大亚湾典型养殖区沉积物-海水界面营养盐扩散通量及其环境意义

通过2005年6月对大亚湾两部的大鹏澳养殖海域进行沉积物柱状样采集分析,探讨了间隙水中NH4-N、NO3-N、NO2-N和PO4-P含量及空间分布特征,估算了沉积物-海水界面营养盐的扩散通量.结果表明,网箱养殖区柱状样间隙水中NH4-N、PO4-P平均含量分别为325.3μmol/L、20.4 μmol/L,远高于贝类养殖区及对照区.网箱养殖区NH4-N、PO4-P、NO2-N 平均扩散通量在三个区域中均居首位,分别为692.9、36.5和6.1 μmol/(m2·d),贝类区次之.网箱养殖大大提高了营养盐由沉积物向海水界面的扩散通量,使养殖海域成为一个极具潜力的污染内源.     

象山港河纯养殖区沉积物-海水界面N、P营养盐的扩散通量

2008年1月、5月和7月3次对象山港河纯网箱养殖区海底沉积物进行了底质表层间隙水和上覆水营养盐(NH4-N,NO2-N,NO3-N,P04-P)的分析,并使用Fick第一定律对该港湾沉积物--海水界面N、P营养盐的扩散通量进行了估算.研究结果表明,养殖区沉积物间隙水中N、P营养盐含量显著高于非养殖区,上覆水和沉积物间隙水中的N从1月份NH4-N为主逐渐转变到7月份以NO3-N为主.养殖区上覆水中NH4-N最高浓度为234.66μmoL/L,NO3-N最高浓度为79.25μmol/L.养殖区上覆水中N、P营养盐的含量均严重超标.N、P营养盐的扩散通量估算结果显示:随着养殖高峰期的到来,沉积物-海水界面N、P营养盐的扩散方向由从沉积物向上覆水扩散逐渐转向从上覆水向沉积物扩散;养殖区扩散通量值相对于非养殖区显著扩大化;NH4-N通量变化最大,从1月份最高700.41μmoL/(m2·d)降低到7月份27.87 μmoL/(m2·d).海水养殖对沉积物中N、P营养盐扩散通量影响显著.     

黄渤海氮磷营养盐的分布、收支与生态环境效应

基于在黄渤海的综合调查结果,分析了水体和沉积物间隙水中溶解无机氮（DIN）和溶解无机磷（DIP）的分布;结合历史数据构建了黄渤海DIN和DIP的收支模型,并分析了陆源输入变化对研究区域生态环境的影响.结果表明,黄渤海DIN和DIP的含量受季节、河流输入和沉积物界面扩散作用的影响,具有秋季高于春季和近岸高于离岸的时空分布特征.收支模型计算结果表明,底界面扩散是黄渤海水体DIN的主要来源,其次是大气、周边河流、地下水和东海的输入;黄渤海水体DIN的支出主要是通过沉积埋藏和反硝化.黄渤海水体DIP的来源主要是磷酸盐吸附解吸,占91%,底界面扩散和大气输入为其次,河流和地下水的输入贡献较小.DIP的支出主要是通过沉积埋藏和向东海的输出.黄渤海每年有11Gmol的氮在水体积累,并导致其浓度提高约0.6μmol/（L·a）.近些年来陆地向黄渤海输入氮的持续增加,加剧了氮营养盐的积累,导致非硅藻类浮游植物比例以及赤潮发生频率和面积显著增加,同时还提高了水体初级生产力和海洋磷的埋藏量以及加剧了磷限制的趋势,并可能威胁生态系统的稳定.     

象山港河鲀养殖区沉积物—海水界面N、P营养盐的扩散通量

2008年1月、5月和7月3次对象山港河鲀网箱养殖区海底沉积物进行了底质表层间隙水和上覆水营养盐(NH4-N,NO2-N,NO3-N,PO4-P)的分析,并使用Fick第一定律对该港湾沉积物——海水界面N、P营养盐的扩散通量进行了估算。研究结果表明,养殖区沉积物间隙水中N、P营养盐含量显著高于非养殖区,上覆水和沉积物间隙水中的N从1月份NH4-N为主逐渐转变到7月份以NO3-N为主。养殖区上覆水中NH4-N最高浓度为234.66μmol/L,NO3-N最高浓度为79.25μmol/L。养殖区上覆水中N、P营养盐的含量均严重超标。N、P营养盐的扩散通量估算结果显示:随着养殖高峰期的到来,沉积物—海水界面N、P营养盐的扩散方向由从沉积物向上覆水扩散逐渐转向从上覆水向沉积物扩散;养殖区扩散通量值相对于非养殖区显著扩大化;NH4-N通量变化最大,从1月份最高700.41μmol/(m2.d)降低到7月份27.87μmol/(m2.d)。海水养殖对沉积物中N、P营养盐扩散通量影响显著。     

黄渤海海域秋季营养盐及有色溶解有机物分布特征

本文利用2013年11月黄渤海海域航次采集的海水样品,对该海域有色溶解有机物(CDOM)、营养盐等的组成、来源、分布特征和主要环境影响因子进行了分析研究.通过三维荧光光谱-平行因子分析法(EEMs-PARAFAC)对CDOM进行分析,共鉴别出2类4种荧光组分:类腐殖质组分C1(325/410 nm)、C2(275,370/435 nm)、C3(270,395/495 nm)和类蛋白质组分C4(290/340 nm).3种类腐殖质组分在黄渤海海域各层的平面分布均为由近岸向远岸逐渐递减.黄海表层和渤海中层类蛋白质组分荧光强度在近岸和远岸海域均出现极大值,而其在渤海表底层及黄海中底层的分布呈现由近岸到远岸逐渐降低的趋势.各层CDOM高值区主要分布在近岸海域.渤海表层溶解无机氮(DIN)和溶解有机氮(DON)浓度高于底层浓度,底层溶解无机磷(DIP)浓度高于表层浓度.渤海DIN呈现由近岸到远岸逐渐降低的趋势,DIP由曹妃甸近岸海域及中部海域的高值区向北部、东部和南部海域逐渐降低的趋势,DON则呈现由渤海中部偏南海域的高值区向四周逐渐递减的趋势.黄海底层DIN和DIP浓度高于表层,而表层DON浓度最高.黄海表中层DIN和DIP呈现由近岸到远岸逐渐降低的趋势,底层DIN和DIP则呈现由近岸到远岸逐渐增加的趋势,DON呈现由近岸到远岸逐渐降低的趋势.渤海DIN、DON和DIP的总体浓度均高于黄海.将4种荧光组分(C1~C4)、吸收系数(a_(355))、溶解有机碳(DOC)与叶绿素a(Chl-a)、盐度(S)、溶解氧(DO)、DIN、DON、DIP进行冗余分析,结果表明黄渤海各荧光组分(C1~C4)主要受陆源输入的影响,DOC受陆源与海源的共同影响,但陆源影响较大.渤海DIN受陆源输入的影响较大,而DON受海源影响较大;黄海DIN受陆源和海源共同影响,而DON主要受陆源输入影响.黄渤海DIP均受陆源和海源共同影响.     

春季北黄海辽东半岛东部邻近海域溶解甲烷的分布、影响因素及海-气交换通量

本文基于2022年5月现场调查,研究了北黄海辽东半岛东部邻近海域溶解甲烷(CH₄)的分布、影响因素及海-气交换通量。结果表明,该海域溶解CH₄浓度为3.2～11.2 nmol/L,饱和度为103%～364%,高值区位于鸭绿江口近岸海域,随着河口向海延伸,表层海水溶解CH₄浓度逐渐减小,而底层海水溶解CH₄浓度升高;鸭绿江冲淡水的输入致使近岸海域溶解CH₄浓度显著升高,而沉积物有机质降解使得离岸海域底层海水溶解CH₄浓度升高;该海域海-气CH₄交换通量为0.7～61.1μmol/(m²·d),是大气CH₄的源,近岸海域显著高于离岸海域。鸭绿江冲淡水的输入即使在平水期(5月)已经对邻近海域溶解CH₄的影响非常显著,因此,河口等近岸海域海-气CH₄交换通量的研究对于评估我国陆架边缘海对大气CH₄的贡献至关重要。     

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。     

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。     

烟台四十里湾海域营养盐和沉积物-水界面交换通量

利用2009年5月、7月、10月和2010年1月4个航次对烟台四十里湾养殖海域的调查资料,分析了该海域营养盐分布、季节变化、主要控制过程以及沉积物-水界面交换通量。结果表明,四十里湾海域营养盐的分布整体趋势是近岸高,由近岸向外部海域递减;受到陆源输入的影响,高值区出现在调查海域东部。DIN的季节变化表现出冬高、秋低、春夏居中的趋势,整体上变化不大;SiO3-Si和PO4-P浓度均为春季最低。在春秋季P为四十里湾浮游植物生长的限制性因素,在夏季,N/P>30,P也是一个潜在的限制因素。四个季度培养结果表明DIN总体上由上覆水交换到沉积物中;近岸区沉积物是PO4-P的汇;调查区域SiO3-Si的扩散方向均是从沉积物到上覆水中。四十里湾沉积物释放的SiO3-Si对初级生产力的贡献较小;与其他浅海环境相比,四十里湾沉积物-水界面的营养盐通量处于较低水平。     

1985～2003年渤海湾水质氮磷生源要素的历史演变趋势分析

通过对渤海湾表层海水生源要素的现场调查以及相应历史数据的收集和分析,对渤海湾生源要素的现状、历史演变趋势以及富营养化状态等进行了分析和研究.结果表明,渤海湾表层海水处于较为严重的氮污染状态.北塘口、大沽口是渤海湾无机氮、磷的2大污染源.DIN、DIP的历史演变趋势与人海径流量息息相关,尤其是大沽口近岸海域,DIN、DIP与人海年径流量呈现显著正相关性,显示了渤海湾无机氮、磷污染的陆源输入性.受渤海湾天津近岸海域无机氮含量持续增长的影响,1985～2003年期间,渤海湾天津近岸海域氮、磷营养盐结构发生了很大变化,从1985年的"氮限制"状态转变为"磷限制"状态,这将对这一海域浮游植物群落结构的变化造成重要影响.     

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...     

调水调沙对黄河下游营养盐变化规律的影响

根据黄河首次调水调沙期间(2002年7月)和2002年在黄河利津站对营养盐的月际观测结果,系统分析了2002年黄河首次调水调沙期间黄河利津站和全年溶解无机态营养盐的变化,讨论了营养盐与水情要素之间的相互关系,计算了调水调沙期间及全年营养盐入海通量,并和历史资料作了比较.结果表明,调水调沙期间NO_3~-N、NO_2~--N、NH_4~+-N浓度的变化范围分别为169.3～273.2、 0.08～0.84、 1.39～5.04 μmol·dm~(-3),平均浓度分别为218.6、 0.16、 2.27 μmol·dm~(-3);PO_4~(3-)-P、 SiO_3~(2-)-Si浓度的变化范围为0.36～0.56、 161.4～195.8 μmol·dm～-3,平均浓度分别为0.48、 166.7 μmol·dm~(-3).在调水调沙期间,NO_3~--N浓度与水量无显著相关性,PO_4~(3-)-P浓度与水沙均无显著相关性,而SiO_3~(2-)-Si浓度与沙量呈显著正相关.与历史资料相比,调水调沙对黄河下游溶解态无机营养盐浓度在全年的变化规律并无明显影响.但黄河首次调水调沙短短不到一个月的时间,所输送的营养盐通量便占到当年输送通量的一半左右.调水调沙对营养盐输送通量在年内的分配产生重大影响,使得黄河营养盐向河口的输送非常集中.     

基于镭同位素示踪的嵊泗高场湾海底地下水排放

作为全球水循环的重要组成部分,海底地下水排放（SGD）是营养盐等陆源物质进入海洋的重要途径之一。本文利用天然放射性同位素223Ra、224Ra和228Ra对嵊泗岛高场湾SGD通量及及其所携带的营养盐通量进行了估算。研究表明,地下水中223Ra（16.7 ±2.9 dpm/100 L）、224Ra（479 ±18 dpm/100 L）、228Ra（97±4 dpm/100 L）的活度远高于近岸水体中223Ra（3.5 ±0.7 dpm/100 L）、224Ra（80 ±4 dpm/100 L）、228Ra（31±2 dpm/100 L）的活度。运用潮动力模型,基于223Ra和224Ra得到的SGD速率分别为7.6 cm/d和4.1 cm/d,而根据223Ra的离岸输送估算出SGD速率为22 cm/d。结合地下水端元营养盐的浓度计算得SGD携带的溶解无机氮（DIN）、溶解无机磷（DIP）、溶解硅（DSi）的排泄通量分别为593,4.16和241 μmol/（m2·s）。     

天目湖流域沟塘湿地脱氮速率的时空差异

湿地是陆地生态系统重要的脱氮热点,其对削减流域面源氮负荷具有重要意义. 为探究水库流域沟渠、池塘等湿地的脱氮速率及其影响因素,分别于2021年春季(3月)与夏季(6月)采集了天目湖沙河水库流域内典型土地利用类型下沟塘湿地的原状泥-水柱,利用同位素示踪技术进行室内流动培养,测定了不同沟塘湿地的反硝化速率和厌氧氨氧化速率. 结果表明:①各沟塘湿地沉积物均具有较高的脱氮速率,春季脱氮速率范围为10.59~107.65 μmol/(m2·h),平均值为70.73 μmol/(m2·h),夏季脱氮速率范围为32.07~150.10 μmol/(m2·h),平均值为112.36 μmol/(m2·h),春季果园排水沟渠的脱氮速率最高,夏季茶园退水池塘的脱氮速率最高. ②春季和夏季不同沟塘湿地厌氧氨氧化作用对脱氮的贡献率(简称“厌氧氨氧化贡献率”)平均值分别为45.45%、36.26%,其中生活污水排放池塘和茶园退水池塘的厌氧氨氧化贡献率在夏季分别下降26.82%、14.98%,春季和夏季果园排水沟渠和入湖口河流湿地的厌氧氨氧化贡献率变化不大,平均值分别为21.17%、48.99%. ③统计分析表明,水体溶解性无机氮(DIN)浓度和沉积物有机碳含量与沉积物脱氮速率均呈显著相关,且高温与低溶解氧浓度条件下也有利于脱氮作用的进行. 研究显示,水库流域沟塘湿地具有较好的脱氮能力,通过有效调控管理能够大大增加流域氮的截留能力,对水库水质保障具有重要作用.      

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。     

上海城市河流温室气体排放特征及其影响因素

为研究城区和郊区河流3种温室气体(N₂O、CH₄和CO₂)排放通量的差异,分别于春季(2013年4月)、夏季(2013年7月)、秋季(2013年10月)和冬季(2014年1月),利用浮箱法和扩散模型法对上海市城区河流(苏州河)和郊区河流(淀浦河)的温室气体排放通量进行了观测;并探讨了人类活动干扰下环境因子对温室气体排放的影响. 结果表明:研究区内2条河流是温室气体的排放源,城区河流N₂O和CH₄的扩散排放通量和浮箱排放通量年均值均比郊区河流大1~2个量级, CO₂两种排放通量在城郊区2条河流的年均值相当. 苏州河N₂O、CO₂和CH₄扩散排放通量年均值分别为15.88、6 748.27和84.98 μmol/(m2·h);淀浦河分别为0.61、2 978.98和9.61 μmol/(m2·h). 苏州河N₂O、CO₂和CH₄浮箱排放通量年均值为15.77、4 041.61和6 721.08 μmol/(m2·h);淀浦河为0.60、1 214.77和59.58 μmol/(m2·h). 城市河流呈现出高氮负荷及缺氧的特征,是影响中心城区河流N₂O、CO₂和CH₄扩散排放通量偏高的重要因素. CH₄浮箱排放通量和扩散排放通量的差异显示,城市河流中的富碳氮缺氧环境条件有利于随机气泡排放的发生,增强了温室气体的排放.      

秋季牟平海洋牧场及其邻近海域沉积物-水界面营养盐交换通量

本研究于2017年11月在牟平海洋牧场及其邻近海域采集表层沉积物样品,通过实验室模拟培养法估算了该季节沉积物-水界面营养盐的交换通量,并研究了溶解氧与温度对交换通量的影响。结果表明,目标海域沉积物水界面NO₂-N、NO₃-N、NH₄-N、PO₄-P的交换通量平均值分别为1.01、-181.91、-268.41、-45.69 μmol/（m2·d）,沉积物表现为NO₂-N的"源",NO₃-N、NH₄-N、PO₄-P的"汇"。溶解氧及温度均对交换通量有较大影响,富氧条件下NO₂-N、NH₄-N、PO₄-P交换通量大于贫氧条件,NO₃-N反之;温度升高,NO₂-N、NO₃-N、NH₄-N的交换通量增大,PO₄-P反之。     

滇池沉积物氮内源负荷特征及影响因素

研究了滇池沉积物间隙水氮浓度垂向分布特征,根据Fick扩散定律定量估算了沉积物-水界面氮扩散通量,并探讨了其影响因素.结果表明:滇池沉积物间隙水溶解性总氮(DTN)主要以氨态氮(NH4+-N)形式存在,占其总量的72.30%,其浓度随深度增加而升高;其次为溶解性有机氮(DON),占其总量的24.59%,其浓度随深度的增加先升高后降低,最后趋于稳定;硝态氮(NO3--N)所占比例较低,浓度随深度的增加而降低.滇池沉积物-水界面NH4+-N扩散通量分布范围为12.73~59.74mg/(m2·d)[均值30.18mg/(m2·d)],全湖年均氨氮释放量为3305.04t,其中草海、外海北部、东北部及南部湖区扩散通量较大,达35mg/(m2·d),全湖呈由北向南逐渐降低的空间分布特征;全湖年均DON释放量为1147.55t,其全湖分布特征与氨氮一致;NO3--N扩散通量分布范围为-2.70~0.27mg/(m2·d)[均值-0.50mg/(m2·d)],总体表现为由上覆水向沉积物扩散.与我国其他湖泊相比,滇池具有较大沉积物氮内负荷,其沉积物-水界面NH4+-N扩散通量较高,对湖泊水体氨氮浓度贡献较大,且其与沉积物总氮、有机质、可交换态氮和可交换态氨氮含量呈显著正相关,即滇池沉积物NH4+-N释放主要受其可交换态氮,特别是可交换态中氨氮含量影响;同时,滇池沉积物DON潜在释放风险也较大,且与沉积物C/N有关.