东、黄海营养盐的分布和沉积物—水界面交换通量

论文摘要

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-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-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2006年10月-2007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,2006年秋季航次表明NO3-、PO43-、SiO32-、DIN、TDP、TDN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,DIN以NO3-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; 2007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NO3-, PO43-,TDP,SiO32-的汇,NH4+,DIN,DON的源;因此随着富营养化程度的增加,Si作为群落结构控制因子的可能性逐渐增加,因此Si由上覆水向沉积物中扩散以及DIN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PO43-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-海水界面上营养盐的交换通量位于中等水平。利用2006年4月、7月、11月和2007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, NO3--N、NO2--N、PO43-、DOP、TDP和SiO32-皆是秋季最高,NH4+-N、DON、TDN含量则为夏季最高;除DON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NH4+、PO43-和SiO32-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。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 前言
• 1 综述
• 1.1 海洋中营养盐的研究意义和来源
• 1.1.1 河流输入
• 1.1.2 大气输入
• 1.1.3 与开放海域海水的交换
• 1.1.4 沉积物－海水界面交换
• 1.2 本论文的研究内容及目的
• 2 实验部分
• 2.1 仪器和试剂
• 2.1.1 仪器
• 2.1.2 试剂
• 2.2 分析方法
• 2.2.1 无机溶解态营养盐
• 2.2.2 溶解态有机氮、磷
• 3 黄、东海营养盐的分布规律
• 3.1 概述
• 3.2 样品采集及预处理
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 黄海2006 年10-11 月航次
• 3.3.2 黄海2007 年3-4 月航次
• 3.3.3 东海2006 年11-12 月航次
• 3.3.4 2007 年2-3 月航次
• 3.4 小结
• 4 东、黄海沉积物-水界面营养盐交换通量的研究
• 4.1 前言
• 4.2 样品采集及预处理
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 实验室培养法各溶解态营养盐交换通量的结果
• 4.3.2 扩散通量计算法各溶解态营养盐通量的结果
• 4.3.3 实验室培养法与扩散通量计算法测得结果的对比
• 4.3.4 不同海域的比较
• 4.4 小结
• 5 桑沟湾养殖海域营养盐的分布及其行为
• 5.1 概述
• 5.2 样品采集及预处理
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 营养盐的平面分布
• 5.3.2 桑沟湾营养盐的周日变化
• 5.3.3 营养盐季节变化
• 5.3.4 营养元素之间的比值与营养盐限制
• 5.3.5 桑沟湾沉积物-水界面营养盐扩散通量的估算
• 5.4 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 致谢