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《中国海洋大学》 2010年
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沉积物—水界面交换和黄河输入对渤海营养盐的影响

李玲伟  
【摘要】:随着环渤海地区经济的迅速发展,渤海海域环境质量日益恶化,富营养化和赤潮等自然灾害频繁发生。渤海作为我国唯一的内海,其在经济社会发展中具有重要的意义。本论文分析了渤海海域水体及沉积物中营养盐的分布及其影响因素;采用受控培养实验方法研究了沉积物-水界面营养盐的交换通量及其对渤海营养盐的影响;运用成岩模型对沉积物间隙水中营养盐的分布进行模拟,阐明了底界面营养盐交换的主要影响因素;对黄河下游营养盐月分布及入海通量进行分析,认识黄河输入对渤海营养盐的影响。 渤海水体营养盐的分布特征显示:河口和近岸区营养盐浓度较高,中部海区浓度则相对较低。与其它海域相比渤海铵态氮占溶解无机氮的比例较高,主要由于工业废水、生活污水的排放及农业生产中氮肥的流失所致;渤海营养盐绝对浓度可以满足浮游植物生长的需要,但从Si/N/P比值来看,存在明显的P限制,且莱州湾的P限制更为明显;对1982~2008年间渤海溶解无机态营养盐的分析得出,NH4+、NO3-、NO2-及DIN均呈现不同程度的上升趋势,而PO43-和SiO32-则呈下降趋势,工业废水、生活污水的排放及农业生产中氮肥的流失是导致渤海溶解态氮浓度升高的主要原因;渤海磷酸盐主要来源于大气沉降和河流输入,由于随降雨径流侵蚀进入水体中的可溶性磷酸盐数量微少,故渤海磷酸盐的浓度呈降低趋势;黄河径流量的减少使主要由风化过程产生的硅酸盐的入海通量降低,导致渤海SiO32-浓度下降。 从化学结合形式出发,对渤海中南部海域沉积物中有机碳、氮、磷及生物硅的含量进行分析,讨论了各生源要素的分布特征及其影响因素。结果表明:受陆源输入的影响,表层沉积物中各形态氮、磷及有机碳均呈现“近岸高,远岸低”的分布趋势,生物硅的含量分布则与海区浮游硅藻的分布趋势相一致;可交换态氮是总氮中较活跃的部分,约占总氮的3.7%;固定态铵是总氮的主要组成部分,约占总氮的38%,其主要与有机质含量及粘土矿物组成有关;渤海表层沉积物中OC/BSi、ON/BSi以及OP/BSi的原子比分别为2.38、0.19、0.03,低于Redfield值;渤海表层沉积物中OC/ON平均值为13.2,通过对陆源输入和海洋自生有机质含量的估算得出,渤海表层沉积物中有机碳及有机氮均以陆源输入为主;柱状沉积物中OC/ON比值在6.0~14.0之间,且在5cm以浅比值略有减小,说明沉积物以某种形式富集了ON。 对渤海沉积物-水界面营养盐交换通量的研究结果表明:沉积物是NH4+、DIN、PO43及SiO32-的源,是NO3-的汇。沉积物向上覆水中释放磷可在一定程度上缓解水体中浮游植物生长所需的磷酸盐限制,而溶解无机氮和硅酸盐向上覆水中的迁移则增加了渤海的氮、硅负荷;利用成岩模型对沉积物间隙水中的营养盐进行模拟,分析得出硝化速率、反硝化速率常数、有机氮含量及其分解速率常数、自生磷矿物的形成、硅质成分的溶解速率常数、生物扰动及沉积物孔隙率等因素影响沉积物-水界面营养盐的交换;进一步分析表明,渤海夏季沉积物-水界面释放的DIN、PO43和SiO32-分别可以提供渤海夏季初级生产所需氮的10%,磷的1.1%,硅的10%。 2008年11月~2009年12月,黄河下游营养盐月入海通量表现出丰水期高、枯水期低的分布特征,调水调沙短短不到一个月的时间输送的营养盐入海通量占2009年入海总量的40%以上,输沙量高达79%;2009年调水调沙引起黄河下游NO2-和NH4+浓度降低,NO3-、DIN、DON、TDN及TDP浓度略有升高,PO43和SiO32-浓度明显升高,DOP浓度在调水调沙期间呈现阶段性的波动变化;而调水调沙对黄河口附近海域营养盐分布的影响为:NH4+、NO2-、NO3-、DIN、TDN、PO43-、TDP及SiO32-浓度均有不同程度的升高,DON和DOP的浓度没有明显变化,N/P比值下降,Si/N比值升高;与沉积物-水界面营养盐交换相比,黄河输入的NO3-对渤海营养盐负荷贡献较大,高达27%,DIN和SiO32-的输入对渤海营养盐亦有较大贡献,而黄河输入的NH4+、NO2和PO43-对渤海营养盐负荷的贡献较小;与20世纪80年代相比,21世纪以来黄河下游DIN浓度明显升高,主要与黄河流域人口数量的增长以及氮肥施用量的增加等因素有关,DON、PO43-浓度呈波动性变化,DOP和SiO32-浓度均呈现降低趋势;通过对2001~2009年间黄河下游营养盐年入海总量的分析得出,2004年以前DIN、TDN及SiO32-的入海通量呈升高趋势,2009年由于径流量的减少通量略有降低,DON入海通量呈波动性变化,2003年入海通量最小(0.11×109mol),2004年有最高值(1.04×109mol);PO43入海通量呈升高趋势,DOP入海通量在2003年前呈升高趋势,随后通量降低;2001~2002年间TDP入海通量较低,2003年有最高值(11.95×106mol),随后通量又略有降低。
【学位授予单位】:中国海洋大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:P734.2

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