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长江口潮滩氮、磷的潮汐循环与反硝化作用研究

胡玲珍  
【摘要】:沉积物污染、沉积物-水界面物质迁移转化等一直是国际环境科学领域中的热门课题,在评价沉积物对水生生态系统和人类利用这些资源的潜在危害性时,对沉积物再悬浮作用的研究尤为重要。再悬浮过程能阻截水生植物可利用的阳光,引起底部沉积物沿海底随潮流迁移并使悬浮泥沙沉降到港口和航道上;再悬浮过程促进了矿化速率和海底有机质向上覆水的迁移;影响到沉积物-水界面物质的迁移转化,促进沉积物中营养盐和污染物的释放,加剧水体的富营养化进程。与此相对,海陆界面过程中微生物的反硝化作用则能降低河口水体中N的负荷,减缓水体的富营养化进程。 本文以长江河口滨岸潮滩为研究对象,研究了N、P的潮汐循环和滨岸潮滩的反硝化作用。主要得到以下结论: 1.潮汐循环和季节变化不同程度的改变着潮滩水环境的地球化学参数,温度、盐度、电导率、DO、Eh以及PH等均表现出潮汐变化和季节差异。最大SPM浓度出现在涨潮初期;SPM有机质含量的季节差异比较大,与水深和粒度有显著负相关关系。春秋冬三季悬浮颗粒物的可溶性磷在涨潮初期均发生释放;春、冬铝磷含量受悬浮颗粒物吸附影响明显;春秋两季钙磷含量变幅比较小,夏、冬变化比较大;影响铁磷含量的环境参数随季节而变化。 2.潮汐过程中上覆水DIN含量不但受沉积物再悬浮的影响,也会受到涨落潮过程中咸淡水交换的影响。春、秋季涨潮过程中上覆水NO_3~--N含量均表现出上升趋势,但落潮过程变化趋势不同,春季下降,秋季上升;夏季潮汐过程中上覆水NO_3~--N的含量变化比较平缓,涨落潮过程中含量没有明显的升降规律,冬季NO_3~--N含量的变化比较复杂,相关分析表明再悬浮过程促进了沉积物中NO_3~--N的释放。潮汐过程中NO_2~--N含量变化比较复杂,表明NO_2~--N与NO_3~--N和NH_4~+-N的相互转化比较频繁。NH_4~+-N含量在春季和秋季潮汐变化趋势比较相似,涨潮初期20min内NH_4~+-N含量均下降,高平潮过程出现峰值,落潮过程含量下降,春秋两季涨潮初含量下降有可能是因为NH_4~+-N释放比较迅速(涨潮开始5min后进行第一次采样)、涨潮开始的几分钟内瞬时释放完成引起的; 相关分析发现秋季硝化作用是制约上覆水NH4十一N含量的主要因素;夏季和冬 季NH4十一N含量变化趋势在涨潮初期比较相似,开始20min内含量均上升,可 能是由于潮滩表层沉积物中新生成的NH4气N在涨潮的瞬间释放进入了上覆水。 分析认为,潮汐过程NH4十一N的释放受水深、盐度以及其它因子的共同控制。 分析比较了02、03年两个春季潮汐过程中各参数的差异,发现同一季节不同年 份各种参数的潮汐和季节差别相当大。配对t检验表明这两个潮汐过程中PH、 SPM含量、SPM的可溶性磷、铁磷和钙磷,以及上覆水DIP、NH4气N含量没 有显著差别,而DO、盐度、温度、电导率、Eh、悬浮颗粒物的有机质和铝磷, 以及上覆水NO3一N、NOZ一N之间则存在显著差别。 3.潮头水中SPM含量、SPM的无机磷含量和上覆水DIN、DIP浓度的变化表 现出地点的差异。沉积物中可溶性磷、铝磷、铁磷的释放是长江口潮头水DIP 含量的一个主要来源,可提取态N对上覆水无机氮含量没有明显影响。 4.同样的扰动条件对不同季节、不同潮滩沉积物一水界面营养盐交换的影响不 同,再悬浮过程不仅能改变沉积物源汇作用的强度,而且也能改变沉积物一水界 面DIN、DIP的交换行为。冬季扰动强度对CD、xP、QY点沉积物NH4气N释 放的影响最为明显;强扰动能促进LC沉积物N的释放,尤其对NO3一N的释放 影响更大;扰动可以促进QY沉积物中NO3一N的释放,但对GL沉积物营养盐 释放的影响比较小。春季,悬浮颗粒物的吸附作用降低了cD、QY点再悬浮过 程中沉积物营养盐释放的效果,虽然增加了上覆水NO3一N、NH4十一N含量,但 未能改变界面的交换方向;再悬浮能促进QY点沉积物NO3一N的瞬时释放,对 长期释放没有影响;LC点NO3一N、NH4气N以及GL点沉积物NH4十一N的释放 程度均由扰动强度决定,且LC点N玩气N的释放还受上覆水初始含量的影响; 扰动虽然大大促进了XP点沉积物N的释放,但没有改变整个界面的交换方向。 统计分析表明,春、冬季NH4十一N含量与SPM有显著正相关,表明扰动动能促 进长江口沉积物NH4十一N的释放:N氏一N含量在春、夏两季受SPM含量的影响, 冬季可能更多的受NH4气N含量的控制。扰动过程中潮滩水环境DIP本底值对 磷释放有一定的影响;春季长江口水体NO3一N含量和悬浮颗粒物的吸附作用是 影响DIP含量的两个主要因素。 5.03年7月长江口GL、cD、QY沉积物的反硝化速率在17.4一356林mol N·m一2·h一,,表现出一定的时空变化规律:北岸(QY)南岸(GL)崇明东 滩(CD),低潮滩中潮滩;CD沉积物反硝化速率表现为9月7月1月11 月。相关分析表明上覆水N伍一N浓度是控制长江口沉积物反硝化速率的主要因 子。模拟实验发现,上覆水N03一N浓度200协mol/L时,沉积物反硝化速率随 N03一N浓度上升而增加;盐度在0一巧编之间时,沉积物反硝化速率一直上升。 表明盐度对反硝化没有显著抑制作用,但增加盐度会促进微生物对有机质的降 解作用。 6.潮汐现场观测发现,若以PH和Do来做标准,潮汐水质仍属于一类或二 类;但


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