长江口沙洲表层沉积物中生物硅分布特征

利用生物硅(BSi)8 h连续提取法,分析了长江口南支沙洲表层沉积物中BSi的分布特征,并探讨了BSi分布与沉积物理化性质之间的相关关系.研究结果发现,沙洲沉积物中BSi含量的变化范围为0.47%～1.02%,平均含量为0.75%.高潮滩沉积物中BSi含量的变化范围在0.47%～0.91%之间,中潮滩在0.48%～1.02%之间,低潮滩则是0.47%～0.96%.沉积物理化性质与BSi之间的相关分析揭示,沉积物中BSi含量与粘土和粉砂含量呈极显著正相关,这表明沉积物中BSi的赋存对沉积物机械组分具有明显的依赖性;沉积物中的BSi与有机碳、氮(OC、ON)之间存在极显著的正相关关系,表明在富含有机质的沉积物中易于BSi的累积;OC/BSi和ON/BSi的变化范围分别为0.28～2.59和0.05～0.21,都低于Redfield比值,说明沙洲沉积物中BSi的溶解速率要远低于有机质的分解速率.此外,还发现沉积物中BSi与叶绿素之间存在弱的正相关关系,反映了硅质藻类等初级生产者对沉积物中BSi累积也有一定的贡献.     

东、黄海沉积物中生物硅的分布及其环境意义

通过对1998年5月、2000年10月及2001年5月东、黄海海区3个航次采集的沉积物样品中生物硅(BSi)含量的分析,讨论了东海西北部、南黄海沉积物中BSi的分布、埋藏及其与水体初级生产力、硅藻丰度的关系.测定表明,调查海区表层沉积物中BSi的含量介于0.21%~0.70%,海区BSi的分布与水体初级生产力的变化一致.在长江口海区,BSi的积累与河口区水体中的叶绿素a、初级生产力有着密切的关系,近20年来长江口海区沉积物中BSi含量的变化记录了长江径流以及长江输送N、P、Si营养盐通量的年际变化.     

崇明东滩湿地植被类型和沉积特征对土壤碳、氮分布的影响

滨海湿地碳、氮储量的分布可能受盐沼植被和外源沉积物的综合影响.本文以长江口典型滨海湿地为研究对象,分别在崇明东滩湿地北部、中部和南部设置3条样线,根据外源沉积物的区域特征研究了3种主要盐沼植被(芦苇(Phragmites australis)、互花米草(Spartina alterniflora)、海三棱藨草(Scirpus mariqueter))和土壤中的有机碳(TOC)、总氮(TN)的季节变化及空间特征.结果显示,崇明东滩湿地北、中部为淤积型滩涂,南部呈侵蚀态势.盐沼植被中芦苇和互花米草生物量TOC、TN累积量均显著高于海三棱藨草带.北、中样线的相同植被类型中的土壤TOC、TN显著高于南样线.高潮滩的芦苇带土壤TOC储量高于中潮滩的互花米草带,而互花米草带土壤TN储量略高于芦苇带,海三棱藨草带和光滩土壤TOC、TN储量最低.盐沼植被类型显著影响土壤各层次TOC和TN储量的分布,其中,0~10 cm层次储量受植被类型和表层外源沉积物空间特征的交互作用影响.     

杭州湾潮滩湿地植物不同分解过程及其磷素动态

湿地植物枯死物分解影响湿地营养物质循环.为分析杭州湾潮滩植物枯死物分解过程和磷素动态,开展了3种优势植物芦苇(Phragmites australis)、互花米草(Spartina alterniflora)和海三棱藨草(Scirpus mariqueter)立枯阶段的观测和分解袋法模拟实验.结果表明,观测期间立枯干物质量逐渐降低,180 d后逐步凋落至地面;立枯磷含量则波动下降.植物分解具有明显的阶段性,初期(0~15 d)损失最快,然后降低.地下根系分解速率表现为:海三棱藨草>芦苇>互花米草,地上部分则相反.分解95%所需时间在1.2~8.3 a之间.植物磷含量先下降后上升,绝对含量则表现为净释放.分析表明,植物分解速率与C/N比没有显著的相关关系,而受C/P比的影响较大.环境因子中的大气温度对分解也有影响.立枯阶段和分解袋法模拟下植物所处的环境不同是影响两者分解过程差异的主要原因.     

杭州湾潮滩湿地3种优势植物碳氮磷储量特征研究

潮滩植物在碳氮磷生物地球化学循环中发挥着重要的作用.为探明杭州湾潮滩湿地植物碳氮磷储量特征,对植物生物量、碳氮磷含量及储量的季节动态进行了分析.结果表明,3种优势植物芦苇(Phragmites australis)、互花米草(Spartina alterniflora)和海三棱藨草(Scirpus mariqueter)地上生物量呈典型的单峰值曲线.地上部有机碳含量全年变化幅度相对较小,氮磷含量随植物生长而明显下降.植物碳氮磷储量与植物生物量显著正相关.海三棱藨草碳氮磷储量显著低于芦苇和互花米草,芦苇地上部总氮储量显著高于互花米草,但总磷储量则相反,有机碳储量两种植物差异不显著.芦苇、互花米草和海三棱藨草年固碳能力分别是中国陆地植被平均固碳能力的380%、376%和55.5%,以及全球植被平均固碳能力的463%、458%和67.7%.从净化氮磷功能上考虑,7月可认为是本研究区域3种植物的最佳收割时间,且以收获互花米草对水体富营养化的限制性因子磷的去处效果最佳.因此,潮滩植物具有较好的储碳固碳能力和氮磷净化效应.     

长江口潮滩沉积物生物硅的分布及其影响因素

 以长江口滨岸潮滩作为典型研究区,对潮滩表层沉积物中生物硅(BSi)的时空分布进行了研究,并探讨了沉积物理化性质对BSi赋存特征的影响.结果表明,潮滩沉积物中BSi的含量具有明显的时空变化差异,2月份BSi的含量在0.46%～1.61%之间,总体上具有自陆向海逐渐增加的变化趋势;8月份BSi的含量在0.39%～1.36%之间,其沿程分布模式与2月份相反.沉积物理化性质与BSi之间的相关分析揭示,BSi含量与沉积物机械组成、有机质有密切关系,在细颗粒且富含有机质的沉积物中易于BSi的累积和赋存.此外,底栖硅藻可能是潮滩沉积物中BSi的重要来源,但是底栖硅藻作为BSi来源的相对重要程度存在明显的空间差异.     

崇明东滩海三棱藨草生长期沉积物有机碳含量变化

对长江口崇明东滩(CM-S)海三棱藤草(Scirpus mariqueter)生长期(4～12月)柱样沉积物有机碳含量及变化分析,发现柱样沉积物有机碳含量与温度、海三棱蔗草地上生物量呈显著负相关(p＜0.05).在陆源沉降、温度和海三棱藤草生长、死亡等因素的共同作用下,崇明东滩沉积物有机碳库随时间推移呈明显的"盈""亏"变化.夏季是潮滩沉积物有机碳库的"碳亏"期,秋季9月起,海三棱蔗草死亡分解使得有机碳在沉积物中累积,沉积物碳库进入"碳盈"期.可见死亡倒伏的海三棱藤草是潮滩盐沼带沉积物有机碳库的主要碳源,海三棱蔗草在生长期中通过光合作用所固定的大气碳素在生长末期输送补偿入沉积物有机碳库中.     

碱矿渣材料协同耐盐植物强化人工湿地净化高盐水体的效果

为深入探讨人工湿地中耐盐植物协同基质材料在高盐条件下净化水体的作用机理,以美人蕉(Canna indica L.)、互花米草(Spartina alterniflora Loisel.)、海三棱藨草(Scirpus mariqueter)三种植物为研究对象,探讨了植物协同单一填料、复合填料,在不同碳氮比、盐度条件下,各装置对受损高盐水水质的净化效果,在对系统内植物的酶活性、植物根际与填料表面微生物多样性与群落结构分析基础上探讨其净化机理. 结果表明:①当碳氮比为4∶1、盐度为15时,含碱矿渣材料的海三棱藨草装置(CW-Sc)对TN、TP、COD的净化效果最佳,净化率分别为45.38%、78.89%、50.32%. ②CW-Sc装置中植物叶片酶活性、可溶性糖、蛋白及过氧化氢酶(CAT)含量较高,丙二醛(MDA)含量较低,表明植物受损坏程度低. 碱矿渣材料协同植物可提升可溶性糖、蛋白含量及保护酶的活性,增强湿地植物修复受损水体的效果. ③碱矿渣材料电镜扫描(SEM)结果表明,海三棱藨草装置中碱矿渣材料对微生物的挂膜效果与其他装置差异显著. ④CW-Sc装置中植物根系微生物和填料表面微生物群落的丰度、多样性和结构分布状况较佳,碱矿渣材料可有序优化装置内微生物结构分布,协同发挥菌群优势;植物根际革兰氏阴性菌、杆菌比例显著提高,使系统在运行过程中逐渐适应盐胁迫,提升微生物蛋白质直系同源基因簇(clusters of orthologous groups of proteins, COG)功能的丰富度,强化湿地中污染物的降解效果. 研究显示,在高盐条件下耐盐植物海三棱藨草协同碱矿渣材料能够提高湿地系统对污染水体的净化效果,可为近海、滨海高盐水生态修复提供一定参考依据与理论技术支撑.      

岱海硅藻类浮游植物初级生产力Si限制初探

以岱海水-沉积物系统中BSi的地球化学特征为基础,结合沉积物中BSi的空间分布和垂向分布以及BSi与古环境古气候的响应关系,对岱海硅藻类浮游植物初级生产力的Si限制理论进行了探索.研究发现,岱海上覆水中Si的平均含量仅为0.38 mg/L,而表层沉积物中BSi的平均含量达到7.5 mg/g;水-沉积物系统中SiO32-和BSi的空间分布特征揭示了生源硅的主要来源;水-沉积物系统中Si与C、N、P的比值及BSi与古环境古气候的响应关系阐明了Si成为硅藻浮游植物初级生产力限制因子的主要原因;不同历史时段内,Si成为岱海硅藻浮游植物初级生产力限制因子的主导原因不同.     

长江口崇明东滩海三棱藨草对沉积物有机碳库的贡献研究

湿地植被通过光合作用、埋藏分解等方式将有机碳输送至沉积物中,为了探究植被对于湿地沉积物有机碳库的贡献率,本文使用埋管与长石粉样方两种手段,以崇明东滩为例,定量估算了海三棱藨草植被对潮滩沉积物有机碳库的贡献率.埋管研究显示,不同温度下死亡植被分解输入和沉积物呼吸降解过程的差异是造成沉积物中冬夏两季有机碳含量差异明显的主要原因.冬末时节埋管沉积物有机碳平均含量为5.72mg·g-1,碳库呈"积累"状态;夏季含量减少为4.89 mg·g-1,碳库呈"亏损"状态.海三棱藨草死亡、倒伏和掩埋,使得沉积物有机碳含量剖面出现显著分层,埋管样品中分层间隔为10 cm左右,与长石粉样方测研究区域当年沉积速率相对应(11.6 cm·a-1:2012年8月28日—2013年9月2日).沉积物有机碳含量与δ13C值的显著负相关性(p0.01)表明,植被输入有机碳的累积和降解是沉积物碳库动态变化的主要因素.忽略有机质降解中碳的分馏作用下,根据碳同位素质量平衡混合模型,计算得出春夏季植被有机碳净输入为0.65 mg·g-1,约占沉积物有机碳库含量的7.35%,秋冬季节植被有机碳净输入为2.06 mg·g-1,约为占有机碳库含量的31.20%.     

Biogenic silica in intertidal marsh plants and associated sediments of the Yangtze Estuary

Biogenic silica (BSi) contents in the marsh plants (Phragmites australis, Scirpus mariqueter and Spartina alterniflora) and associated sediments in Chongming Island eastern intertidal flat of the Yangtze Estuary were determined. The BSi contents in P. australis, S. mariqueter and S. alterniflora varied from 25.78-42.74 mg/g, 5.71-19.53 mg/g and 6.71-8.92 mg/g, respectively. Over the entire growth season, P. australis and S. mariqueter were characterized by linear accumulation patterns of BSi. The abovegroun...     

Biogenic silica in intertidal marsh plants and associated sediments

Biogenic silica (BSi) contents in the marsh plants (Phragmites australis, Scirpus mariqueter and Spartina alterniflora) and associated sediments in Chongming Island eastern intertidal flat of the Yangtze Estuary were determined. The BSi contents in P. australis, S. mariqueter and S. alterniflora varied from 25.78–42.74 mg/g, 5.71–19.53 mg/g and 6.71–8.92 mg/g, respectively. Over the entire growth season, P. australis and S. mariqueter were characterized by linear accumulation patterns of BSi. The aboveground biomass (leaves and culms) of the marsh plants generally contained more BSi than underground biomass (roots). BSi contents were relatively higher in dead plant tissues than in live tissues which was probably due to the decomposition and the leaching of labile components of plant tissues such as organic carbon and nitrogen. Comparing with the habitats of S. mariqueter and S. alterniflora, the highest BSi content was recorded in sediments inhabited by P. australis, with an annual average of 15.69 mg/g. Overall, the intertidal marshes in the Yangtze Estuary may act as a net sink of BSi via plant uptake and sedimentary burial.     

崇明东滩大型底栖动物食源的稳定同位素示踪

利用稳定同位素示踪技术,对崇明东滩盐沼湿地夏季不同生境大型底栖动物的食物来源和营养结构进行了初步研究。结果显示,表层沉积有机质稳定碳、氮同位素组成分别在-21.3‰~-24.2‰、4.6‰~5.6‰,不同生境下存在一定差异。植物体各组织的同位素值存在差异,在判别食物来源时需要注意,不能简单地以植物叶片值来代替整个植株。大型底栖动物的δ¹³C值为-14.7‰~-23.6‰,表现出食物来源的差异。总体上说,湿地优势植物的活植物体不是大型底栖动物的主要食物来源,沉积有机质是大部分底栖消费者的食物基础。底栖动物的氮同位素能较好地反映其食性和营养级,计算出崇明东滩大型底栖动物营养级在2.0~3.7,为一级消费者和二级消费者。     

互花米草入侵对长江河口湿地CH4排放的影响

为了探讨互花米草入侵对长江河口湿地CH₄排放的影响以及入侵至不同潮位对CH₄排放影响程度的差异及其可能机制,采用邻近互花米草与土著植物群落相配对的试验设计,在长江口东滩湿地的高潮滩和低潮滩各设置1条样线.结果表明,与土著植物相比,互花米草入侵显著增加了长江河口湿地的植物生物量,显著增加了土壤含水量、土壤有机碳含量、总氮含量、微生物碳和氮含量.高潮滩互花米草群落年均CH₄排放强度为（0.68±0.08）mg/（m²·h）,显著高于芦苇群落（0.21±0.01）mg/（m²·h）,低潮滩互花米草和海三棱藨草群落年均CH₄排放速率分别为（8.31±0.50）和（3.93±0.18）mg/（m²·h）,前者显著高于后者.此外,高潮滩互花米草与芦苇群落之间年均CH₄排放强度的差异为（0.47±0.08）mg/（m²·h）,显著低于低潮滩互花米草与海三棱藨草群落之间年均CH₄排放强度的差异（4.37±0.48）mg/（m²·h）.上述结果表明,互花米草入侵通过改善CH₄产生所需底物的质和量,增加土壤含水量和微生物的量,从而显著增加了长江河口湿地CH₄排放量.互花米草入侵至低潮滩增加的CH₄排放量是互花米草入侵至高潮滩的10倍左右,表明互花米草入侵至长江河口湿地对CH₄排放的影响程度可能会有很强的空间异质性,互花米草入侵至更厌氧的土壤环境可能会对CH₄排放的影响程度更大.本研究可为准确估算互花米草入侵对中国海岸带湿地CH₄排放的影响程度,科学管理和合理利用海岸带湿地资源以及应对全球气候变化提供理论依据和科技支撑.     

渤海中部海域表层沉积物生源要素分布特征及其环境评价分析

于2015年5月在渤海中部海域采集30个表层沉积物样品,对总有机碳（TOC）、总氮（TN）、总磷（TP）、生物硅（BSi）、有机质（OM）、含水率（MC）进行了分析测定,通过分析渤海中部海域表层沉积物生源要素的分布特征,进一步揭示有机质物源的贡献以及海域生物地球化学等过程。渤海中部海域表层沉积物生源要素含量分别为TOC（0.21%~1.43%）、TN（0.01%~0.12%）、TP（0.01%~0.04%）、BSi（0.08%~0.46%）、OM（1.43%~9.42%）、MC（18.24%~47.70%）,TOC、TN、TP、OM和MC分布特征相近,总体呈现东低西高的分布特征,BSi则在渤海中部含量较高。TOC、TN摩尔比值显示渤海中部表层沉积物中有机质来自陆源和海源混合输入,以陆源输入为主;而TOC/BSi说明硅藻对渤海中东部海域总初级生产力贡献较大。沉积物质量评价显示渤海中部海域表层沉积物受到一定程度的污染,部分海域沉积物中TOC和TN含量超过加拿大安大略省环境和能源部沉积物质量评价标准的Ⅱ类标准。     

六种挺水植物对富营养化河水氮磷净化效果研究

选用芦苇、黄花鸢尾、菖蒲、香蒲、水葱和千屈菜等六种挺水植物在室内静水条件下,研究了其对北运河下游富营养化河水中氮、磷的净化效果.结果表明,六种植物生长良好并表现出较好的氮磷去除效果.试验结束后,六种植物生物量均增长了40%以上,植物组对氮、磷的去除率相对于空白组存在显著差异(p<0.05),对氨氮的去除率为93.75%~98.49%(p>0.05),对总氮的去除率为75.91%~89.42%(p<0.05),对总磷的去除率为53.12%~96.94%(p<0.05),其中黄花鸢尾和千屈菜对总氮的去除效果较好,黄花鸢尾和香蒲的对总磷去除效果较好.     

青岛近岸海域表层沉积物生源要素分布及污染状况评价

为了解青岛市近岸海域不同功能海区沉积物中生源要素分布及污染状况,于2017年11月在胶州湾、崂山近岸海域和青岛市文昌鱼保护区共采集了33个表层沉积物样品,分析了沉积物生源要素中总有机碳(TOC)、总氮(TN)、总磷(TP)及生物硅(BSi)的含量。青岛近岸海域TOC、TN、TP和BSi含量范围分别为0.21%～1.43%、0.02%～0.13%、0.06%～0.15%和0.26%～0.60%。胶州湾表层沉积物中TN和TP含量较高,崂山近岸海域TOC较高,而文昌鱼保护区BSi含量较高。此外,胶州湾沉积物中BSi含量呈显著下降趋势,说明海域硅藻生产力的下降。根据沉积物中TOC/TN摩尔比,崂山近岸海域沉积物中有机质为海源和陆源混合输入,而胶州湾和文昌鱼保护区有机质的主要来源为海源输入。生源要素污染评价结果显示,青岛近岸海域表层沉积物中TOC含量未受到污染,而TN和TP则处于中等污染水平。     

崇明东滩光滩带夏季有机质空间分布特征、来源组成及食物网作用

本文选取长江口崇明东滩光滩带为研究对象,通过2019年夏季表层沉积物总有机碳（TOC）、总氮（TN）、生物硅（BSi）及碳稳定同位素（δ13C）等参数,分析了有机质的空间分布特征和主要来源组成,探讨了有机质分布的主要影响因素及其与大型底栖动物分布的关系。结果表明,崇明东滩光滩带表层沉积物有机质含量呈现北高南低的分布特点,包括海源有机质、陆源有机质和盐沼C₃植物,占比分别为（35.22±9.20）%、（34.45±4.87）%和（30.33±4.34）%。底栖硅藻对有机质的贡献在光滩带较植被带更高。沉积物粒径是影响光滩有机质含量空间分布的主要因素,盐沼C₃植物和陆源有机质的δ13C值接近,可能模糊了有机质来源的空间差异。大型底栖动物丰度、生物量的空间分布与有机质含量显著相关,表层沉积物有机质为光滩消费者提供了食物基础。本文的研究结果对了解光滩潮间带有机质的生物地球化学循环及食物网的功能具有重要意义。