大亞灣水體和沉積物中營養(yǎng)鹽的賦存、循環(huán)及其交換特征.pdf

1、大亞灣是廣東省重要的水產資源繁殖保護區(qū)，其生物資源豐富、生境多樣，具有“低營養(yǎng)，高生產力”的顯著特點。近年來，隨著沿岸經濟的快速發(fā)展，大亞灣海洋生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展也越來越受到人們的重視。進行大亞灣水體和沉積物中營養(yǎng)鹽的賦存、循環(huán)及其交換特征的研究，可以為大亞灣生態(tài)系統(tǒng)的物質平衡和環(huán)境容量研究、海區(qū)監(jiān)測與評價和污染防治等提供依據，并為大亞灣管理提供理論指導，為海區(qū)生態(tài)動力學模型構建提供沉積物營養(yǎng)鹽釋放量的基確數(shù)據。 于2007

2、年4月和8月在大亞灣大面站位進行了一個年度兩次的調查，分別采集表層和底層水樣各54個、上覆水樣26個、表層沉積物和間隙水樣品各26個，對海域的環(huán)境特征以及表層沉積物與間隙水中營養(yǎng)鹽的形態(tài)分布、時空分布和環(huán)境意義進行了分析研究。根據表層沉積物間隙水與上覆海水溶解無機營養(yǎng)鹽的濃度差，利用間隙水濃度梯度法估算了沉積物—水界面溶解無機營養(yǎng)鹽的擴散速率。利用在DS12、DS15、DS17、DS20和DS28站采集的沉積物柱狀樣，于2007年4月和

3、8月開始2次模擬自然條件下沉積物—水界面溶解無機營養(yǎng)鹽的交換過程，采用非線性擬合法和線性回歸法計算了溶解無機營養(yǎng)的交換速率。同時，也利用在DS12、DS15和DS28站采集的表層沉積物濕樣模擬研究了其對磷氮的吸附行為特征。研究取得如下初步成果： 1.從水環(huán)境質量現(xiàn)狀看，4月大亞灣水質整體處于良好狀態(tài)，而8月水質處于輕度污染狀態(tài)，水質相對較差。從營養(yǎng)鹽結構現(xiàn)狀看，與Redfield值和Justic等提出的營養(yǎng)鹽化學計量限制標準比

4、較，氮已經成為大亞灣浮游植物生長的限制因子。 2.大亞灣表層沉積物理化性質的總體現(xiàn)狀為，沉積物基本呈還原狀態(tài)，含水率、有機質、硫化物和磷含量不高，而氮的積累較明顯。在表層沉積物理化指標背景值的基礎上對表層沉積物質量進行單因子評價，結果表明：總氮、總磷、硫化物和有機碳在灣北部和西部均呈輕度污染狀態(tài)，并且4月的硫化物在灣北部近岸海域處于污染狀態(tài)，其它海域為正常背景值區(qū)。綜合指數(shù)評價結果表明：4月表層沉積物在灣北部、西部處于輕度污染

5、狀態(tài)，并且灣北部近岸海域污染較重，8月份灣大部分海域表層沉積物均處于輕度污染狀態(tài)，其它海域為清潔狀態(tài)。 3.大亞灣表層沉積物中氮以有機氮為主，平均占75％以上?？赊D化不同形態(tài)的氮在表層沉積物中的含量分布規(guī)律為，SOEF—N的含量最高，IEF—N次之，SAEF—N含量最低，WAEF—N的含量介于IEF—N和SAEF—N之間。SOEF—N是可轉化態(tài)氮的絕對優(yōu)勢形態(tài)，IEF—N是可轉化無機氮的絕對優(yōu)勢形態(tài)。在可轉化態(tài)氮都能參與循環(huán)的

6、情況下，不同形態(tài)氮對循環(huán)的相對貢獻大小為：SOEF—N>IEF—N>WAEF—N>SAEF—N。相關分析表明，沉積物中有機質含量、粒度、氧化還原環(huán)境等是影響各形態(tài)氮含量與分布的重要環(huán)境因子。表層沉積物中各形態(tài)氮還與上覆水體NO3-—N、NH4+—N及葉綠素a大致呈正相關，表明浮游植物的生長與營養(yǎng)鹽含量和各營養(yǎng)鹽之間的比例有關。 4.大亞灣表層沉積物中磷以無機磷為主，占80％以上。無機磷可分為四種形態(tài)，其含量分布規(guī)律為，De—P

7、的含量最高，Ca—P次之，Ads—P含量最低，F(xiàn)e—P的含量介于Ads—P和Ca—P之間。沉積物有機質含量、粒度、沉積物的氧化還原電位以及含水率等都是影響沉積物中磷的形態(tài)及含量的重要因素。生物有效性磷的研究結果表明，沉積物中的Ads—P、Fe—P和OP等3種形態(tài)是大亞灣潛在的生物有效性磷，其占總磷的比例不足30％。 5.大亞灣表層沉積物間隙水中的溶解無機氮以NO2-—N為主要賦存形態(tài)，其次為NH4+—N，NO3-—N為最小。磷

8、酸鹽和硅酸鹽含量的空間分布總體趨勢是海灣西部、北部較高，而無機氮則總體表現(xiàn)出海灣西部、北部海域明顯低于灣東南部海域的分布趨勢，這與大亞灣水質情況、外源性污染分布情況及復雜的氮形態(tài)、磷形態(tài)轉換行為密切相關。大亞灣上覆海水和間隙水中DIN/DIP相近，均顯著低于海水中一般水生植物細胞和組織中氮磷原子比，也低于大亞灣多年平均值。沉積物中TN/TP和IN/IP均較低，并且IN/IP顯著低于YN/TP，ON/OP遠遠大于16，說明大亞灣上覆海水的

9、營養(yǎng)鹽結構已受到實質性影響。 6.4月和8月絕大多數(shù)站位的溶解無機營養(yǎng)鹽均由沉積物向上覆海水釋放；DIN的擴散速率主要由NO2-—N和NO3-—N貢獻，占85％以上；大亞灣沉積物氮磷釋放對上覆水營養(yǎng)鹽的影響磷大于氮。大亞灣沉積物—水界面PO43-—P、SiO32-—Si、NH4+—N、NO2-—N和NO3-—N的平均擴散速率分別為9.22、444.99、13.49、20.71、8.99μmol.m—2d-1。 7.兩

10、次交換模擬實驗PO43-—P、SiO32-—Si、NH4+—N、NO2-—N和NO3-—N均由沉積物向上覆水釋放，交換總量隨培養(yǎng)時間的變化為非線性或線性。大亞灣沉積物—水界面PO43-—P、SiO32-—Si、NH4+—N、NO2-—N和NO3-—N的平均交換速率分別為67.83、3978.17、42.24、15.11、383.80μmol·m—2·d-1。應用數(shù)理統(tǒng)計分析方法對所得交換速率與相應理化參數(shù)進行分析，結果表明：PO43-—

11、P的交換速率主要由吸附—解吸、間隙水分子擴散和氧化還原環(huán)境控制，SiO32-—Si的交換速率主要由溶解—沉淀和間隙水分子擴散過程控制，溶解無機氮的交換速率主要由間隙水分子擴散過程控制。與間隙水分子擴散模型計算結果相比較，兩者所得速率具有數(shù)量級的差異，這種差異來源與海灣生物擾動、浪流攪動等作用有關。相比較而言，柱狀樣實驗室培養(yǎng)法得出的交換速率更準確客觀。 8.根據溶解無機營養(yǎng)鹽在大亞灣沉積物-水界面的平均交換速率，并結合大亞灣的

12、面積，得到春、夏季溶解無機營養(yǎng)鹽的交換通量，為維持大亞灣春、夏季的初級生產力，春季海底沉積物-水界面交換過程可提供約9.69％的DIN、20.85％的PO43--p和97.87％的SiO32--Si，夏季海底沉積物—水界面交換過程可提供約9.13％的DIN、24.40％的PO43--P和75.48％的SiO32--Si。 9.大亞灣濕沉積物對磷的吸附動力學和等溫吸附實驗表明，吸附動力學過程和等溫吸附過程均可用Langmuir方