（海洋化学专业论文）长江口及其邻近水域碳、氮、磷的时空分布.pdf

长江口及其邻近水域碳、氮、磷的时空分布 长江口及其邻近水域碳、氮、磷时空分布 摘要 生源要素的循环是整个生物圈物质和能量循环的重要组成部分，认识碳、氮、 磷的分布、迁移和转化规律对研究生源要素的生物地球化学循环具有重要意义。 本文对2 0 0 7 年2 月、5 月、8 月和1 1 月在长江口及其邻近水域所设的4 0 个站位 的采样数据进行分析，探讨了调查区域各形态碳、氮、磷的时空分布特征，阐述 了生源要素各形态之间的相互关系及影响其分布的因素，并研究了碳、氮、磷时 空分布的差异性。研究结果如下： 长江口不同季节溶解态有机碳( d o c ) 有其各自的空间分布特征，近岸区域 d o c 高值区的出现，是陆源输入与生物活动共同作用的结果。各季节颗粒态有 机碳( p o c ) 随离岸距离的增加而降低，口门附近南部水域存在高分布区，河道和 最大浑浊带p o c 的含量显著高于近海，p o c 分布主要是受长江入海悬浮物南向 运输的影响。 长江口水域有机碳主要以溶解态为主，而溶解态碳中溶解态无机碳占优势， 水体中碳的有机态和无机态的分配具有稳定性。长江口有机碳在各断面分布均有 不同程度的层化，且水深低于1 0 m 浅水区浓度梯度变化高于深水区。 长江口表层d o c 与盐度多呈显著负相关关系，5 月和8 月随水温的升高， 生物活动的增强，温度与d o c 相关关系显著。长江口水体中p o c 与悬浮颗粒物 含量具有显著正相关关系。悬浮物的吸附、解吸及再悬浮等行为促进了p o c 与 其他形态碳的转化迁移。 长江口溶解态有机磷( d o p ) 含量由河道向外海递减，这是长江径流输送大量 有机物的结果。各季节溶解态磷( d p ) 与d o p 的分布规律相似，d p 的变化是由 d o p 的变化引起的。长江口颗粒态磷( p p ) 含量随着离岸距离的增加而降低。 长江口溶解态氮( d n ) 的含量近岸高于远岸，受径流输入影响显著，且溶解态 无机氮( d 玳) 在d n 中起主导作用。生物活动将无机氮转化为有机氮，直接影响 溶解态有机氮( d o n ) 的水平分布。颗粒态氮( p n ) 的分布具有明显的季节性变化特 征，由夏季到春季，p n 高值中心由调查区中部偏南逐渐移至口门附近。 长江口及其邻近水域碳、氮、磷的时空分布 长江口d p 在总磷( 1 1 p ) 中占主导地位，且表层d p 胛值大于底层。d n 在长 江口各水域总氮( n d 中均占主导地位。河道和最大浑浊带水域d o n d n 值低子 5 0 ，近海区d n 则以d o n 为主。 不同季节，环境因子与氮磷的相关关系不同。长江口水体氮、磷与盐度、 c o d 相关关系显著。氮、磷从河口到外海的转移过程中，其浓度逐渐被海水稀 释，物理的混合作用占主导地位，但在高生产力区亦存在明显的生物转移。 关键词：长江口：时空分布：生源要素 l l 长江口及其邻近水域碳、氮、磷的时空分布 t e m p o r a la n ds p a t i a ld i s t r i b u t i o n so fc a r b o n ，n i t r o g e na n d p h o s p h o r u si nt h ec h a n 萄i a n ge s t u a r ya n da d j a c e n ts e a a b s t r a c t t h eb i o g e n i ce l e m e n tc y c l e sa r ei m p o n a i l tp a l r t so fm a t e r i a l e n e r g yc y c l e si nt 1 1 e 、h o l eb i o s p h e r e ，s 0i ti so f 舒e a ts i 9 1 1 i f i c 锄c et oa c q u i r ek n o w l e d g ea b o u tt h e d i 鲥b u t i o n s ，t r a n s p o r t a t i o n sa 1 1 dt r a n s f o 肋a t i o n so fc a n 0 n ，n i t r o g e na n dp h o s p h o m s i nt 1 1 ep r e s e n tt l l e s i s ，t l l et e m p o r a l 一印a t i a ld i s t r i b u t i o n so fc 砷o n ，i l i 仃( ) g e n 锄d p h o s p h o m s ，a 1 1 d l e 础u e n c e so f 也ee n v i r o l l l l l e n t a lf a c t o r si nt h ec h a l l 西i a l l ge s t u a r y a 1 1 da d ja c e n ts e aa r ed i s c u s s e d b a s e do nt h ef o u rs e a s o n a l 咖e y sd 嘶n g2 0 0 7 t h e m 萄0 rr e s u l t sa r e a sf o l l o w e d ： t h e s p a t i a ld j s t r i b u t i o no fd i s s o l v e do r g ；a n j cc a r b o n ( d o c ) h a ss e a s 0 n a l c h a r a c t e r i s t i c si nt l l ec h a n 西i a n ge 咖a d ，1 1 1 ea p p e a r a n c eo ft 1 1 ed o cm a ) 【i m u mi i l t h ei n s h o r ea r e ad o e s n to n l yr e l a t et ot 1 1 em n o 行i n p u t ，b u ta l s ot ot h eb i o l o 舀c a l b e h a v i o r - t h ep a n i c u l a t eo 唱蛐i cc a r b o n ( p o c ) c o n c e i l 缸a t i o nd e c r e a s e sw i mi n c r e a s i n g o ft h eo 口s h o r e d i s t a n c e ，a n dt l 】e 场g hv a l u ed j s t r i b u t i o ni sl o c a t e di n 也es o u t l la r e at o t 1 1 ee s t u a 咖em o u t l l ，t h ep o cc o n c e n t r a 土i o nb o t l li nt l l ec h 籼e la n dt l l em a x i r n u m t u 】r b i d i t ) ，z o n ei ss i 印i f i c a n t l yh i 曲e rt h 柚栅c hi nt l l eo 佻h o r e ，t l l ep o cd i 嘶b u t i o n i sa 脏c t e db yt l l es o u t h e mt r a n s p o r to ft l l em n o f rs u s p e n d e dp a r t i c u l a t e s t h ed i s s o l v e dc 砷0 ni sm a i n l yc o m p o n e n ti nt h eo r g a n i cc a 而o n ，w 1 1 i l ei n o r g a l l i c c 袖o ni sp r e d o m i n a t ei nt l l ed i s s o l v e dc 砷o n n l ed i s t r i b u t i o no fd o ca n dd i s s o l v e d i n o 曙a n i cc a r b o n ( d i c ) a r es t a b l e s t r a t i 6 c a t i o nd i s t r i b u t i o no fo r g a n i cc a r b o n 印p e a r e s i nt h ev a r i o u sv e r t i c a ls e c t i o n si nt h ee s t u a d ，a i l dt h ec o n c e n t r a t i o ng r a d i e n to f o r g 狃i cc a r b o ni ns h a l l o ww a t e r s1 e s st h a n10 mi s 伊e a t e rt h a nw h i c hi nt h ed e e p w a t e r t 1 1 e r ei sas i g n i f j c a n tn e g a t i v ec o r r e l a t i o nb e t w e e ns u r f a c ed o ca n ds a l i l l i t ) ，i n t h ec h a n 西i a l l ge s t u a r y t e m p e r a t u r eh a ss i g n i n c a n tc o l l r e l a t i o nw i t hd o cb o t hd u r i n g m a ya n da u g u s t ，w i t ht e m p e r a t u r ei n c r e a s e da n db i o l o g i c a la c t i v i t ye n h a n c e d ，t h e p o cc o n t e n ti s $ g n i 6 c a n t l yp o s i t i v ec o r r e l a t e dw i t hs u s p e n d e dp a n i c u l a t ea m o u n ti n t h ea l i e a t h ea d s o r p t i o n ，d e s o r p t i o na n dr e s u s p e n s i o no fs u s p e n d e dp a 九i c u l a t e s 长江口及其邻近水域碳、氮、磷的时空分布 p 1 o m o t 咖s f o 册a t i o n sa 1 1 d 仃锄s p o r t sb e 铆e e np o c 柏do t h e rf o 彻so fc 衲0 n t h ep l e l l 哆o fo 唱a 1 1 i cn m o 行i 1 1 p u t sr e s u l t ei nd e c r e 弱i n g 仃i e n do fd i s s o l v e do 唱a 1 1 i c p h o s p h o n l s ( d o p ) c o n t e n t 舶mt l l ei n s h o r et om eo 仃- s h o r e n ed i s s o l v e dp h o s p h o m s ( d i p ) d i s t r i b u t i o ni ss i m i l 盯t od o p ，锄dt l l ed o p c o n t e n tc h a l l g e sl e a dt ot h ed p v 撕锄c e n ep a n i c u l a t ep h o s p h o r u s ( p p ) c 伽t e n td e c r e a s e s 谢t 1 1t 1 1 ei n c r e 商n go ft 1 1 e o 鼬o i i e d is _ t a l l c e d i s s o l v e d1 1 i n 0 9 朋( d n ) c o n c e n 仃a l j o ni nt l l ei n s h o r ei sh i g h e rt l l a nw 1 1 i c hi i lt l l e o 妇f s h o r e ，锄di ss i 鲥f i c a n t l ya 彘c t e db ym o 百i 1 1 p u t d i s s o l v e di l l o 唧i c1 1 j 仃o g e n ( d 聊 i sm ed o i 血a t ef o 肌i l ld i s l v 酣n i 廿o g 饥( d _ n ) n eb i o l o g i c 出b e h a v i o r ，c o n v e r s i l l g i 1 1 0 唱a i l i c1 1 i t r o g e ni n t oo 唱砌ci l i t r o g e n ，d i r e c t l ya 仃i e c tt 1 1 ed i s s 0 1 v e do 曙a i l i cn i 仃i ) 咎m ( d o n ) h o r i z o n t a ld i 矧b u t i 伽1 1 b ep 硎c u j a t ei l i 仃o g 踟( p d i 矧b u t i o nh a ss e a s o l l a l c h a r a 矧s t i c s ，t l l ep nl l i 曲v a l u ei nt l l es o u _ t h e mp a r to ft l l ec e n 砌s u n ，e yr e 舀o n m i 黜t o t 1 1 ee 删n em 伽t 1 1 丘鲫驯m m e r t 0s p 血g 1 1 1 ed i s s o l v e dp h o s 】p h o m si sp r 衄a d ，i nt 0 1 mp h o s p h o m s ，觚dt 1 1 ed p c o n t r i b u t i 册i l ls l l 正t c et pi sg r e a t e ft h 锄w l 五c hi n 也eb o m d i s s o j v e dn i 仃o g e n p l a y s ad o m i i l a t er o l ei l lt o t a ln i 仃o g 明t h em t i oo fd o nt od ni sl e s s l a l l5 0 ， o r g a 垃cf o 姗i sd 伽池a t ei i lt l l ed i s s o l v e d1 1 i t r o g e ni nt l l eo 臌1 0 r e t h ec o r r e l a _ c i o nb e 铆e e n 啊r o 砌e m a lf a c t o r sa n di l i 臼o g e n ，p h o s p h o m si s v 撕0 u si 1 1d i 航r e n ts e 弱o n s t h e r ea r es i 鲥五c 锄tc o 盯e l 撕0 n sb e 铆e e ns a l i i l i 吼c o d 锄dn i t r o g e i l ，p h o s p h o m s n i 们g e n 锄dp h o s p h o n 玛a r ed i l u t e db ys e a w a t e rd u r i n g t 1 1 e 砸n s f i e rp r o c e s s 丘o mt l l em o u t l lt ot l l eo p e ns e a a 1 1 dt 1 1 ep h y s i c a l 面x i n gi s p 托d o l l l i n a n ti 1 1t l l ep r o c e s s ，b 叭t 1 1 e r ei sa l s oa c l e a ri i l n u e n c eo f b i o l o 西c a l lt 啪s f e r si i l l l i 曲p r o d u 硝v i 哆a r e a s k e yw o r d s ：c h a i l 西i 锄ge s n 翰d r ；t e n l p o r a ja n ds p a t i a ld i s t r i b u t i o n ；b i o g e n i ce l 锄e n t 长江口及其邻近水域碳、氮、磷的时空分布 符号说明 缩写英文中文 d t cd i s s o l v e dt o t a lc a r b o n溶解态总碳 d 】cd i s s 0 l v e di 1 1 0 曙a n i cc a r t 0 n 溶解态无机碳 d o cd i s s o l v e do 唱a l l i cc 时b 伽溶解态有机碳 p o cp a n i c u 】a t eo 玛a 1 1 i cc 砷 颗粒态有机碳 悬浮物中所含 p o c 有机碳的质量分数 t n t o t a l n i 仃d g e n 总氮 d nd i s s o l v e dn i t n d g 即 溶解态氮 d o nd i s s o l v e do 娼锄i cn i n 0 9 朗溶解态有机氮 p np a n i c u l a t e1 1 i 仃o g 姐 颗粒态氮 d i nd i s s o l v e di 1 1 0 曙锄i ci l i 仃o g 溶解态无机氮 1 1 pt 0 t a lp h o s p h o n l s 总磷 d p d i s s o l v e dp h o s p h o m s溶解态磷 d i pd i 豁o l v e di 1 1 0 r 哲m i cp h o s p h o r u s溶解态无机磷 d o pd i s s o l v e do 唱a 1 1 i cp h o s p h o n j s 溶解态有机磷 p pp a n i c u l a t ep h o s p h o n l s颗粒态磷 s s a l i i l i t ) ，盐度 t t e m p e 咖 温度 s s s u s p e n d e ds o l i d 悬浮物 d od i s s o l v e do 巧g e n溶解氧 c o d c h e m i s n yo x y g e nd e m 锄d 化学需氧量 c h l 口 c h l o m p h y l l 口 叶绿素口 乃所 t u r b i d 时 浊度 1 0 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得或其他教育机构的学位或证 书使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：弛参两签字日期：伽歹年6 月彤日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权中国科学技术信息 研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公 众提供信息服务。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：猕互锅 签字日期：伽7 年6 月“曰 导师签字： 刮纽 签字吼夕哆年月缈日 长江口及其邻近水域碳、氮、磷的时空分布 o 刖舌 河口近岸区是陆海相互作用的耦合带，环境多变，作为生产力最高的水域， 生源元素来源丰富，生物地球化学过程十分复杂，与人类生活和经济发展关系密 切。目前，人们普遍关心河口区生物地球化学循环过程以及参与该过程生源要素， 如，c 、n 、s 、p 、o 和重金属等。 碳作为生命的基本元素，是生物圈物质和能量传递的关键，近几十年来，由 于人类大量使用化石燃料，二氧化碳气体排放量增加，产生温室效应、全球变暖 等环境问题，使全球碳循环备受关注。氮和磷是生物生长和繁殖的必需成分，是 海洋初级生产和食物链的基础元素。无机磷酸盐与无机氮在水、悬浮体和沉积物 之间交换，直接参与生态系统物质循环过程；有机氮、磷作为有机污染的重要组 分，其时空分布受到广泛的关注。 一 长江口是我国最大河口，位于黄海和东海的分界处，属三角洲河口。随着经 济发展，工农业废水及生活污水大量排放，使得水体碳、氮、磷含量不断增加， 长江口水域富营养化程度加重，已成为中国沿海赤潮的多发区。本文根据长江口 及邻近水域( 3 0 0 3 0 3 2 0 2 0 ，n ，1 2 1 0 0 07 1 2 3 0 3 0 ，e ) 2 0 0 7 年2 月、5 月、8 月和1 1 月四个航次综合调查资料，探讨水体中碳、氮、磷时空分布特征及其影响因素， 分析各形态碳、氮、磷与环境因子之间的关系。本文研究结果将为河口区碳循环 研究提供基础资料，为评价长江口水域富营养化问题和人类活动对长江口生态系 统的影响提供重要科学依据。 1 文献综述 1 1 生源要素的生物地球化学循环 作为咸淡水的交汇处，河口区生源物质的生物地球化学循环远比外海水体复 杂，该过程除了包括海洋水体循环中的所有过程( 海一气界面交换、水体中的垂 直运输、沉积物一海水界面交换等) 之外，还包括海水与淡水之间的物质和能量 交换。河口地区经济发达、人口密集，河口水质受人类活动影响很大【1 ，2 】，水体 中生物活性物质含量与海洋水体明显不同。基于上述原因，河口生源物质生物地 球化学过程不同于大洋主体水域，有其自身特点。 长江口及其邻近水域碳、氮、磷的时空分布 碳、氮、磷等生源要素循环是整个生物圈物质和能量循环的重要组成部分。 这些元素在生命活动的驱动下，通过物理过程和化学过程的交互作用，在地球上 不断迁移和转化，其存在形式、分布、浓度等随着时间和空间而变化。 海洋是碳的一个重要贮存库，海水中含碳量远大于大气的碳含量，较小的变 化将对大气中二氧化碳浓度产生很大的影响1 3 】。如，存储于海洋中的碳释放2 ， 将使大气中的二氧化碳含量增加1 倒4 】。海洋中的碳循环主要在真光层内完成， 其中光合作用固碳量的1 到达沉积物进入长期循环【5 j 。 海洋中氮足浮游植物初级生产必不可少的营养元素，海洋中的初级生产力很 大程度上依赖于浮游植物同化时可获得的氮源。各种来源的氮和磷，包括陆源输 入、浮游植物死亡、细胞物质、动物尸体及其排泄物，通过沉降和扩散运输到达 海底，同时发生水解、细胞自溶、微生物分解或降解等一系列生物地化反应，使 其中大部分有机氮还原成可被利用的无机氮形式重新进入营养循环【6 】。海洋中的 氨以多种形式出现，导致海洋生态系统中的氮循环成为一个复杂的过程。 磷是生命活动中不可缺少的营养物质，各种代谢都需要磷元素的参与，它在 海洋中的循环主要是靠生物作用进行，海洋表层水中的溶解磷几乎全部被海洋植 物吸收，海洋植物及动物死亡后最终以生物碎屑的形式沉入海底，在其沉降和到 达深层水的过程中，部分被分解、破坏，变成可溶组分又重新返回海水，而另一 部分生物碎屑则沉入海底，成为海底沉积物，从而离开了循环【_ 7 1 。通常情况下积 累于海底沉积物的磷酸盐不会再参与磷循环，所以在海洋中，尤其是寡营养的水 域，磷就成了初级生产力的重要限制因素。人类活动造成大量的磷进入水体就会 促使浮游植物迅速繁殖生长，导致水体的富营养化，晟后形成赤潮等灾难【引。 1 2 生源要素来源及判断方法 1 2 1 生源要素来源 河口区生源要素来源包括外部和内部。外部来源主要是陆地河流的输入和海 底沉积物的溶解及再悬浮作用。河口输送主要包括地表径流对土壤的侵蚀，其中， 化学侵蚀输送溶解态生源要素，机械侵蚀产生颗粒态生源要素。生源要素其它的 来源包括大气沉降，地下水的输送等。 2 长江口及其邻近水域碳、氮、磷的时空分布 关于生源要素河流输入问题，国内外海洋学家进行了大量研究。近岸海域捕 捉了近9 0 的河流输入的悬浮物及其所携带的碳、营养盐和痕量金属【9 1 。相关各 类的研究提到，全球河流每年向海洋输入约lg t 的碳，其中，有机碳占4 0 、 无机碳占6 0 1 1 0 1 ，其中，无机碳有4 5 以溶解无机碳形式存在【l l 】。多数河流输 送的生源要素中部分以颗粒态形式迁移。其中，总氮通量中颗粒态氮占半数以上， 总磷通量中，颗粒态磷约占8 0 【1 2 1 。林晶等( 2 0 0 7 ) 【1 3 1 研究发现：2 0 0 3 ，2 0 0 4 年 长江的d o c 通量分别为1 3 2 1 0 6 t 和1 2 0 1 0 6 t ，p o c 通量分别为2 6 9 1 0 6 t 和 1 6 3 1 0 6 t ，约7 6 的总有机碳在洪季输送入海，组成以颗粒态为主。增江流域 颗粒有机碳的输出通量为0 8 3 1 0 6 9 k m 五a 1 ，其中来自土壤的颗粒有机碳通量 为o 2 2x 】0 6g 1 ( n 1 乏a 1 【1 4 1 。 人类活动对氮源影响主要包括农田氮肥的流失，生活、工业区的排污等。晏 维金等( 2 0 0 1 ) 对长江流域的氮的输入、输出和平衡的生物地球化学循环进行了 研究，认为随着农业发展，长江流域化肥的使用量增加，是长江输送无机氮通量 上升的一个主要因子。孙丽华( 2 0 0 3 ) 【1 6 1 对南涌河、王母河和龙岐河水中的生源要 素研究发现，n 0 3 。是无机氮的主要存在形态。 水体中磷营养盐主要来源于生活区的排污，其次是农田磷肥的流失。九龙江 总磷入海通量为1 4 7 1 0 3 t a ，其中溶解态占2 9 ，颗粒态占7 1 【1 7 】。张经 ( 1 9 9 6 ) f 1 8 】对中国主要河流中磷的入海通量进行了估算，鸭绿江、大辽河、滦河、 黄河、长江、岷江、九龙江和珠江中磷的入海通量分别为1 3 1 0 6 ，1 6 】1 0 6 ， 2 1x1 0 6 ，1 4 8 1 0 6 ，5 2 9 1 1 0 6 ，4 7 1 1 0 6 ，5 1 1 0 6 暑铂2 3 7 3 1 0 6m o lv r 。 生源要素的内部来源主要与生物过程密切相关，如浮游植物的光合作用、细 胞溶解和藻类分泌，浮游动物捕食、排泄及其尸体自溶等。另外，通过物理化学 过程凝聚转化和通过非生命过程破碎细菌降解转化，也是河口生源物质重要内部 来源。 1 2 2 河口生源要素来源的判断方法 一般而言，在河口自然环境系统内，不同来源的有机质中，其化学组分和稳 定同位素组成特征会存在显著差异1 9 2 0 1 。用来判断河口生态系统有机质来源的方 法包括分子示踪法1 2 l 】、稳定碳同位素法1 2 2 t 2 3 】及c n 法1 2 4 瑚。 长江口及其邻近水域碳、氮、磷的时空分布 1 2 2 1 分子示踪法 分子示踪法是根据生物体死亡后分子标志物在沉积埋藏作用及早期成岩作 用过程中，受到微生物作甩、埋藏作用、无机催化作用的影响，经过复杂的物理 化学反应，最终生成稳定的有机化合物。该化合物与对应的生物源前身有一定的 结构联系或相关性，从而具有指示环境与物源的作用。分子标志物主要包括正构 烷烃、脂肪酸、醇类、多环芳烃等。李文权等( 1 9 9 9 ) 【2 6 】采用脂肪酸作为标志物， 判断大亚湾颗粒物中有机物质主要源于浮游生物。用于研究有机碳来源的分子标 志物很多，但仅从生物化学角度去解析样品中长链正构烷烃的成因比较困难。由 于这种不确定性，一般多是采用2 种或2 种以上分子标志物探讨有机碳来源。 1 2 2 2 稳定碳同位素法 稳定碳同位素法最早出现于1 9 3 9 年，不同来源的有机质具有不同的6 1 3 c 典 型值，即6 1 3 c 值具有反映有机质生物群来源的能力，常被用来作为海洋或河口 环境中有机物质来源的示踪剂。研究结果显示，海洋有机碳6 1 3 c 值为2 0 1 0 0 ， 而陆地有机碳的6 1 3 c 值约为2 5 1 0 0 。 不同来源有机碳的同位素组成有相当程度的交叠性【2 ，造成同位素组成发生 不同程度的改变【2 7 】。比如海藻产生的有机碳中6 1 3 c 值随河口区可利用的d i c 的 变化而变化1 2 8 】，特别是不同植物光合作用产生的碳源已被认为是决定海洋与陆地 植物间6 1 3 c 值差别的主要因素。稳定碳同位素法经常与分子示踪法结合使用， 来分析有机碳来源。 1 2 2 3 碳氮比 碳氮比是用来分析判断沉积物中有机物来源的一个重要依据【2 9 1 ，由于陆源输 入的有机物碳氮比通常要高于海洋中有机物碳氮比，所以该法常被定性的鉴别河 口有机碳的来源。m i l l i m 锄( 1 9 8 4 ) 【2 4 】对长江口附近海域有机碳来源研究表明：悬浮 物c n 1 2 时，有机碳来源于陆源；c n 8 时有机碳主要是海生。李学刚等 ( 2 0 0 5 ) 【2 9 】通过测定胶州湾沉积物中o c ：t n ，判断胶州湾湾内和湾口沉积物中的 氮主要是陆源，湾外的氮主要是自生。w u ( 2 0 0 3 ) 1 3 0 】根据稳定碳和氮同位素比值， 通过组分混合平衡计算，估算了不同有机碳来源的相对贡献，研究结果显示，距 离长江口2 5 0 公里的东海，自长江酌陆源输入仍占主导地位。蔡德陵( 1 9 9 2 ) 1 2 2 1 4 长江口及其邻近水域碳、氮、磷的时空分布 运用稳定性同位素法( 6 1 3 c ) 与碳、氮比两种方法来判断长江口区的颗粒有机物来 源，两种方法得出的结论一致。 1 3 生源要素在河口最大混浊带转化、迁移过程 河口区通常具有一个颗粒物浓度异常高的宽范围地区，称为河口最大混浊 带。在咸淡水交汇区最大混浊带是潮汐河口的普遍现象。最大混浊带主要特征是 盐度介于3 2 0 ，含沙量明显高于上游和下游地区，水体透光性较弱，对各种化 学元素具有“过滤”作用。 最大浑浊带的存在使河口有机物的运输、搬运复杂化。最大浑浊带中大部分 颗粒物是由河流输送的陆源物质【3 l 】。通过光照强度控制初级生产力，并提高吸附 在悬浮物上的细菌氧化有机物的能力，有利于物质的吸附解析过程。最大浑浊带 中活跃的沉积物再悬浮作用导致d o c 向上覆水释放，p o c 在最大浑浊带中滞留 时间较长也会增加d o c 的释放量。因此，最大浑浊带会过滤河口的p o c ，d o c 可以逃脱这种过滤作用。研究结果显示：d a n u b eb 1 a c ks e a 的d o c 在最大浑浊 带基本保持恒定，而p o c 随盐度的升高而降低1 3 2 】；b o d i n e a u ( 1 9 9 8 ) 1 3 3 1 在研究s e i n e 河口最大混浊带时指出在咸淡水混合时离子强度增加，有机、无机离子通过凝聚、 沉淀形成颗粒，而且在再悬浮过程中，间隙水中的d o c 释放增加，同时颗粒物 粒径变大；对鸭绿江口的d o c 的研究表明，在最大混浊带中的p o c 可转化为 d o c ，d o c 的浓度最高1 3 4 1 。 在河口最大混浊带往往出现无机氮，磷的高值区【3 5 1 ，这是因为最大浑浊带光 照不足，降低了浮游植物初级生产能力，营养盐消耗少，另一方面无机氮磷通过 化学反应( 如解吸) 来实现再生，在比较强的潮汐动力条件下，颗粒物的存留时间 增加，特别是通过反复的沉积一再悬浮循环过程，颗粒物与不同性质水团接触， 促使有效态元素从颗粒表面释放；同时，在最大浑浊带，通过沿岸排污造成水体 中有机物含量丰富，并存在丰富的微生物，微生物的活动促进了有机质降解，有 机态通过一系列转化成无机态1 3 引。 1 4 人类活动对生源要素影响 1 4 1 近岸排污 长江口及其邻近水域碳、氮、磷的时空分布 近些年，随着沿岸经济发展，农业灌溉、工业污水及生活用水排放增加，使 河口生源要素尤其是氮、磷含量剧增。韦蔓新等( 2 0 0 1 ) 【3 7 】研究发现，北海湾夏季 t p 、1 1 ) p 和d o p 的高值区均出现在排污影响较大的沿岸海域。研究结果显示： 由于生活用水及工业废水排放，李村河口及大沽河口区域的孔隙中，总磷含量出 现高值【3 8 】；1 9 9 5 年厦门西海域，年纳污量估计达1 7 1 0 8t ，t p 输入量相当于 4 6 2t ；1 9 9 0 1 9 9 6 年，烟台近海磷的年入海通量平均增长率1 6 5 ，与人口， 洗涤剂使用，磷肥有显著正相关关系1 3 9 】；1 9 8 0 年青岛市区工业废水排放量为 7 0 2 1 0 6t a ，生活污水1 3 3 1 0 6 妇，至1 9 8 7 年废水总量增加到1 4 5 6x1 0 6t 【4 们， 造成了邻近海域营养盐的浓度及结构发生了重大变化。 1 4 2 水利工程的修建 目前，国外众多学者对河流上游兴建水利设施造成生源要素的生物地球化学 变化及对生态系统产生的影响作了大量研究。大坝的截流改变了水体的水文水力 学特性，延长水体停留时间，影响了水体中颗粒物沉降速率【4 1 1 。g a n l i e 一2 】于1 9 9 3 ， 1 9 9 4 和1 9 9 5 年连续三年在法国塞纳河上游的三个大水库进行调研，发现水库对 总磷的拦截小于对磷酸盐的拦截，其中被拦截的磷中有6 0 通过沉积、生物吸 收或吸附到悬浮物物上而损失。c o l l i e r 等( 2 0 0 0 ) 【4 3 】发现筑坝导致河流日流量急剧 变化，影响其水动力条件。长江上游三峡工程的兴建一】一定程度上加剧了长江中 下游营养盐氮磷比上升的趋势，总磷含量大幅度降低【4 5 1 。张恩仁等( 2 0 0 3 ) 【4 4 1 分析 三峡库区对长江n 、p 截留效应的模型，结果显示，在现有营养盐通量的基础上， 三峡水库蓄水后发育出的水库生态系统可将上游输入的1 3 4 2 的溶解无机 磷转化为颗粒态有机磷。 1 5 生物活动对生源要素影响 生物活动在生源要素循环中起重要作用：浮游植物通过光合作用摄取水体中 二氧化碳，将无机磷和无机氮转化为颗粒有机态，海洋生物代谢过程中产生排泄 物，个体死亡后最终以颗粒态形式沉向海底的生物碎屑，底栖生物扰动造成生源 要素重新返回海水，这些生物活动对生源要素的地球化学循环产生重要影响。 1 5 1 藻类对氮、磷的利用 6 长江口及其邻近水域碳、氮、磷的时空分布 浮游植物初级生产过程中，按一定比例消耗磷酸盐和硝酸盐。有机氮作为藻 类生长氮源，被藻类直接或间接利用，对藻类生长起到维持和促进作用1 4 6 1 。张青 田等( 2 0 0 5 ) 【47 j 指出浮游植物对不同形式的氮转化率不同，无机磷对藻类增殖的影 响强于氮，容易成为限制因素。海水中尿素的主要来自动物排泄物以及细菌对一 些有机氮化合物( 嘌呤、嘧呤、氨基等) 的降纠4 8 1 ，在近岸海水中，即使一些无机 形态的氮浓度很高，尿素仍优先被浮游植物利用【4 9 1 。 浮游植物不仅可以利用无机磷，还可以利用溶解有机磷( d o p ) 【5 肛5 2 1 和颗粒磷 ( p p ) 【5 3 ，5 4 1 。黄邦钦等( 1 9 9 6 ) 【5 1 】认为同一时间，同一地点浮游植物对不同d o p 化合 物利用能力不同，如1 9 9 3 年1 1 月浮游植物对甘油磷酸钠和卵磷脂利用能力较强； 随着d o p 浓度升高，对浮游植物吸收3 2 p 抑制百分率多数呈增大趋势。不同研 究地点，浮游植物对d o p 利用能力不同，对d o p 吸收贡献率也不同1 5 5 】。 1 5 2 动物代谢 海洋动物代谢产生的溶解态营养盐，是海洋初级生产力重要营养盐来源。存 在于海洋表层的浮游动物，每天有3 5 6 0 的磷以无机形式排出体外，其排 泄物中的营养盐是供浮游植物生长的无机营养盐来源之一1 5 6 l 。中型浮游动物在大 陆架水域排泄的无机磷相当于浮游植物需要量的1 5 ，在湾流区达6 0 ，在浅 海湾仅为6 f 5 7 1 。双壳贝类系在沿岸氮生态系统中的能量流动和物质循环中起着 重要的作用：在双壳贝类的氮排泄中，n 地+ 含量占主导地位，氨基酸含量其次， 尿素、亚硝酸盐和硝酸盐也有检出1 5 8 】。 1 5 3 细菌分解 细菌在海洋生态系统中扮演着多重角色( 分解者、转化者、储存者和生产者) ， 具有多种功能( 固氮、脱氮、固碳、硫化物氧化等) ，与自然界中的碳、氮、磷、 硫和微量元素铁等循环关系密切。海洋异养浮游细菌在海洋生态系统中的主要作 用是对有机质的降解和利用。异养细菌一方面利用环境中有机物，促进无机营养 盐再生；另一方面利用水中溶解有机物合成菌体加入食物链1 5 9 1 。水体中异养浮游 细菌受溶解有机碳限制时，异养细菌可利用溶解无机氮和溶解无机磷作为氮源和 磷源。6 0 6 1 1 。异养细菌对无机赫的吸收利用在营养盐的循环中起着非常重要的作 用。 长江口及其邻近水域碳、氮、磷的时空分布 细菌在p o c 叶d o c 转化中发挥重要作用。大量聚生细菌，产生的外水解酶， 促进颗粒物的分解和破碎f 6 2 1 。附着在颗粒物上的细菌将p o c 转化为d o c ，而后 者又被自由生活的细菌同化，成为胶体粒度级的p o c ( 细菌本身) 。c h o 和 a 瑚( 19 8 8 ) 【6 2 j 在北太平洋和s a l l t am o 墒c a 海盆两个观测站研究发现：在涡旋和 海盆海区，自由生活的细菌担当了颗粒物质分解的中介物，通过分解大颗粒p o c ， 使易沉降的颗粒物大量转变为粒度较小的非沉降性颗粒物，这大大改变了真光层 的新生产量。 异养细菌在氮元素的地球化学循环中扮演着重要角色。异养细菌倾向于利用 有机氮源( 如氨基酸) 和铵盐作为生长所需氮源，研究发现，异养细菌利用硝酸盐 的能力比人们以前认为的要高得多1 6 3 1 。细菌的生命活动促进各形态氮的转化和迁 移：细菌大量繁殖时期，吸收体系中的营养物质作为物质和能量来源，溶解无机 氮、溶解态总氮降低至最低值，生成颗粒氮和溶解有机氮：进入稳定期后，细菌 通过降解作用将颗粒氮和溶解有机氮转化为溶解无机氮，溶解无机氮和溶解态总 氮浓度回升，而颗粒态氮和溶解无机氮浓度则有所下斛6 4 1 。 新近研究表明，由于异养细菌具有生物量大、比表面积大、对营养物质的亲 和性高及拥有多种运输系统等特点，在利用溶解有机物的同时，对无机营养盐也 具有明显的吸收作用，可改变无机营养盐的含量和结构，在氮和磷的生物地球化 学循环中发挥着重要作用，并可与浮游植物形成对无机磷酸盐的竞争【6 5 】。胶州湾 异养浮游细菌对无机磷酸盐吸能力，除受温度的影响外，水体中有机质加入能明 显增强细菌对磷酸盐的吸收掣6 6 1 。细菌活动促进溶解态有机磷，颗粒态磷迅速转 化，无机磷即时动态补充1 5 。 水生生态系统中的有机物大多是以高分子聚合物的形式存在，细菌在生长过 程中可以通过一种或几种吸收系统吸收磷，以保证其在不同的生长条件下有效地 吸收磷来维持其自身生长，细菌比浮游藻类具有更强的对营养盐的利用能力6 7 1 。 细菌活动促进溶解态有机磷，颗粒态磷迅速转化，无机磷即时动态补充1 5 l j 。胶州 湾异养浮游细菌对无机磷酸盐吸能力除受温度的影响外，水体中有机质加入能明 显增强细菌对磷酸盐的吸收率l 鲫。 1 5 4 底栖生物。 8 长江口及其邻近水域碳、氦、磷的时空分布 大型穴居底栖生物活动影响河口潮滩沉积物水界面无机氮交换以及界面处 氮的生物地球化学循环。刘杰等( 2 0 0 8 ) 【6 8 j 认为，潮水淹没情况下，小范围内高密 度的蟹类活动可加强沉积物再悬浮，促进沉积物水界面溶质交换，使沉积物出 现三态无机氮的巨大释放。蟹类活动促进沉积物中有机氮的矿化和n h 4 + 的释放， 造成无机氮在沉积物中的剖面分布特征发生较大变化。在水动力较弱的时候，大 型底栖动物则会加强沉积物和上覆水体间的营养盐交换【6 9 】。此外，腐屑食性鱼类 通过摄食底质、碎屑促使沉积物中的生源要素再循环1 5 j 。 1 6 本文研究意义 长江是世界上第三大河，也是流入东海最大的河流，末端发育了我国最大的 冲积三角洲。除径流外，长江口水域受到黑潮、台湾暖流、苏北沿岸流等水系影 响，环境多变，生物地球化学循环影响因素复杂。 近年来，国内外学者对长江口及邻近水域生物地球化学循环进行了大量的调 查研究，估算了生源要素的通量及跨越陆架的有机质输送，分析了长江口及东海 陆架的生源要素的时空分布特征等。黄自强等( 1 9 9 7 ) 1 7 0 】对2 0 0 1 年春季黄海、东 海颗粒有机碳( p o c ) 进行研究，宋晓红等( 2 0 0 7 ) 探讨了p o c 、p n 时空分布与环 境因子的关系，钟霞芸等( 19 9 9 ) 、李峥等( 2 0 0 3 ) 1 7 2 ，7 3 】分析了长江口及邻近水域氮、 磷平面分布特征，l i u 等( 2 0 0 2 ) 1 7 4 】提出长江口水域氮、磷含量已超过海水评价标 准，呈富营养化状态。徐开钦等( 2 0 0 4 ) 5 l 认为长江水体中7 0 以上的磷是以颗粒 态形式存在，溶解态所占比例仅为1 0 2 0 。段水旺等( 2 0 0 0 ) 对大通站的多年调 研结果也显示颗粒磷是总磷的主要形式，占9 5 以上1 7 6 1 。黄自强等( 1 9 9 7 ) 1 7 0 】比 较了长江口冲淡水覆盖区域和外海区有机磷分布特征。以上研究探讨了长江口 碳、氮、磷的时空分布和通量、迁移和再生机制，但就长江口各形态碳、氮、磷 的时空分布、季节变化特征及其影响因素方面，还缺乏系统的研