（分析化学专业论文）黄东海沉积物中营养盐分布及交换通量研究.pdf

中国海洋大学硕士学位论文 黄东海沉积物中营养盐分布及交换通量研究 摘要 本论文基于2 0 0 8 年8 月在南黄海及东海北部采集的1 0 个表层沉积物样品和 6 个柱状沉积物样品，分别定量地描述了黄东海海区河口、近岸和中部海域表层 沉积物及五个柱状样品中t p 、t n 、i p 、i n 的分布及沉积物间隙水中硅酸盐 ( s i 0 3 s i ) 、磷酸盐( p 0 4 p ) 、硝酸盐( n 0 3 n ) 、亚硝酸盐( n 0 2 - n ) 和氨氮( n h 4 n ) 五种溶解态营养盐的分布变化特征，结合调查海区沉积速率，沉积物中营养盐含 量、含水率及不同沉积区的面积估算了不同类型沉积区氮、磷营养盐的埋藏通量； 选取四个沉积区代表站位柱状沉积物样品进行实验室沉积物水界面营养盐交换 通量培养实验，计算了各项溶解态营养盐的交换通量及对海区初级生产力的贡献 率。 营养盐在南黄海和东海北部沉积物及间隙水中分布特征： 间隙水中氮营养盐以高铵盐含量为代表分布特征。表层沉积物间隙水中 n h 4 一n 、n 0 3 n 和n 0 2 n 的含量范围分别为2 8 9 7 - - - 1 7 9 9 0 、1 7 l 2 7 2 9 、0 1 8 - - 2 8 3 l x m o l l 1 、s i 0 3 一s i 、p 0 4 p 的浓度范围分别为1 0 0 3 9 4 5 4 5 0 、1 4 0 7 4 3 7 5 t m o l l 。 其中p 0 4 p 、n h 4 n 的浓度东海北部明显高于南黄海，n 0 3 - n 浓度南黄海中部最 高约为其他海域的1 5 倍；s i 0 3 s i 浓度东海外海要高于南黄海及近海海域。 就间隙水垂直分布而言，n 瞰n 是氮的主要组分，间隙水中n i - h n 垂直分 布5 e r a 以浅随深度增加而增加，5 c m 以深随深度增加而减小；n 0 3 n 、n 0 2 n 含 量的垂直分布均随深度增加而减小；p 0 4 一p 除东海混合沉积区随深度增加而增大 外，其它海域均随深度增加而减小；s i 0 3 一s i 含量除东海虎皮礁小环流区呈减小 趋势外，其余各站均随深度增加而增大。 沉积物表层t n 、t p 的含量以含泥质的南黄海中部最高，其次为南黄海近岸 的黄海沿岸流沉积区及东海虎皮礁小环流泥质沉积区。t n 、t p 的变化范围分别 为o 1 4 0 7 0m g g 1 和0 4 3 2 1 3m g g 。由于水动力引起的再悬浮加速有机物的 分解，因而表层沉积物中p 、i n 在t p 、t n 所占比例均以黄东海交界线站位最 高。就整个调查区域来看，i n t n 的平均值约为2 1 2 ，t n 分布受o n 控制。 而i p t p 的均值为4 5 8 2 ，长江口海域为7 6 7 ，t p 分布主要受i p 控制。南黄 黄东海沉积物中营养盐分布及交换通量研究 海海域仅为1 9 8 、t p 分布主要受o p 控制。 t p 、t n 垂直分布随深度增加而减少，t n 、t p 含量分别为o 0 7 0 7 7m g 百。， 和0 3 8 2 5 4m g 9 1 。i n 含量0 0 2 0 1 8m g 百1 ，分布呈现表层高、随深度的增加 而减小并趋于稳定，n 以n h 4 一n 为主；p 范围0 2 5 0 4 2m g 分1 ，其含量垂直分 布变化并不显著。 沉积物中氮、磷营养盐的埋藏通量： 沉积物中营养盐单位面积的埋藏通量受沉积速率影响大于沉积物本身营养 盐的含量。t n 、t p 单位面积的埋藏通量均以黄海沿岸流沉积区最高。结合不同 沉积区的面积，黄海沿岸流沉积区、黄海小环流沉积区和黄海混合沉积区t n 的 年埋藏量分别为：1 7 1 1 0 7 、5 6 1 1 0 7 和1 5 7 1 0 7 蚝a 1 ；t p 的年埋藏量7 0 2 x 1 0 7 、 1 6 1 1 0 7 和1 7 9 1 0 7k g a 1 。东海混合沉积区、虎皮礁小环流泥质沉积区t n 的年 埋藏量1 8 1 1 0 7 、1 0 6 x 1 0 7 蚝a _ 1 ；t p 的年埋藏量分别为3 2 2 1 0 7 、1 7 9 1 0 7k g a - 1 。 黄东海营养盐在沉积物一海水界面上的交换通量及对海区初级生产力的贡 献： 南黄海和东海北部n 0 3 n 、p 0 4 p 均表现为由水体向沉积物迁移，以东海虎 皮礁小环流沉积区的交换通量最大，分别为1 1 7 2 、9 3 8m m o l m - 2 f f l 。n 0 2 - n 亦表现为由上覆水向沉积物转移，南黄海近岸黄海沿岸流沉积区n 0 2 n 向沉积 物迁移的通量最大，为4 0 6m m o l m - 2 d ；n 和s i 0 3 s i 则相反，由沉积物 向上覆水迁移，最大值位于东海混合沉积区，分别为为2 1 5 、3 8 6 5m m o l m - e d 。 调查海区范围内沉积物分别为n 0 3 - n 、n 0 2 n 和p 0 4 一p 的“汇 及n h 4 - n 和s i 0 3 s i 的“源”。黄海和东海沉积区沉积物中n i - h n 对海区初级生产力的贡 献率较小；黄海沿岸流沉积区s i 0 3 s i 对南黄海初级生产力的贡献为11 0 5 ；东 海混合沉积区、虎皮礁小环流泥质沉积区、残留沉积区对东海区初级生产力的贡 献分别为l9 3 、8 7 7 和8 3 6 。 关键词：南黄海和东海北部，营养盐，沉积物，间隙水，埋藏通量，交换通量 中国海洋大掌硕士学位论文 s t u d yo nd is trib u tio na n dd e n t hicfiu x e so fn u trie n t s lns e dim e n t so fy ei lo ws e aa n de a s tc hin as e a a b s t r a c t t h ep a p e rw a sb a s e do nt h es u r f a c es e d i m e n ts a m p l e so ft e ns i t e sa n dc y l i n d r i c a l s e d i m e n ts a m p l e so fs i xs i t e sw h i c hw e r ec o l l e c t e db yt h eb o xs e d i m e n ts a m p l e ri nt h e s o u t hy e l l o ws e aa n dt h en o r t ho ft h ee a s tc h i n as e ai na u g u s t2 0 0 8 t h e d i s t r i b u t i o n so ft h et p , t n ，i pa n di ni nt h es u r f a c es e d i m e n ta n dt h ef i v ec y l i n d r i c a l s a m p l e sw e r ed i s c u s s e dq u a n t i t a t i v e l ya n dt h e n t h ec h a n g i n gc h a r a c t e r i s t i c so f d i s t r i b u t i o n so ff i v ed i s s o l v e dn u t r i e n t sw h i c hw e r es i l i c a t e ( s i 0 3 一s i ) ，p h o s p h a t e ( p 0 4 p ) ，n i t r a t e ( n 0 3 一，n i t r i t e ( n 0 2 - 1 , 0a n da m m o n i u m ( n h 4 i ni n t e r s t i t i a lw a t e r w e r ea l s od i s c u s s e do fe a t u a r y , a c o a s ta n dc e n t r a la r e ao fy e l l o ws e aa n de a s tc h i n a s e a c y l i n d r i a ls a m p l e so ff o u rs i t e sh a db e e ns e l e c t e dt od ot h ee x c h a n g ef l u xc u l t u r e e x p e r i m e n t sa tt h es e d i m e n t w a t e ri n t e r f a c e i nt h el a b o r a t o r ya n dc a l c u l a t e dt h e e x c h a n g ef l u xo fd i s s o l v e dn u t r i e n t s ，a n dt h e nt h ei n f l u e n c e so fo x i d a t i o n - d e o x i d i z a t i o nc o n d i t i o nt ot h ee x c h a n g ef l u xw e r ed i s c u s s e d t h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i co fn u t r i e n t si nt h es e d i m e n ti n t e r s t i t i a lw a t e ro ft h e s o u t hy e l l o ws e aa n dt h en o r t ho ft h ee a s tc h i n as e aw a st h a tt h eh i g ha m m o n i u m c o n t e n tw a sar e p r e s e n t a t i v ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i co ft h en u t r i e n t si nt h ei n t e r s t i t i a l w a t e r t h ec o n c e n t r a t i o ns c o p e so fn h 4 一n ，n 0 3 n ，n 0 2 n ，s i 0 3 s ia n dp 0 4 - pi nt h e s u r f a c es e d i m e n ti n t e r s t i t i a lw a t e rw e r e2 8 9 7 - 1 7 9 9 0 t m o l l ，1 7 1 - 2 7 2 9 p m o l 。l ， 0 1 8 2 8 3 1 t m o l l ，1 0 0 3 9 - 4 5 4 5 0 p m o l l a n d1 4 0 7 - - 4 3 7 5 i t m o l l 一r e s p e c t i v e l y t h ec o n c e n t r a t i o n so fp 0 4 pa n dn h 4 一ni nt h en o r t ho ft h ee a s tc h i n as e aw e r e h i g h e rt h a nt h o s ei nt h es o u t hy e l l o ws e aa n dt h ec o n c e n t r a t i o no fs i 0 3 一s ii nt h e o p e ns e ao ft h ee a s tc h i n as e a w a sh i g h e rt h a nt h a ti nt h es o u t hy e l l o ws e aa n dt h e o f f s h o r ea r e a s i nt e r m so ft h ev e r t i c a ld i s t r i b u t i o ni nt h ei n t e r s t i t i a lw a t e r , n h 4 nw a ss t i l lt h e c h i e fc o n s t i t u e n to fn i t r o g e n ，t h ec o n c e n t r a t i o no fn h 4 - ni n i n t e r s t i t i a lw a t e rw a s i n c r e a s e dw i t hd e p t hi n c r e a s e dw i t h i n5 c mo fs u r f a c e t h ev e r t i a ld i s t r i b u t i o no f n 0 3 一n 、n 0 2 n 、p 0 4 一pc o n t e n tw e r ed e c r e a s e dw i t hd e p t hi n c r e a s e d ，a n dt h ec o n t e n t o fs i 0 3 一s io nt h ed e c l i n ee x c e p ts t a t i o nf 0 5 0 8i nh u p ir e e f c o i nc a 哪n gc u r r e n t ，e l s e a l li nr i s i n gt r e n dw i t hd e p t hi n c r e a s e d 黄东海沉积物中营养盐分布及交换通量研究 t h ed i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c so ft o t a l n i t r o g e n ，t o t a lp h o s p h o r u s a n d e x c h a n g e a b l en i t r o g e na n dp h o s p h o r u si nt h es e d i m e n ti nt h es o u t hy e l l o ws e aa n d t h en o r t ho ft h ee a s tc h i n as e aw e r et h a ti ns u r f a c eo fs e d i m e n t ，t h eh i g h e s tc o n t e n t s o ft na n dt pw e r ei nt h em i d d l ea n dc o a s t a la r e a so ft h es o u t hy e l l o ws e a w h e r et h e w a t e rw a ss h a l e t h ec h a n g i n gs c o p e so ft na n dt pw e r e0 0 7 - - - 0 7 0m g g 。a n d o 4 3 2 13m g 百1 r e s p e c t i v e l y t h et u r b i d i t yc a u s e db yh y d r o d y n a m i ca g i t a t i o n a c c l e r a t e dt h ed e c o m p o s i t i o no fo r g a n i cm a t t e rs ot h a tt h el a r g e s tr a t i o so fi pa n di n o ft h et pa n dt nw e r ea tt h es i t e sw h i c hw e r el o c a t e da tt h eb o u n d a r yo ft h ey e l l o w s e aa n dt h ee a s tc h i n as e a i nt r e m so ft h ew h o l er e s e a r c hs e aa r e a s ，t h eo r g a n i c n i t r o g e nw a st h ec h i e fa n dt h ed i s t r i b u t i o no ft nw a sc o n t r o l l e db yt h ed i s t r i b u t i o no f o r g a n i cn i t r o g e n w h i l et h ea v e r a g ei pa c c o u n t e df o r4 5 8 2 o ft p , a n d7 6 7 i nt h e y a n g z e r i v e rd e l t a ，s ot h ed i s t r i b u t i o no f t pw a sm a i n l yc o n t r o l l e db yi p b u tt h ei p j u s ta c c o u n t e df o r1 9 8 i nt h es o u t hy e l l o ws e a , s ot h e d i s t r i b u t i o no ft pw a s m a i n l yc o n t r o l l e db yo p t h ev e r t i c a ld i s t r i b u t i o n so ft pa n dt nd e c r e a s e dw i t ht h ed e p t ha n dt h ec h a n g i n g s c o p e so ft na n dt pw e r e0 1 4 0 7 7m g 9 1a n d0 3 8 - 2 5 4m g 。g _ r e s p e c t i v e l y t h e c o n t e n to fi nw a sh i g h e ra tt h es u r f a c ea n dd i dn o tc h a n g em u c hw i t ht h ed e p t h i t s s c o p eo fc o n c e n t r a t i o nw a s0 0 2 0 18m g g 一i na l l t h ec y l i n d r i c a ls e d i m e n ts a m p l e s ， n h 4 nw a st h em a i ne x c h a n g e a b l en i t r o g e n t h ed i s t r i b u t i o no fi pc h a n g e dl a r g e l yi n t h ed e p t hr e s e a r c h e di nt h ep a p e rb u td i dn o tc h a n g el a r g e l yb e t w e e nt h es u r f a c e s e d i m e n ta n db o t t o ms e d i m e n te x p e c tt h es i t el o c a t e da tt h eb o u n d a r yo ft h ey e l l o w s e aa n dt h ee a s tc h i n as e ai nw h i c ht h ec o n t e n tw a sh i g h e ra tt h es u r f a c es e d i m e n t t h ec o n t e n ts c o p ew a s0 2 5 o 4 2 m g g b e c a u s et h ei n f u l e n c eo fd e p o s i t i o nr a t e ，t h eb u r i a lf l u x e so fn u t r i e n tw i t hu n i ta r e a g r e a t e rt h a nt h ec o n t e n to fn u t r i e n t si ns e d i m e n t ，t h eb u r i a lf l u x e si nay e a ro ft n ，t p i nl o n g s h o r ec u r r e n t ss e d i m e n t a r ya r e a ，c o i nc a r r y i n gc u r r e n ts e d i m e n t a r ya r e aa n d m i xs e d i m e n t a r ya r e ao fy e l l o ww e r e1 7 1 1 0 7 、7 0 2 x 1 0 7 ；5 6 1 x 1 0 7 、1 6 1 x 1 0 7 和 1 5 7 x10 7 、17 9 x10 7k g a 。1 ；m i xs e d i m e n t a r ya r e a ，h u p ir e e f c o i nc a r r y i n gc u r r e n ts h a l e s e d i m e n t a r ya r e ao fe a s tc h i n as e aw e r e1 8 1 1 0 7 、3 2 2 x 1 0 7 和1 0 6 x 1 0 7 、1 7 9 x 1 0 7 k g a 。l t h ee x c h a n g ef l u x e so fn u t r i e n t sa tt h es e d i m e n t w a t e ri n t e r f a c eo ft h es o u t h y e l l o ws e aa n dt h en o r t ho ft h ee a s tc h i n as e aw e r et h a tn 0 3 一no fa l lt h er e s e a r c h s i t e si nt h es o u t hy e l l o ws e aa n dt h en o r t ho ft h ee a s tc h i n as e at r a n s f e r r e df r o mt h e i v 中国海洋大掌硕士掌位论文 o v e r l y i n gw a t e r t ot h es e d i m e n t s ，a n dt h el a r g e s tw a s 一11 7 2m m o l m - z d 。1i nt h ee a s t c h i n as e am i d o c e a n , a n dn 0 2 - na l s ot r a n s f e r r e df r o mt h eo v e r l y i n gw a t e rt ot h e s e d i m e n t s ，t h el a r g e s tr e l e a s ef l u xo fn 0 2 一nw a si nt h ei n s h o r eo ft h es o u t hy e l l o w s e aw h i c hw a s 4 0 6m m o l m - 2 d 一o nt h ec o n t r a s t ，n h 4 - na l lr e l e a s e df r o m s e d i m e n t st ot h eo v e r l y i n gw a t e r , t h em a x i m u mv a l u ew a s2 15m m o l m - z d 1a tt h e b o u n d a r yo f 也ey e l l o ws e aa n dt h ee a s tc h i n as e a p 0 4 一pa l ld i f f u s e df r o mo v e r l y i n g w a t e rt ot h es e d i m e n t s ，t h el a r g e s te x c h a n g ef l u xw a s 一9 3 8m m o l 。i 一。d 。1i nt h ee a s t c h i n as e am i d o c e a n s i 0 3 - s ia l ld i f f u s e df i o ms e d i m e n t st ot h eo v e r l y i n gw a t e r , a n d t h eh i g h e s tv a l u ew a s3 8 6 5m m o l m - 2 d _ w h i c hw a sa l s oi o c a t e da tt h eb o u n d a r yo f t h ey e l l o ws e aa n dt h ee a s tc h i n as e a t h er e s e a r c hr e s u l tw a ss i m i l a rt ot h eo t h e r s c ab i c a 5 n i t r o g e na n dt h ea i rw e r ea c c e s s e ds e p a r a t e l yt ot h ec u l t u r eo ft h es e d i m e n to f t h er e s e a r c hs i t e sa td i f f e r e n to x i d a t i o n d e o x i d i z a t i o nc o n d i t i o n sa n dt h er e s u l t s s h o w e dt h a tt h ee x c h a n g eo fn h 4 - na tt h es e d i m e n t w a t e ri n t e r f a c ew a st h em a i np a r t o ft h ee x c h a n g eo fi n o r g a n i cn i t r o g e na n dt h ee x c h a n g er a t ew h i c hw a sa c c e s s e d n i t r o g e nw a sh i g h e rt h a nt h ea i r t h er a t eo ft r a n s f e ro fn 0 2 一nf r o mo v e r l y i n gw a t e r t os e d i m e n t su n d e rn i t r o g e nc o n d i t i o nw a sl a r g e rt h a nt h eo x y g e nc o n d i t i o n t h ef l u x o fn 0 3 一nt r a n s f e r r e df r o mo v e r l y i n gw a t e rt os e d i m e n ti nr e d u c t i v ee n v i r o n m e n tw a s h i g h e rt h a nt h a ti no x i d i z a t i o ne n v i r o n m e n t t h ee x c h a n g er a t eo fp 0 4 一pi nr e d u c t i v e e n v i r o n m e n tw a sl o w e rt h a nt h a ti no x i d i z a t i o ne n v i r o n m e n t s i l i c a t ea l w a y sr e l e a s e d f r o ms e d i m e n t st ot h eo v e r l y i n gw a t e rw h e t h e ri no x i d i z a t i o ne n v i r o n m e n to ri n r e d u c t i v ee n v i r o n m e n t s e d i m e n ti nd i f f e r e n ts e d i m e n t a r ya r e ao fy e l l o ws e aa n de a s to fc h i n as e a s e p a r a t l yw e r et h es i n ko fn 0 3 一n ，n 0 2 na n dp 0 4 一pa n dt h es o u r c eo fn - h 4 一na n d s i 0 3 一s i t h ec o n t r i b u t i o no fn i - h nt os e aa r e ap r i m a r yp r o d u c t i v i t yw a ss a m l l e ri n s e d i m e to fy e l l o ws e aa n de a s to fc h i n as e as e d i m e n t a r ya r e a ；t h ec o n t r i b u t i o no f s i 0 3 - s it op r i m a r yp r o d u c t i v i t yi nl o n g s h o r ec u r r e n t ss e d i m e n t a r ya r e ao fy e l l o ws e a w a s11 0 5 ；t h ec o n t r i b u t i o ni nm i xs e d i m e n t a r ya r e a , h u p ir e e fc o i nc a r r y i n g c u r r e n ts h a l es e d i m e n t a r ya r e a ，v e s t i g i t a ls e d i m e n t a r ya r e ai ne a s to fc h i n as e aw a s 19 3 8 7 7 a n d8 3 6 k e yw o r d s ：y e l l o ws e aa n de a s tc h i n as e a ，n u t r i e n t ，s e d i m e n t ，i n t e r s t i t i a lw a t e r , b u r i a lf l u x e s ，e x c h a n g ef l u x e s v 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 ( 洼! 塑遗查墓丝盖要挂别直盟鳆：奎拦亘窒2 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：勿髟臻 签字日期： ，一 月罗日 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：多匙襞 导师签 槲期：1 年石月9 同 撕期：砷年厂月尹日 中国海洋大掌硕士掌位论文 o 前言 当今海洋学研究的前沿课题之一就是探索与全球( 环境) 变化研究有关的海 洋生物地球化学过程，其核心内容是研究海洋环境中生源要素的循环。沉积物 水界面是沉积物水环境中水相和沉积物之间的转换区，是溶解物质在地球化学循 环与生物体系之间进行耦合作用的最初场所，因此，营养盐在沉积物水界面的 交换过程是水生生态系统物质循环所不可缺少的部分，海底沉积物是海洋中营养 盐的重要蓄积库或释放源，沉积物中有机质的矿化可引起间隙水中营养盐浓度的 提高，而营养盐通过间隙水、上覆水与上层水体进行营养盐交换，从而影响水体 的营养状态，是水域营养盐循环的重要环节。因此对沉积物和间隙水中赋存营养 盐状态含量及沉积物对营养盐交换过程的研究对了解营养盐水界面附近各种行 为有重要的理论和实践意义，是研究营养盐的迁移转化及循环再生的前提。 东、黄海是西太平洋的边缘浅海，总面积1 1 3 2 1 0 5 k m 2 ，平均水深分别为3 4 9 和4 5 m ，该海域的主要流系包括黄海沿岸流、台湾暖流、黄海暖流、黑潮和长江 冲淡水等。根据物质来源、水动力条件及底质类型可将东海划分为：沿岸流泥质 沉积区、小环流泥质沉积区、残留沉积区、混合沉积区、河口泥质沉积区、东海 远海含有孔虫碎屑粉砂质粘土沉积区。近年来对东、黄海沉积物一水界面营养盐 地球化学特征的研究，方兴未艾。本论文以南黄海和东海北部近岸、河口和中部 海域表层沉积物及柱状沉积物为对象，讨论了间隙水中硅酸盐( s i 0 3 s i ) 、磷酸 盐( p 0 4 p ) 、硝酸盐( n 0 3 一n ) 、亚硝酸盐( n 0 2 - n ) 和氨氮( 山n ) 含量及分 布特征，并对沉积物中不| j 形态n 、p 分布特征进行定量分析，结合实验室培养 法模拟营养盐在沉积物水界面的交换，测定了s i 0 3 s i 、p 0 4 p 、n 0 3 n 、n 0 2 一n 和n h 。n 在沉积物水界面交换通量，并结合不同沉积区的面积估算了沉积物中 营养盐埋藏通量及沉积物水界面的交换通量对水体初级生产力的贡献。以期更为 合理的表征沉积物中营养盐的再生潜力及对水体营养盐的贡献，为进一步研究我 国黄、东海海域营养盐的迁移、转化过程及沉积物中营养盐的循环再生提供科学 依据。 三年来，在导师的辛勤指导下论文工作取得一定进步，但由于本人目前的学 识水平及时间所限，对数据的处理难免有不当之处，对文中数据的深入剖析和讨 黄东海沉积物中营养盐分布及交换通量研究 论做得不够更是难免，在此，真诚恳请各位专家、老师和同学对本论文提出宝贵 意见。 中囱海洋大学硕士掌位论文 1 文献综述 1 1 海洋沉积物中营养盐的研究现状与进展 1 1 1 沉积物中营养盐的来源、形态及影响分布的因素 近海沉积物中的营养盐主要受陆地径流、人类活动、生活排污和工业排废的 影响，入海河流所携带的各种陆源碎屑、有机物和悬浮颗粒等进入海洋，其中的 氮、磷在经历各种物理化学变化后最终沉积于海底，经过一系列矿化成岩作用， 一部分营养盐通过间隙水向上覆水体释放，另一部分则以多种形式保留在沉积物 中。营养盐在沉积物中以不同的物理化学形式结合，呈现出不同的地球化学特征， 其含量分布等地球化学特征在一定程度上反映了水体和沉积环境的演变过程，因 此，沉积物中及间隙水中营养盐的研究是探讨海洋沉积物中营养盐生物地球化学 功能的重要前提。 营养盐是海洋中重要的营养物质，它们的缺乏或过量常常会影响海洋生物的 生长发育，是海洋生物生长发育的限制性因子( 宋金明，2 0 0 0 ) 。因此其循环过 程是生物地球化学过程的重要组成部分。海洋沉积物中的营养盐作为水体中营养 盐的“源”或“汇”，既可吸附水体的营养盐，也可以在适当的条件下将其释放到水 体中进行再循环。即当水体中可供浮游植物吸收利用的营养盐处于较低的水平 时，或在受底栖生物扰动及海水理化、动力等条件影响时，海洋沉积物中的营养 赫向水体中扩散，吸收、利用可交换部分被海洋生物利用，这种情况下沉积物主 要为营养盐的“源”；相反，当水体中营养物质丰富，可供海洋生物吸收、利用的 营养元素比较多，海洋生物生长发育加快从而大量繁殖，生物的排泄以及生物体 的死亡，致使大量有机质在重力以及水动力的共同作用下不断搬运沉降到海底， 因此沉积物中营养盐的含量也相对丰富，此时，沉积物则成为氮、磷的“汇”( k a r l d m ，1 9 9 9 ：b e r e l s o nw m ，2 0 0 1 ) 。因此，沉积物在营养盐的循环过程中起到 重要的作用，从某种意义上说，对沉积物中营养盐的研究是研究营养盐海洋生物 地球化学循环的前提。沉积物中的氮、磷分为有机态和无机态，它们能被浮游植 物、浮游动物和微生物所利用。有机态和无机态氮、磷在沉积物中的分布特征明 显不同。般情况下，在沉积物的表层，无机氮、磷的含量都随着深度的增加而 黄东海沉积物中营养盐分布及交换通量研究 增加，在次表层则趋于稳定：而有机氮、磷的垂直分布恰好相反，并且随着深度 的增加，此种分布态势更趋明显。主要是因为微生物大多生存在沉积物的表层， 微生物对有机物质的分解亦在表层比较剧烈，因此表层中有机态的氮、磷含量会 随着深度的增加而减小；在次表层以下，由于沉积作用和低微生物数量等因素， 有机态的氮、磷往往变化不大。氮、磷的含量和这种分布特征包含着许多环境和 地球化学信息，因此研究沉积物中氮、磷的含量，对了解氮、磷的再循环具有重 要意义。近年来，近海区域尤其是河口氮、磷浓度明显增加。我国2 0 世纪7 0 年 代以后化肥的用量迅速增加，大量非点源氮和磷经地表径流进入海洋，长江干流 总无机氮在入海口的通量为1 9 2 k g s 。1 ( 冬季) - 3 3 5 k g s 0 ( 夏季) ， 每年向近 海输送的磷约1 0 3 万吨。这些由河流和地面径流输入海洋的陆源氮、磷，大部 分以沉积氮、磷这样一种相对稳定的过渡态储存于沿海沉积物中，这些沉积氮、 磷在生物作用以及外来扰动条件下会再悬浮，重新进入水体参与再循环。显然， 沉积物如此巨大的营养盐储存量，必定对会近海海洋生态系统产生重要的影响。 因此，有关氮、磷环境行为与环境安全的研究受到海洋科技工作者的高度 重视，并成为化学海洋学的一项重要研究内容。由于沉积物中氮、磷在海洋中的 时空分布变化不仅与其来源、气候、水动力条件、沉积过程和矿化成岩过程等物 理化学过程有关，还与海洋中的细菌、浮游植物、浮游动物、鱼虾贝类等生物过 程有着密切关系( b r o c k t o n ，1 9 9 0 ) ，并且沉积物中的营养元素受季节的影响较 水体小的多( 吕晓霞等，2 0 0 5 ) 。因此，研究沉积物中营养元素的分布特征变化规 律不仅具有重大的生态学意义，还对于了解人类活动对海洋生物的生态效应和合 理开发海洋生物资源有着显著的现实意义。 1 1 2 沉积物中氮、磷的循环及生物地球化学功能 海洋沉积物中的氮、磷循环包括沉积物间隙水体系和沉积物固体( 颗粒) 本 身。有机物质沉积到海洋底部，通过微生物的分解一部分进入间隙水中，另一部 分保留在沉积物中。海洋沉积物以沉积物颗粒在底流作用下的再悬浮和沉积物一 海水界面的分子扩散作用与上层水体进行的营养盐交换( f a l c a oe ta 1 ，1 9 9 8 ；r o d e e ta 1 ，2 0 0 1 ) 。我国自2 0 世纪8 0 年代丌始营养盐在沉积物一海水界面上交换过 程的研究，己初步探讨了渤海、黄海、东海和南沙等海域d i n 、p 0 4 一p 、s i 0 3 一s i 4 中国海洋大掌硕士掌位论文 在沉积物一海水界面上的交换通量( 郭劳动等，1 9 8 9 ：宋金明和李鹏程，1 9 9 6 ； 宋金明，1 9 9 7 ；刘素美等，1 9 9 9 ；周伟华等，2 0 0 1 ；蒋凤华等，2 0 0 2 ：石峰，2 0 0 3 ： 胡佶，2 0 0 5 ) 。 近海沉积物是海域营养盐的重要蓄积库( d a n i e l s s o ne ta 1 ，1 9 9 8 ；c l a v e r oe t a 1 ，2 0 0 0 ) 。s t o m p 等( 1 9 9 8 ) 指出，近海沉积物中储存着整个海洋8 0 的有机 物，每年可以接纳其上覆水体初级生产力的1 0 - - - 5 0 。在我国，每年数以亿吨计 的农用化肥有一半以上随陆地径流进入海洋，且其中的大部分主要营养元素最终 都转移到近海沉积物中( 洪华生等，2 0 0 3 ) 。例如，长江口海底沉积物每年从水 体中吸附的无机氮和磷酸盐分别占长江输入总量的5 9 和6 7 ( 戚晓红等， 2 0 0 3 ) ；黄河每年向渤海湾输入的总磷高达8 6 1 x 1 0 8k g ，其中的2 3 的磷沉积或 埋藏于海底沉积物中( l ie t a l ，1 9 9 9 ) 。作为入海污染物的环境过滤器，河口、 海湾等近海沉积物对淡水径流带来的氮、磷的负荷能力的削减、转化受到越来越 多的关注( 岳维忠等，2 0 0 3 ) 。与此同时，海洋沉积物亦为海域水体中氮、磷的 重要补给源。海底沉积物中氮、磷的再生，对水体中氮、磷的收支、循环动力学 和初级生产力的维持有着极为重要的作用( z a b e le ta 1 ，1 9 9 8 ；蒋风华等，2 0 0 3 ) 。 就全球来讲，沉积物的总体积为1 0 8 1 x 1 0 6 k m 3 ，其中有海洋中占3 3 ，向其上覆 水体输入的磷酸盐和氨态