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《华东师范大学》 2004年
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长江口潮滩沉积物—水界面营养元素N的累积、迁移过程

刘巧梅  
【摘要】:长江口滨岸潮滩受潮汐、径流双重影响,是一个典型的海陆交互作用地带,其特有的河口过程及其特殊的地理位置在国际河口与海岸研究中占有重要地位。本文选择高强度作用下的城市化河口——长江河口滨岸潮滩为研究对象,以其自然环境变化特征为基础,运用现场测试与实验模拟相结合的方法,从环境地球化学的角度,对滨岸潮滩沉积物-水界面营养盐N的时空分布规律及早期成岩过程进行研究,并探讨了由潮汐循环引起的干湿交替过程以及底栖藻类等因素对界面营养元素氮交换产生影响的环境地球化学行为,取得了如下认识: (1) 应用Eh、Fe~(3+)/Fe~(2+)值和OC等环境特征指标,首次对长江口滨岸潮滩沉积物的氧化还原环境进行了研究,在不考虑沉积物OC含量时对长江口滨岸潮滩表层沉积物进行环境分区划分,结果表明长江口滨岸潮滩过渡区和咸水区的表层沉积物基本处在氧化或弱氧化环境中,其余采样点处在弱还原与还原环境中。 (2) 长江河口潮滩沉积物-水界面附近N的赋存形态和累积特征显示沉积物氧化还原电位Eh、可交换态氮以及上覆水营养盐的含量不同程度的影响沉积物孔隙水中NH_4~+-N和NO_3~--N+NO_2~--N的时空分布;沉积物中可交换态NH_4~+-N的时空分布与沉积物氧化还原状况有关,与TN呈显著正相关;潮滩表层沉积物中TN与OM在含量水平和地域分异上具有高度同步性,并与粘土含量呈良好线性正相关,其分布特征显示,局部排污、地表径流输入以及植物生长均会影响沉积物中TN的累积与分布。 (3) 利用Fick's第一定律,在综合考虑温度效应和沉积物颗粒弯曲效应的基础上,对沉积物-水界面间的营养盐氮的扩散通量进行了更为精确的估算。结果表明,NH_4~+-N主要由沉积物向上覆水体扩散,NO_3~--N+NO_2~--N主要自上覆水向沉积物中扩散,故沉积物是上覆水中NH_4~+-N的重要来源之一,同时是上覆水中NO_3~--N+NO_2~--N的重要蓄积库(汇);对其影响因素进行分析时发现沉积物孔隙水中NH_4~+-N的浓度是控制界面NH_4~+-N扩散通量的主要因素,上覆水和孔隙水之间NO_3~+-N+NO_2~--N的浓度梯度差是控制NO_3~--N+NO_2~--N界面扩散时空变化差异的主要因素。 (4) 潮滩柱样沉积物中溶解态氮与可交换态氮中NH_4~+-N为主要部分,剖 面变化比较复杂,而NO3一+N 02一则随着深度的增加含量迅速减少,反映有 机质降解反应主要是在缺氧或无氧环境下进行;沉积物中NH4+一主要以可交换 态存在,少量在孔隙水中以溶解态N风气N的形式存在;部分柱样可交换态 NH4十一与溶解态N场气N之间存在良好的线性正相关;所有分层样品中TN与 OM呈线性正相关;受粒度、有机质降解程度、沉积物氧化还原环境等影响,可 交换态NH4十一N剖面分布与T’N的分布并无多大联系。通过对典型剖面中孔隙水 NH4气N的早期成岩模式的研究,发现其地球化学过程主要受有机质的分解和粘 土矿物的吸附反应所控制,反应遵循一级动力学。 (5)在暴露一浸没对表层沉积物N影响研究中发现,崇明东滩表层沉积物可 交换态NH4十一N在暴露期间与沉积物水溶性盐分变化相一致,涨潮后NH4气N含 量明显升高,与此同时NO3‘一N含量出现极大值时间滞后于NH4十一N出现的时间; 在朝阳农场的潮汐循环研究中,发现受温度和有机质分解速率影响,夏秋季节表 层沉积物可交换态N践气N,随着暴露时间的增长,含量升高,冬季则随着暴露 时间的增长,含量逐渐降低,NO3一N则是暴露初和暴露末含量较高,暴露期间 含量较低。 (6)潮汐循环改变了潮滩水体环境的理化性质:在CM各环境因子之间相 关性都较好,除浊度外均呈现“U”型变化过程,而DH各环境因子之间相关性 较差,变化不相一致,盐度、电导率变化与CM变化相反,浊度较大;各采样点 营养盐随潮汐分别表现为,CM涨潮初期各形态N,出现明显的释放过程,而在 DH受来自高盐低营养的外海水与淡水混合影响,近底层水体在涨潮初期N场十-N 急剧下降,NOx一N缓慢下降;无论是在CM还是在DH,整个潮汐循环过程中 TIN与盐度呈显著线性负相关,与浊度呈正相关,这与整个长江口近岸水体的营 养盐负荷相一致。 (7)沉积物一水界面的底栖藻类效应是潮滩营养盐收支模型中的一个重要组 成部分。本文在考虑底栖藻类效应的基础上,对在不同光照和暴露条件下沉积物 一水界面NH4十一N的扩散通量变化进行了研究,研究发现光照暴露时间的长短影响 着沉积物一水界面N场气N的迁移交换。
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