorophyl A,Chl a）、氨氮（ammonia nitrogen,NH₄-N）、亚硝酸盐氮（nitrite nitrogen,NO₂-N）、硝酸盐氮（nitrate nitrogen,NO₃-N）、可溶性磷酸盐（soluble active phosphors,DIP）等海水水质质量指标,并研究了其水质质量状况。通过单因子污染指数法的评价结果表明,乐清湾养殖区的pH、温度、盐度、DO等指标均符合国家二类水质标准。与其他海域养殖区比较,DO浓度处于偏低状态;而DIN和DIP的浓度较高。利用水质质量富营养化指标分析法（the analysis of water quality eutrophication index,TRIX）,本研究发现乐清湾养殖区的水质富营养指标值较大,处于较高的富营养化状态。通过主成分分析（principal component analysis,PCA）可知,第一主成分相关指标主要是NO₂-N、NH₄-N、DIP、温度以及NO₃-N,且NH₄-N、NO₃-N、DIN与TRIX之间存在良好的正相关关系。