（海洋化学专业论文）东、黄海营养盐的分布和沉积物水界面交换通量.pdf

东、黄海营养盐的分布和沉积物一水界面交换通量 摘要 海洋中的营养盐是发展水域生产力的重要化学物质基础，其中的任何一种要 素的缺乏都可能成为浮游生物生长的限制性因素，因此海水中的营养盐一直是海 洋研究的热点之一。目前对东、黄海海区的研究大多数侧重于生源要素的含量和 分布，对海区生源要素的外部补充机制和内部循环机制等方面的研究还有待深 入。本论文拟在了解东、黄海营养盐分布的同时，通过实验室培养法和扩散通量 计算法测定了沉积物一水界面营养盐的交换通量，了解界面交换等过程对于该海 区营养盐的贡献，同时探讨了桑沟湾的营养盐状况并估算了沉积物一水界面营养 盐扩散通量，为东、黄海营养盐的迁移、转化过程以及营养盐的再生循环模型的 建立提供基本的科学依据。 通过对2 0 0 6 年1 0 月- - 2 0 0 7 年4 月间4 个航次对黄、东海大面以及一些有 代表性的断面的调查，结果表明该海区营养盐含量与分布有明显的区域性和时间 性。对黄海而言，2 0 0 6 年秋季航次表明n 0 3 。、p 0 4 孓、s i 0 3 玉、d i n 、t d p 、t d n 浓度具有相似的分布特征，表层以黄海西南部为最高，并自南向北和东北方向快 速递减，以南黄海东北部含量为最低；在底层，由西向东梯度递增，在调查海域 的南部含量也较高，d i n 以n 0 3 为主。受黄海冷水团影响的中部区域存在着明 显的温度跃层，各项溶解态营养盐分层也较明显；2 0 0 7 年春季航次由于南黄海 中部海域正值浮游植物水华期，浮游植物的快速繁殖和生长使得营养盐含量处于 较低的水平；由于春季黄海上层水体开始增温，连续站温度的分布有明显的分层， 各溶解态营养盐的层化现象也较明显，表层和底层营养盐浓度相差较大。 对东海而言，黑潮表层水、黑潮次表层水、黑潮中层水、陆架混合水等几种 水系相互作用，控制了东海陆架上营养盐的分布和组成。秋、冬季两个航次营养 盐分布趋势十分相似，在表层东海近岸海域营养盐含量很高，自此向外营养盐含 量快速递减，整个海域中部及东南部海域为营养盐低值区。底层营养盐分布与表 层大致相同，只是除了近岸高值区以外，在靠近外海的冲绳海槽附近也出现一个 高值分布区。由于陆架上海水垂直混合剧烈，温、盐和各项营养盐的分布表、底 层较均匀，营养盐浓度在陆架上基本垂直一致，但随盐度增高由近岸向外海递减。 对东、黄海沉积物海水界面的营养盐交换通量进行了调查，实验室培养结 果表明营养盐的扩散速率与营养盐的存在形式、沉积物的类型、沉积物的氧化还 原环境和有机质的含量等诸多因素有关，多数调查区域的沉积物是n 0 3 。，p 0 4 3 。， t d p ，s i 0 3 2 的汇，n h 4 + ，d i n ，d o n 的源；因此随着富营养化程度的增加，s i 作为群落结构控制因子的可能性逐渐增加，因此s i 由上覆水向沉积物中扩散以 及d i n 由沉积物向海水中扩散可能进一步增进这种不平衡的营养盐结构。由沉 积物间隙水中营养盐的浓度梯度计算的结果整体上要小于实验室培养法，两种方 法所得p 0 4 3 扩散通量较一致。与世界上其他调查海域相比，东、黄海沉积物一 海水界面上营养盐的交换通量位于中等水平。 利用2 0 0 6 年4 月、7 月、1 1 月和2 0 0 7 年1 月四个航次对桑沟湾养殖海域的 调查，对该海域营养盐的分布、结构特征、主要控制过程以及沉积物水界面扩 散通量进行了探讨。结果表明，该海域营养盐分布有明显的季节变化，n 0 3 - n 、 n 0 2 - n 、p 0 4 3 。、d o p 、t d p 和s i 0 3 2 - 皆是秋季最高，n h 4 + - n 、d o n 、t d n 含量 则为夏季最高；除d o n 外，各项营养盐的最低值都出现在春季。营养盐的低浓 度与大型藻类海带等生长旺盛期以及浮游植物的生长繁殖大量消耗有关。分析营 养盐化学计量限制标准和浮游植物生长最低阀值表明，p 是春、夏两季桑沟湾浮 游植物生长的限制因素；估算桑沟湾沉积物水界面扩散通量结果显示桑沟湾沉 积物释放的n h 4 + 、p 0 4 3 - 和s i 0 3 2 对初级生产力的贡献较小，与其他浅海环境相 比，桑沟湾沉积物水界面的营养盐通量处于较低或中等水平。 关键词：营养盐；沉积物一水界面交换；桑沟湾；东海；黄海 d 。s t b u t o nf e a t u r e so fn u t rie n ta n df iu xb e t w e e nthei s trib u tio ne a t u r e son uru il s e dim e n ta n dw a t e rin t e r t a c eo tt a s tuhi i li in a5 e aa n a i 广r r y ei lo ws e a a b s t r a c t t h en u t r i e n t si nt h eo c e a na r ew i d e l ys t u d i e df o ri t si m p o r t a n c et os u p p o r tah i 曲 p r i m a r yp r o d u c t i v i t y ，a n dt h ea b s e n c eo fa n ye l e m e n tm a yl i m i t t h eg r o w t ho f p h y t o p l a n k t o n a tp r e s e n t , m o s ts t u d i e sa r ef o c u s e d o nt h en u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n so f t h ey e l l o ws e aa n de a s tc h i n as e a ，a n dl i t t l ei sk n o w na b o u tt h em e c h a n i s m so f n u t r i e n tr e p l e n i s h m e n ta n dr e c y c l ei nt h es t u d i e da r e a t h en u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n sa n d d i s t r i b u t i o ni nt h ee a s tc h i n as e aa n dy e l l o ws e aa r ed i s c u s s e di nt h i ss t u d y , a n dt h e n u t r i e n te x c h a n g ef l u x e sb e t w e e nt h es e d i m e n ta n dw a t e ri n t e r f a c ea r ee v a l u a t e d b a s e do ni n c u b a t i o ne x p e r i m e n t so nb o a ta n dp o r ew a t e rn u t r i e n tp r o f i l e sa sw e l l a t t h es a m et i m e ，s a n g g o ub a yi sa l s os t u d i e df o ri t sn u t r i e n t sd y n a m i c s b a s e do nt h er e s u l t so fo b s e r v a t i o n s ，t h en u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n sa n dd i s t r i b u t i o ni n t h ee a s tc h i n as e aa n dy e l l o ws e as h o wo b v i o u st e m p o r a la n ds p a t i a lc h a n g e s i nt h e y e l l o ws e a , t h ei n v e s t i g a t i o ni na u t u m no f2 0 0 6s h o w st h a tt h ec o n c e n t r a t i o n so f n 0 3 ，p 0 4 3 。，s i 0 3 2 ，d i n ，t d pa n dt d nh a v es i m i l a rd i s t r i b u t i o n sw i t ht h eh i g h e s t v a l u e si nt h es u r f a c el a y e ri n t h es o u t h w e s to ft h ey e l l o ws e a , a n dd e c r e a s e s i g n i f i c a n t l yf r o mt h es o u t ht ot h en o r t ha n dn o r t h e a s t t h en u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n s a l s os h o wh i 。g hv a l u e sa r o u n dt h ec h e n g s h a nc a p e ，w h i l et h el o w e s tv a l u e sa p p e a ri n t h en o r t h e a s to ft h es o u t hy e l l o ws e a t h en u t r i e n tc o n c e n t r a t i o n si nt h en e a r - b o t t o m w a t e r sd e c r e a s ef r o mt h ew e s tt ot h ee a s t ，a n ds h o wh i g hv a l u e si nt h es o u t hp a r to f t h i sa r e a w i t hr e s p e c tt ot h ed i n ，n 0 3 。i st h em a j o rc o m p o n e n t t h e r ei s 距o b v i o u s t h e r m o c l i n ei nt h ec e n t e rp a r to ft h ey e l l o ws e ai n f l u e n c e db yt h ey e l l o ws e ac o l d w a t e r a sar e s u l t ，n u t r i e n t ss h o ws t r a t i f i c a t i o nd i s t r i b u t i o n t h eo b s e r v a t i o ni nt h e s p r i n go f2 0 0 7a l s os h o w ss t r a t i f i c a t i o nd i s t r i b u t i o n ，w h e nt h e r ei sap h y t o p l a n k t o n b l o o mi nt h ec e n t e rp a r to ft h es o u t hy e l l o ws e a t h ec o n c e n t r a t i o n so fn u t r i e n t sa r e i nal o wl e v e ld u et op h y t o p l a n k t o nu p t a k e 3 i nt h ee a s tc h i n as e a , t h ed i s t r i b u t i o no fn u t r i e n t si ss i g n i f i c a n t l yi n f l u e n c e db yt h e c o m p r e h e n s i v ec u r r e n tr e g i m e ，i e t h ei n v a s i o no fk u r o s h i os u b s u r f a c ew a t e r , t h e c h a n g j i a n gd i l u t e dw a t e ra n dt a i w a nc u r r e n tw a r mw a t e r t w oi n v e s t i g a t i o n si n a u t u m na n dw i n t e rs h o ws i m i l a rd i s t r i b u t i o n s 谢t l l1 1 i g hv a l u e si ns u r f a c el a y e ri nt h e i n n e rs h e l fo ft h ee a s tc h i n as e a , a n dt h ec o n t o u ri sd e n s ea n dp a r a l l e lt ot h ec o a s t f r o mt h ei n n e rs h e l ft ot h eo u t e rs h e l f , t h ec o n c e n t r a t i o n so fn u t r i e n t sd e c r e a s e q u i c k l y i nt h en e a r - b o t t o ml a y e r ，t h ed i s t r i b u t i o no fn u t r i e n t si ss i m i l a rt ot h a to f s u r f a c el a y e r , e x c e p tt h a tt h e r ei sa n o t h e rh i g h - v a l u ea r e aa f f e c t e db yt h ei n v a s i o no f k u r o s h i os u b s u r f a c ew a t e r t h ev e r t i c a ld i s t r i b u t i o no ft e m p e r a t u r e ，s a l i n i t ya n d n u t r i e n t si sw e l l m i x e dd u et os t r o n gm i x i n go fs e a w a t e ri nt h ei n n e rs h e l f , a n dt h e c o n c e n t r a t i o n so fn u t r i e n t sd e c r e a s e df r o mt h ei n n e rs h e l ft oo u t e rs h e l f n l en u t r i e n tf l u x e sb e t w e e ns e d i m e n ta n dw a t e ri n t e r f a c ei nt h ee a s tc h i n as e a b a s e do nl a b o r a t o r yi n c u b a t i o n ss h o wt h a tn u t r i e n te x c h a n g er a t e sa r er e l a t e dt ot h e s e d i m e n tt y p e ，r e d o xc o n d i t i o n s ，t e m p e r a t u r ee t c t h en 0 3 。，p 0 4 3 。，t d p , s i 0 3 2 s h o wan e te x c h a n g ef l u xf r o mw a t e rt os e d i m e n t ，w h i l en h 4 十，d i n ，d o no r e r e l e a s e df r o ms e d i m e n tt os e a w a t e r , w h i c hw i l li n c r e a s et h ei m b a l a n c eo ft h en u t r i e n t s s t r u c t u r ei nt h ee a s tc h i n as e a t h ed i f f u s i v ef l u x e so fn u t r i e n t so b t a i n e db yp o r e w a t e rn u t r i e n tp r o f i l e sa r el o w e rt h a nt h a to fl a b o r a t o r yi n c u b a t i o n s t h eb e n t h i c n u t r i e n tf l u x e si nt h ee a s tc h i n as e aa r ec o m p a r e dt ot h a ti nt h eo t h e ra r e a si nt h e w o r l d f o u rc r u i s e sa l ec o n d u c t e di ns a n g g o ub a yi na p r i l ，j u l y , n o v e m b e r2 0 0 6a n d j a n u a r y2 0 0 7 t h er e s u l ts h o w st h a tn u t r i e n t ss h o wo b v i o u ss e a s o n a lc h a n g e s t h e c o n c e n t r a t i o n so fn 0 3 。，n 0 2 。，p 0 4 3 ，d o p , t d pa n ds i 0 3 2 a r et h eh i g h e s tv a l u ei n a u t u m n , w h i l et h ec o n c e n t r a t i o n so fn h 4 十- n ，d o na n dt d ns h o wt h eh i g h e s ti n s u m m e r t h el o w e s tc o n c e n t r a t i o n so fn u t r i e n t sa p p e a ri ns p r i n ge x c e p td o n pi st h e p o t e n t i a ll i m i t i n ge l e m e n tf o rp h y t o p l a n k t o ng r o w t hi ns p r i n ga n ds u m m e r i ns a n g g o u b a y t h ec o n t r i b u t i o n so fn i - h + ，p 0 4 3 。a n ds i 0 3 2 f l u xr e l e a s e df r o mt h es e d i m e n tt o p r i m a r yp r o d u c t i o ni sq u i t el i m i t e d c o m p a r i n gt oo t h e rs a l l o ws e ae n v i r o n m e n t ，t h e b e n t h i cn u t r i e n tf l u x e si ns a n g g o ub a ya l er a n k e di nt h el o w e re n d 4 k e y w o r d s ：n u c r i e n t s ：f i u x e s ：s e d i m e n ta n dw a c e ri n t e r f a c e ：e a s tc h i n a s e a ：y e ii o ws e a ：s a n g g o ub a y 5 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。 学位竺竺兰兰望兰堕竺兰皇生鱼一空 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。( 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：秀确! 尹 签字日期：砂句1 年莎月j 伽 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 勒槔；l 杪 签字日期：年月日 邮编 电话： 东、黄海营养盐的分布和沉积物水界面交换通量 0 前言 海水中的n ，p ，s i 作为海洋生产力的基础，是浮游植物生长的必须元素， 也是全球生物地球化学循环的重要组成部分。对于某一自然海域来说，营养盐的 输入主要有水平输送，与开放海域海水的交换，沉积物一水界面交换和大气沉降 四种途径。在沿岸、河口及陆架区域，河流输入、沿岸污水的排放占营养盐输入 的绝大部分，并通过潮汐、风、对流扩散等作用影响其分布。在n a r r a g a n s e t t 海湾，大约9 9 5 的n 和9 9 7 的p 来自于河流输入及污水排放( v a l i e l a ， 1 9 9 5 ) 。海岸带海水与开放海域海水之间的交换，是海岸带营养盐的另一个重要 来源( 彭晓彤，周怀阳，2 0 0 2 ) 。z h a n g 等( 2 0 0 7 ) 对中国东海调查后发现，黑 潮水给东海陆架带来了5 9 1 3 3 k m o lns ，0 3 8 一o 9 2 l ( i i l 0 1 ps ，6 2 2 3 7k m o l s is ，远比陆源输入的贡献要大。沉积物对营养盐的循环起非常重要的作用， 在某些情况下，沉积物营养盐的再生是初级生产者营养盐需求的一个主要部分 ( f r i e d le ta 1 ，1 9 9 8 ；z a b e le ta 1 ，1 9 9 8 1g i b l i ne ta 1 ，1 9 9 7 ；a 1 l e re ta 1 ，1 9 8 5 ) 。 相对以上几种途径，大气沉降对营养盐的贡献要小的多，但是在某些沿岸排放较 少而降水量较多的海区，大气沉降比例则可能较大。如分析1 9 8 9 年1 1 月到1 9 9 2 年5 月德国湾营养盐输入，发现河流输入占7 0 而大气沉降占3 0 左右( b e d d i g e t a l ，1 9 9 7 ) 。 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 ，注入该海域的河流主要有鸭绿江，沂河、长江、钱塘江等，以上河 流将大量的陆源物质源源不断地注入东、黄海。目前的研究大多数侧重于东、黄 海海区生源要素的含量和分布，对海区生源要素的外部补充机制和内部循环机制 等方面的研究还有待深入。本论文结合近年来实验室“9 7 3 i i 系列项目对我国 桑沟湾、东、黄海海区调查工作的积累，初步讨论了营养盐在上述海区的分布以 及其地球化学行为，探讨了沉积物一水界面交换对东、黄海营养盐的贡献，以期 为我国近岸营养盐的生物地球化学循环研究提供一些可以借鉴的资料。 三年来，在导师的悉心指导下论文工作取得了一定的进展，但由于本人的海 洋学、生物学知识有限，因此对营养盐的生物地球化学行为探讨的深度和广度很 东、黄海营养盐的分布和沉积物水界面交换通量 肤浅，论文中的不当之处，敬请指点。 2 东、黄海酱舞盐熬分布窝沉积物水界殛交换遴量 1 综述 1 1 海洋中营养盐的研究意义和来源 海洋中的营养盐是发展水域生产力的重要化学物质基础，n ，p ，s i 是构成 海洋生态系的基本要素之一，是支持海洋生物生存和繁殖的最重要成分，其含量 能影响海洋生物的生长繁殖和群落变化，其中的任何一种要素的缺乏都可能成为 浮游生物生长的限制性因素，阕时海水中营养盐具有复杂多变的化学遣质作用， 它在某些地质过程，如在自生矿物成因、元素的早期成岩作用等过程中起重要作 用，使得海水中的营养盐一直成为海洋研究的热点之一。海水营养盐的研究历史 凡乎与海洋化学的发展史同步。冒前营养盐研究仍然是海洋相关科学各大国际合 作计划中的重中之重，也是当今海洋生物和海洋生物地球化学研究的核心内容之 - - ( r a i n e ra n db e n e d i k t ，2 0 0 3 ；刘素美等，2 0 0 2 ；唐启升等，2 0 0 5 ) 。 n ，p 是浮游檀物生长的毖须元素，是全球生物地球化学循环的重要组成部 分。近年来，随着工农业的迅速发展，大量的工业废水和农业中使用的化肥经过 排污管道和地表径流进入海洋，使得海洋环境中的无机和有机营养物质大量增 加，引起海水富营养化，导致浮游植物异常繁殖，进而弓l 发赤潮，使海域的生产 力和环境遭到破坏。 s i 是海洋生态系统中构成生物群落的重要元素，硅藻、放射虫、硅质海绵和 硅鞭毛虫生长和骨骼形成都离不开s i ( o 缀c e ra n dr y t h e r ，1 9 8 0 ；d o e r i n ge ta l 。， 1 9 8 9 ) 。虽然对整个生态系统来说，s i 并不是限制因素，但是由于n 、p 浓度的 升高，s i 的相对丰度降低，硅藻的生长受到限制，两硅藻是大型草食性浮游动物 的主要食物来源之一，因此谴藻的减少可能改变浮游禳物的群落结构，并弓l 发 有害赤潮( c o n l e ye ta 1 ，1 9 9 2 ；周明江等，2 0 0 6 ) 。嘲于人类活动输入的营养 盐遴常具有高n s i 比例，随着富营养化的医益严重，s i 对生物群落构成的限制 作用也目益突出( c o n l e ye ta 1 ，1 9 9 2 ) 。 对于某一自然海域来说，营养盐的输入主要有垂直混合，水平输送，大气沉 降和沉积物一水界面交换四种途径。在较深的海域，随着涵跃层的消失或被破坏， 富含营养盐的深层水通过对流扩散上升至真光层，成为这些海域营养盐的主要来 3 东、黄海营养盐的分布和沉积物水界面交换通量 源。在沿岸、河口及陆架区域，河流输入、沿岸污水的排放占营养盐输入的绝大 部分，并通过潮汐、风、对流扩散等作用影响其分布。在n a r r a g a n s e t t 海湾， 大约9 9 5 的n 和9 9 7 的p 来自于河流输入及污水排放( v a l i e l a ，1 9 9 5 ) 。 沉积物对营养盐的循环起非常重要的作用，在某些情况下，沉积物营养盐的再生 是初级生产者营养盐需求的一个主要部分( f r i e d le ta 1 ，1 9 9 8 ：z a b e le ta 1 ， 1 9 9 8 ；g i b l i ne ta 1 ，1 9 9 7 ：a l l e re ta 1 ，1 9 8 5 ) 。相对以上几种途径，大气沉降 对营养盐的贡献要小的多，但是在某些沿岸排放较少而降水量较多的海区，大气 沉降比例则可能较大。如分析1 9 8 9 年1 1 月到1 9 9 2 年5 月德国湾营养盐输入， 发现河流输入占7 0 而大气沉降占3 0 左右( b e d d i ge ta 1 ，1 9 9 7 ) 。 1 1 1 河流输入 河流不断向河口及邻近海域输送大量营养盐，成为有机生命存在和发展的基 础。营养盐输送一直都是陆海相互作用研究领域中的重要课题，近年来，国内外 河流营养盐输送研究已经取得了较多成果( a l e x a n d e re ta 1 ，1 9 9 6 ：张权等，2 0 0 2 ) 。 世界海洋中硅的总含量为9 5 x l o ”m o l ，每年向世界海洋净输入的溶解硅为 ( 6 1 2 o ) 1 0 1 2m o l ，8 0 来自河流的陆源输送( 孙云明，2 0 0 1 ) 。由于人 类活动( 主要为农业活动和城市污水排放) 的影响，极大的增加了河流中n 、p 的含量，其中欧洲r h i n e 河n 的浓度比1 9 5 0 年升高了三倍( v a n ，1 9 9 0 ) 。在美 洲，由于m i s s i s s i p p i 河n 、p 含量的升高，墨西哥湾水体中溶解态n 、p 浓度比 1 9 5 0 年增加了一倍，同时河水浓度的升高促进了淡水硅藻水华的发生，从而减 少了m i s s i s s i p p i 河s i 向海岸带的输出通量。z h a n g 等( 2 0 0 7 ) 对长江口调查研 究指出，n 0 3 - n ，n 0 2 - - n ，n h 4 + - n ，p 0 4 3 。，s i 0 3 2 。的浓度范围分别为1 0 4 - 1 1 4 ， 0 2 2 _ 0 4 ，0 7 5 0 7 ，0 5 9 _ 0 7 1 ，1 3 0 - 1 3 5 9 m o l l ；d i n ，p 0 4 3 。，s i 0 3 输出通量分 别为2 2 5 1 0 1 2 、o 1 8 1 0 1 2 、1 1 3 2 1 0 1 2 m o 啊刘新成等，2 0 0 2 ) 。 就长江而言，其年淡水输送量可达9 2 8 2 l o 3 y ，长江口外的冲淡水在丰 水期内可影响到数百公里外的济州岛附近，长江携带的营养盐对东海陆架上的渔 场形成具有重要作用。长江附近的营养盐的研究早期已有许多工作( 罗秉征等， 1 9 9 4 ；顾宏堪等，1 9 9 1 ；e d m o n d 等，1 9 8 5 ) 。王方正等( 1 9 8 3 ) 对春、夏之交 长江口营养盐的分布及迁移规律进行了研究，并指出长江口硝酸盐和硅酸盐呈良 4 东、黄海蓊葵盐的分布器l 撬辍物承界瑟交换遥爨 好的保守性；黄自强等( 1 9 9 4 ) 对长江口各种形态磷( 包括总磷、有机磷和活性 磷酸盐) 的研究表明，长江冲淡水中的磷具有向南、北双向扩展的趋势；黄卷高 等( 1 9 8 6 ) 亦研究认为长江口中硝酸盐和硅酸盐具有良好的保守行为，而磷酸盐 则存在缓冲作用；王保栋等( 2 0 0 2 ) 对长江阴及其邻近海域营养盐的分布特征和 输送途径做了调查，指出在长江嗣以东及其东北部海域终年存在一个范围很大的 营养盐高值区。 过去2 0 多年来，特别是通过中国的j g o f s 的野外观测，使得我们对于长江 携带的营养盐对东海的影响有了比较深入的认识。营养盐在淡一咸水混合串的爵 活化和溶出使得通过河口进入东海的营养盐较长江本身的输送高出数倍 ( z h a n g ，1 9 9 6 ) 。在长江口高的泥沙浓度( 可达卜l o g l ) 使得这一地区的光合 作用处予光限制状态，尽管营养盐丰富，初级生产力却相对较低。在河霞锋附近， 悬浮泥沙的向外输送受到抑制，同时，在那里也形成了营养盐的锋面。 量。1 2 大气输入 尽管大气输入和河流的集中输入方式相反，是以一种扩散的方式输入，它同 样是海洋营养盐的一种重要输入( s e i t z i n g e r ，1 9 9 8 ；j a w o r s k i ，1 9 9 7 ) ，营养盐 通过大气向海洋输送的重要性越来越被人们所接受。与河流相比，大气输送是黄 海营养盐的主要来源，雨水中具有高浓度的n 和较高的n ：p 比，对海洋初级生产 和营养盐的生物地球化学循环有非常重要的意义( z h a n ge ta 1 ，1 9 9 9 ) 。 1 1 3 与开放海域海水的交换 海岸带海水与开放海域海水之闽的交换，是海岸带营养盐的另一个重要来 源。海岸带营养盐的这种来源在水交换不受限制的水域尤为重要，而在水交换受 限制的海岸带水域则主要受到陆源输入影响( a n d e r s o n ，1 9 8 8 ；b o y n t o n ，1 9 9 5 ； b r o c k m a n n ，1 9 8 8 ) 。 z h a n g 等( 2 0 0 7 ) 对中圜东海调查盾发现，黑潮水给东海陆架带来了 5 9 - 1 3 3 k m o lnr 1 ，0 3 8 - 0 9 2 k m o lps 。6 2 - 2 3 7 k m 0 1 s is 一，远比陆源输入 的贡献要大，并且黑潮水中含有丰富的p ，使得船的比值下降，缓和了由于陆 源输入使得营养盐结构不平衡的状况。 5 东、黄海营养盐的分布和沉积物水界面交换通量 1 1 4 沉积物一海水界面交换 1 1 4 1 海底沉积物一海水界面的重要性 1 9 8 6 年，国际科学联盟理事会签署了国际地圈一生物圈计划 ( i g b p ，1 9 9 0 2 0 1 0 ) ，内容涉及到海水一沉积物界面生源要素n 、p 、s i 的分布变 化，循环机理等诸多内容。沉积物一海水界面作为海洋中最重要的界面之一，是 水体和沉积物之间物质交换和输送的重要途径。它对海洋中物质的循环、转移和 储存有着重要的作用，是全球变化研究中必不可少的一环。界面附近生态环境与 海水和沉积物有很大差别，因此物质在该界面附近的行为既不同于沉积物也不同 于海水中。沉积物一海水界面化学作为化学海洋学的一个重要部分，近年来得到 了迅速发展，“全球海洋通量联合研究”( j g o f s ) 的目的之一就是估算海底沉积 物一海水界面上物质通量，为建立元素的海洋生物地球化学循环模型提供基本参 数。 江河径流、生物活动以及人类排废带入海洋的各种陆源碎屑、有机物质、悬 浮颗粒等，经过一定的循环后最终埋入沉积物。由于有机物质的分解，沉积物中 各种早期化学成岩反应往往使得沉积物间隙水中生物营养元素( 如n 、p 、s i 等) 的浓度高于上覆水体，这些高浓度的营养盐通过底栖生物活动、浓差扩散等过程， 又不断的迁移到上覆水体( a l l e r ，1 9 8 0 ) 。一般来说，浅海生态系统的生产力与 海底的生化过程密切相关( c l o e r n ，1 9 9 6 ) 。所以海底沉积物一海水界面的化学 过程对控制上覆水体和沉积物环境的化学性质、各种营养要素和污染物质的生物 地球化学循环等起着相当重要的作用。 1 1 4 2 营养盐在沉积物一海水界面上交换的研究现状 沉积物一海水之间的交换是水体中有机物和无机营养盐来源和去向的重要 过程之一，在浅海海域，当外部的营养盐输入减少时，从沉积物释放的营养盐可 成为满足生产力需要的重要因子，有研究者甚至发现沉积物一海水界面上“各种 形态n 的通量要比河流输入高l o 倍”( b a u m e r t ，1 9 9 6 ) ，因而沉积物一海水之间 的交换过程是研究生态系统所不可缺少的一部分。 水底沉积物中营养物质的再生，对于水体中营养盐的收支循环动力学和初级 生产力的维持有着极其重要的作用( t r e g u e re ta 1 ，1 9 9 5 ；g i b l i n ，1 9 9 7 ) ， 在水深小于5 米的浅海区域，这种作用显得尤为重要( k e m pe ta 1 ，1 9 9 2 ) 。据 6 东、荚海露养薤的分布和沉积物- 承界蘧交换通筮 文献报道，在m o b il e 湾和某些河口区再生的营养盐可提供浮游植物所需n 的2 0 - - 9 4 ，p 的王o - - 8 3 ( f i s h e re ta l 。，1 9 8 2 ；c o w a ne ta l 。，1 9 9 6 ) 。马 萨诸塞州波士顿港底部营养盐的再生量相当子浮游植物所需n 的4 0 、p 的2 9 、s i 的6 0 ( g i b l i n ，1 9 9 7 ) 。在h i r o s h i m a 海湾，沉降到海底的颗粒n 和颗 粒p 的6 0 一7 0 可以通过沉积物中营养盐的释放重新回到水体( s e i k ie ta l 。， 1 9 8 9 ) 。在c h e s a p e a k e 湾，沉积物中营养盐的释放量占整个海湾营养盐总负荷的 1 0 - - 4 0 ( b o y n t o na n dk e m p ，1 9 8 5 ) 。在p o r tp h i l i p 海湾，通过深海底再生， 每年向整个海湾输入6 3 的n 和7 2 的p ( b e r e l s o ne ta l 。，1 9 9 8 ) ，然焉整 个海湾沉积物的反硝化损失量相当于可再循环n 的6 3 ( b e r e l s o ne ta 1 ， 1 9 9 8 ) 。对于北大西洋9 个河阴系统元素收支的研究结果表明，进入该生态系中 的n 3 0 一弱经过反硝化丽损失，或被沉积物隔绝焉不能进入邻近海区( n i x o n e ta 1 ，1 9 9 6 ) 。在黑海西北部，p 和s i 在沉积物一海水界面上的交换通量与 d a n u b e 河的p 和s i 输入的数量级相当，而n h 4 + 的通量仅为河流输入的1 0 ( f r i e d l ，1 9 9 8 ) 。南大西洋东部，底界面s 主的通量约6 2 1 0 n 瑟m o l y ，是该 地区主要陆源( z a i r e 河) s i 0 3 2 输入量的四倍( z a b e l ，1 9 9 8 ) 。 与西方国家进行的大量研究相比，国内在这方面的研究起步相对较晚，所做 的工作也较少。国内有关沉积物闻隙水营养盐及通量的研究，大多数集中子溽墨、 海湾以及大陆架( 廖先贵，1 9 8 4 1 沈志良，1 9 9 1 ；顾德宇，1 9 9 5 ；丘耀文，1 9 9 9 ； 郑蕊波，2 0 0 3 ；王军，2 0 0 6 ；戚晓红，2 0 0 6 ) 。李延等( 1 9 9 1 ) 发现在东海某些 组分( 如：p ，s i ，n h 4 1 - 等) 的扩教通量明显偏低，这是邈于东海位于开阔海域， 沉积物反应的表观活化能远大于近岸港湾沉积物，其元素不易溶出与吸收。宋金 明( 1 9 9 7 ) 利用现场培养，间隙水浓度梯度估算法结合成岩模型估算了南黄海和 东海交界地区以及南沙海域沉积物一海水界面的物质交换通量。刘素美等( 2 0 0 0 ) 用实验室培养法和早期成岩模型计算了黄、渤海营养盐在沉积物一海水界面上的 交换速率。在渤海，每年沉积物向海水提供的p 和s i 分别占渤海p ，s i 循环总量 的8 6 4 和3 1 7 ( 宋金明等，2 0 0 0 ) 。另外，a l l e r ( 1 9 8 5 ) 利用早期成岩模 型计算了东海长江口地区n 和s i 的交换速率；蒋风华( 2 0 0 2 ) 研究了营养盐在 胶州湾一海水界面上的交换速率和通量；舄莹( 2 0 0 6 ) 等研究了营养盐在珠江口沉 积物一水界面的交换通量。各海区的交换速率见表圭。 7 东、黄海营养盐的分布和沉积物水界面交换通量 表1 海洋沉积物一水界面间营养盐的交换速率( “m o l m - 2 h _ 1 ) 海域 n h 4 +n 0 3 一p 0 4 3 s i 0 3 2 一 文献 赤道太平洋 一2 5 7 5 0 1 5 2 14 1 3 9 1h o m m o n de t a 1 ，1 9 9 6 太平洋东北大陆 o 0 6 4一o 8 6 0 o 0 4o 7 9 d e v o l e t 边缘 - 0 1 41 2 9 3 a 1 ，1 9 9 3 大西洋中部大陆 1 3 3 6 9- 1 3 2 0 5 7 91 5 8 j a h n k e e t 坡沉积中心 7 22 3 6 6 a 1 ，2 0 0 0 m o b i l e 海湾 一2 2 1 8 11 4 6 72 2 0一1 5 3 4 2 t e x a s 海滨 4 3 3 1 5 f o u r le a g u e 海湾一5 0 4 5 0 - 6 8 0 ，、一5 0 1 8 6 2 0 s o u t hr i v e ro 2 6 70 0 5 88 3 2 3 n e u s er i v e r 7 1 4 5 40 o 6 4- 2 3 4 6 c a p e l o o k o u t2 8 1 0 2 31 7 9 7 b g h t c o w a ne t c h e s a p e a k e 湾( 平 一1 5 5 1 5- 0 7 6 2- 1 2 1 8 8 a 1 ，1 9 9 6 均) 2 1 - 1 c h e s a p e a k en o r t h一3 4 1 0 1 - 1 1 7 9一1 6 33 4 2 0 2 湾 l o w e r 湾 1 5 1 8 18 1 9- 1 5 1 35 3 2 5 5 p a t u x e n er i v e r1 0 2 0 01 2 5 0 1 5l l o 5 7 5 3 7 5 l o n g i s l a n d1 2 1 3 34 6 - 4 4 2 s o u n d n a r r a g a n cis c o 7