长江口北支潮滩沉积物-水界面无机氮的交换通量及季节变化

对长江口北支地区沉积物--水界面无机氮的交换通量及季节变化进行了研究。由于沉积物--水界面无机氮的交换行为受到不同环境因子的影响，随着季节更替，氮的界面交换行为有较大的差异。一方面，滨岸地区的沉积物对水体中的氮有着良好的去除能力，是水体中硝氮、氨氮的汇；另一方面，由于河口滨岸生态系统是一个脆弱的并且处于动态变化的系统，随着外界条件的变化，河口沉积物--水界面的物质交换会受到很大的影响，有可能从营养盐的汇转化为营养盐的源，对水体造成二次污染。研究揭示：生物活动、温度、溶解氧等环境因子在沉积物--水界面氮的季节交换行为中作用明显，而盐度、Eh等因子的作用是次要的。     

渤海莱洲湾沉积物—水界面溶解无机氮的扩散通量

为了解不同条件下沉积物中有机物对水体无机氮的贡献，采用野外采样和现场培养法，在１９９７－０５和１９９７－０７莱州湾２个航次进行了沉积物－水界面营养盐矿散通量的３和ＮＨ４的扩散通量分别为０．０３８－３．６５ｍｍｏｌ／（ｍ＾２·ｄ）和０．９６－２．５２ｍｍｏｌ／（ｍ＾２·ｄ），培养结果说明充氮或充空气与加氯化汞或不加氯化汞对沉积物－水界面溶解无机氮的扩散通量没有明显影响，莱州湾底部营养盐的扩散通量与其     

冬季大黑汀水库沉积物-水界面氮磷赋存特征及交换通量

本文研究了大黑汀水库表层沉积物碳氮磷污染负荷及分布特征,利用Peeper （pore water equilibriums）技术获取沉积物-水界面氮磷剖面特征,分析大黑汀水库间隙水氮磷分布的空间差异;采集沉积物无扰动柱样用静态培养法对其水土界面氮磷交换速率进行估算.结果表明：沉积物中TN、TP和TOC的含量分别在729~5894mg/kg、1312~2439mg/kg和0.5%~5.6%之间,沉积物中氨氮（NH₄⁺-N）、硝酸盐氮（NO₃^--N）、亚硝酸盐氮（NO₂^--N）和活性磷（PO₄^3--P）含量分别在0.6~202.9、34.4~168.3、0.1~0.3和16.1~75.2mg/kg之间,主要表现为下游含量高于上游,空间分布特征明显;沉积物C/N表明该水库有机质主要来源于水体内部,与人类网箱养殖活动有关.间隙水中NH₄⁺-N和PO₄^3--P浓度远高于上覆水,表明大黑汀水库间隙水具有向上覆水体扩散营养盐的潜力.在垂直方向上间隙水中NH₄⁺-N浓度随深度的增加而变大,PO₄^3--P浓度具有在0~4cm快速增加,之后表现出逐渐降低的趋势.静态释放结果表明,沉积物-水界面NH₄⁺-N和PO₄^3--P的交换通量分别为3.5~110.5mg/（m²·d）和0.1~1.6mg/（m²·d）,NO₃^--N和NO₂^--N交换通量在-112.5~157.2mg/（m²·d）和0.04~0.94mg/（m²·d）之间.NH₄⁺-N、NO₃^--N和PO₄^3--P在下游表现出较高的释放速率.较高的沉积物内源负荷使得大黑汀水库沉积物具有较大的向上覆水释放营养盐的潜力,改善水库沉积物污染状况是治理大黑汀水库水体环境的必要之举.     

沉积物-水界面营养盐交换通量的研究进展

沉积物-水界面是水环境中水相和沉积物相之间的转换区,对水环境中物质的循环、转移、贮存有重要的作用。本文总结了国内外的主要研究成果,概述了沉积物-水界面营养盐交换研究的时空分布情况;分析了营养盐交换通量的研究方法、沉积物-水界面营养盐的迁移转化过程、沉积物中营养盐的赋存形态及累积规律和沉积物-水界面营养物质的生态效应等方面的研究进展和发展趋势。对在这一领域的进一步研究具有参考意义。     

污染河口区沉积物-水界面营养盐交换通量的实验研究

采集青岛市李村河口下游沉积物柱状样品,通过实验室培养实验,研究了溶解氧、温度、盐度、生物扰动等环境因素对沉积物-水界面营养盐交换通量的影响。结果表明,NO3-N、NH4-N、PO4-P在贫氧环境下的交换通量要高于富氧条件下,NO2-N受溶解氧含量的影响较小;随着温度的升高,NO3-N、NH4-N、PO4-P的交换通量增大,而NO2-N的交换通量减小;NO2-N和NH4-N的交换通量随盐度增大而增大,NO3-N减小,而PO4-P受盐度的影响较小;生物扰动对营养盐在沉积物-水界面的交换通量的影响显著。     

滏阳河表层沉积物氮分布特征和界面无机氮扩散通量估算

为了揭示非常规水源补给河流沉积物-水界面氮交换过程及其特点,为非常规水源补给河流富营养化机制提供基础数据.选择典型非常规水源补给河流(滏阳河)为研究对象,分析河流沉积物中氮素空间分布及上覆水-孔隙水氮营养盐垂直分布特征,并估算滏阳河不同区段沉积物-水界面无机氮扩散通量.结果表明,滏阳河整体表层沉积物总氮含量范围在770~10590 mg·kg~(-1)之间,其中有机态氮为氮素的主要存在形式,占总氮比例达84.9%~99.3%.NH3-N为无机氮的主要形态,含量范围为3.23~1135.00 mg·kg~(-1).溶氧量作为影响沉积物-水界面无机氮分布的主要因素.邯郸段硝氮浓度在孔隙水中随深度逐渐升高,孔隙水平均硝态氮浓度达3.54 mg·L~(-1),为上覆水8倍之多.邢台、衡水、沧州段硝氮浓度随深度而逐渐降低;滏阳河下游衡水段和沧州段进入沉积物-水界面后氨氮浓度呈下降趋势.滏阳河上游邯郸段与邢台段沉积物-水界面NH3-N由沉积物向上覆水扩散,扩散通量为48.9~1471.0μmol·m~(-2)·d-1.下游河段部分点位NH3-N表现为上覆水向沉积物中扩散,扩散通量在-932~-456μmol·m~(-2)·d-1之间.非常规水源补给河流在氮营养盐外源得到控制后,仍存在内源释放风险,将会加大河流治理与修复的难度.     

渤海莱州湾沉积物-水界面溶解无机氮的扩散通量

为了解不同条件下沉积物中有机物对水体无机氮的贡献,采用野外采样和现场培养法,在１９９７－０５和１９９７－０７莱州湾２个航次进行了沉积物－水界面营养盐扩散通量的实验研究,ＮＯ－３和ＮＨ＋４的扩散通量分别为０．０３８—３．６５ｍｍｏｌ／（ｍ２·ｄ）和０．９６—２．５２ｍｍｏｌ／（ｍ２·ｄ）．培养结果说明充氮或充空气与加氯化汞或不加氯化汞对沉积物－水界面溶解无机氮的扩散通量没有明显影响．莱州湾底部营养盐的扩散通量与其它地区比较处于中等偏上水平．     

春季珠江口内营养盐剖面分布和沉积物-水界面交换通量的研究

2005年春季(4月)对珠江口内6个站位的营养盐剖面分布及沉积物-水界面的交换通量进行了全面研究。在获取该海域沉积物间隙水营养盐剖面资料的基础上,估算了沉积物-水界面营养盐的交换通量,并且与实验测定的沉积物-水界面交换通量进行了对比。研究结果表明,珠江口内间隙水营养盐在不同站位间含量差异明显,呈现出由河口向外海逐渐降低的分布趋势。对于大多数站位营养盐,交换实验得到的通量大于利用间隙水浓度梯度法估算的结果,交换实验具有更高的分辨率。应用交换实验测定的沉积物-水界面交换通量,体现了营养盐扩散和界面反应的综合作用结果。研究区域的NH4+,NO3-,NO2-,SiO44-和PO43-的交换通量分别为-1.318 4~0.985 4,-0.558 3~0.469 2,-1.518 8~0.143 8,-1.967 3~3.883 1和-0.246 4~0.093 9 mmol.d-1.m-2。     

于桥水库沉积物-水界面氮磷剖面特征及交换通量

于桥水库是天津市重要的饮用水源地,但近年来呈现富营养化加重趋势,而其内源负荷及污染分布特征尚不清楚.本研究利用Peeper(pore water equilibrium)技术获取沉积物-水界面氮磷剖面特征,分析于桥水库间隙水氮磷分布的空间差异;采集沉积物无扰动柱样分析沉积物中易释放态氮及磷的赋存特征,并利用原柱样静态培养法对其水土界面氮磷交换速率进行估算.结果表明:(1)沉积物中活性磷、氨氮、硝态氮和亚硝态氮的含量分别为0.5~6.5、0.5~10.9、2.2~16.2和0.05~0.6 mg·kg~(-1),在垂直方向随深度增加营养盐含量降低,而在空间分布上差异显著.(2)上覆水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N质量浓度较低,间隙水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N质量浓度远大于上覆水,表明于桥水库间隙水具有向上覆水体扩散营养盐的潜力.在垂直方向上间隙水中PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N具有在0~5 cm快速增加,之后表现出逐渐降低的趋势.(3)静态释放结果表明,PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N从沉积物间隙水扩散至上覆水中,其释放通量分别为1.1~13.3 mg·(m~2·d)~(-1)和20.6~250.5 mg·(m~2·d)~(-1);NO-3-N交换通量在-20.4~33.4 mg·(m~2·d)~(-1)之间,NO_2~--N交换通量在-7.4~0.4 mg·(m~2·d)~(-1)之间.PO_4~(3-)-P和NH_4~+-N为于桥水库主要的沉积物内源向上覆水释放营养盐,总体释放速率在空间上呈现南高北低、淋河口和水坝前较高的释放特征.与类似研究比较可知,于桥水库沉积物-水界面通量相对较高,表明沉积物是于桥水库上覆水营养盐的重要来源.     

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.     

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.     

胶州湾与大亚湾不同类型湿地对无机氮、磷的净化评估

为分析不同类型湿地对无机氮、磷（DIN和DIP）的净化能力,本文以胶州湾与大亚湾两个典型海湾为例,利用海水-地下水交互速率定量计算海湾湿地的净化能力。结果表明:胶州湾存有沙滩、泥滩、河口潮间带和潮沼4种典型湿地类型,不同类型湿地对DIN的净化能力排序为泥滩＞沙滩＞河口潮间带＞潮沼,对DIP的净化能力排序为沙滩＞泥滩＞河口潮间带＞潮沼,对DIN和DIP的净化能力分别为2.11×105～4.23×105 mol/d和4.29×102～8.22×102 mol/d,估算出由于填海造陆等人类活动导致脱氮量减少3.1～5.4 t/d。大亚湾主要有红树林泥滩、沙滩和泥沙滩3种湿地类型,不同类型湿地对DIN的净化能力排序为红树林泥滩＞沙滩＞泥沙滩,对DIN的净化能力为4.22×107 mol/d,并估算出由于大亚湾红树林泥滩和沙滩湿地面积的减少导致其脱氮量分别减少了1.33×102 t/d和0.81 t/d。     

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。     

基于MEA情景的长江流域氮平衡及溶解态无机氮通量:流域-河口/海湾氮综合管理

以长江流域氮循环为研究对象,基于千年生态系统评估框架下的4种情景,预测了2050年长江流域的氮循环在不同驱动因子作用下的未来变化趋势,并提出长江流域生态系统的优化管理的建议.研究结果表明,在1970—2010年期间,长江流域氮输入量增加了5倍,长江向河口输出的溶解态无机氮(DIN)通量增加了8倍,流域土壤中的氮已经达到饱和并且氮过剩量持续增加,流域对氮的截留率下降,水体输送的DIN通量增加,区域氮循环失衡问题日益严重.在千年生态系统评估框架下,预测在2050年,在采取积极措施的预测情境下,河流向河口和近海输送的溶解态无机氮通量将会比2000年有所下降,而在消极应对的预测情境下,河流向河口和近海输送的溶解态无机氮通量将会继续增加,从而加剧河口和近海地区水体的污染程度.非点源氮输入将是长江溶解态无机氮输出通量的主要来源,其中以化肥氮输入为主,其次为禽畜粪便氮输入,贡献率最低的是点源污水氮输入.情景预测及源解析研究表明,2050年长江流域-河口/海湾氮污染控制的重点在于减少长江下游-太湖流域、沅江-湘江-洞庭湖流域、赣江-鄱阳湖流域及岷江流域的化肥及畜禽粪便排放,2050年要实现长江水系水质全面达标,长江流域的氮输入量需要削减29%,其中长江下游-太湖流域削减40%,汉江流域削减43%,沅江-湘江-洞庭湖流域削减31%.从子流域尺度制定氮污染管理策略更适用于流域-河口/海湾系统框架下的综合管理.     

大亚湾沉积物磷的形态特征及其潜在可释放性

为了认知沉积物磷释放对海湾磷负荷的影响,本文以SMT分级方法分析了大亚湾表层沉积物中磷的形态结构,探讨了沉积物磷的释放潜力的时空性差异及其影响因素。结果表明,大亚湾沉积物中总磷（TP）的平均含量为429.65×10-6,无机磷（IP）、有机磷（OP）的平均含量分别为286.57×10-6和143.08×10-6,IP占TP的67.83%;IP以酸提取态磷（HCl-P）为主,HCl-P的平均含量为237.10×10-6,碱提取态磷（NaOH-P）的平均含量为56.13×10-6;生物有效磷（OP+NaOH-P）占到总磷的45.63%。大亚湾沉积物磷具有较高的释放潜力,并呈现出夏季高于冬季,近岸区域高于湾中心及湾口的变化规律。相关性分析表明,沉积物粒径、氧化还原电位及有机质含量（尤其是浮游藻类的自生有机质）对沉积物磷的释放潜力有较大影响。     

Distribution and spectral characteristics of chromophoric dissolved organic matter in a coastal bay in northern China

The absorption spectra of chromophoric dissolved organic matter(CDOM),along with general physical,chemical and biological variables,were determined in the Bohai Bay,China,in the springs of 2011 and 2012. The absorption coefficient of CDOM at 350 nm(a350) in surface water ranged from 1.00 to 1.83 m-1(mean: 1.35 m-1) in May 2011 and from 0.78 to 1.92 m-1(mean:1.19 m-1) in April 2012. Little surface-bottom difference was observed due to strong vertical mixing. The a350 was weakly anti-correlated to salinity but positively correlated to chlorophyll a(Chl-a) concentration. A shoulder over 260–290 nm,suggestive of biogenic molecules,superimposed the overall pattern of exponentially decreasing CDOM absorption with wavelength. The wavelength distribution of the absorption spectral slope manifested a pronounced peak at ca. 300 nm characteristic of algal-derived CDOM. All a250/a365 ratios exceeded 6,corresponding to CDOM molecular weights(Mw) of less than 1 kDa. Spectroscopically,CDOM in the Bohai Bay differed substantively from that in the Haihe River,the bay's dominant source of land runoff; photobleaching of the riverine CDOM enlarged the difference.Results point to marine biological production being the principal source of CDOM in the Bohai Bay during the sampling seasons. Relatively low runoff,fast dilution,and selective photodegradation are postulated to be among the overarching elements responsible for the lack of terrigenous CDOM signature in the bay water.     

大亚湾柱状沉积物中C、N、P的分布特征及其环境意义

对大亚湾典型柱状沉积物中C、N、P的含量及其分布特征进行了研究。结果表明,大亚湾柱状沉积物中C、N、P含量的变化范围分别为(0.48~1.53)10-2、(316.24~570.47)10-6 、(206.02~342.02)10-6 ,C与N的垂直分布具有由深层向浅层增加的趋势,而P含量随深度的增加而增大。根据沉积物中TOC/TN比值及两者的相关性,可以判断沉积物中有机质一直以陆源输入为主,其比值垂向变化主要受控于TOC含量的变化。另外,沉积物中TN和TN/TP的垂直变化也和近年来大亚湾水体中营养盐含量的变化相一致。低沉积速率是导致大亚湾沉积物中各生源要素埋藏通量小的主要因素。从20世纪80年代中期开始,随着沿岸工农业的快速发展和排污的增加,TN和TOC的埋藏通量有所增加;近年来,随着治污措施发挥作用,TN和TOC的埋藏通量有所降低,大亚湾的整个生态环境有所改善。     

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。     

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。