浅海贝藻养殖水域沉积物再悬浮的发生机制及生态效应

论文摘要

沉积物再悬浮作为一个比较普遍的物理现象,对浅海生态系统污染物的生物地球化学循环具有强烈的干扰作用。本研究以我国北方重要养殖海湾——桑沟湾为研究对象,从物理、化学、生物三个角度出发,研究了沉积物再悬浮的发生过程以及再悬浮介质-沉积物的源汇转换角色及其与养殖藻类的关系,构建了波流耦合模型和再悬浮颗粒物浓度预测数学模型。主要研究结果如下:1)桑沟湾的海湾动力比约为1.54,沉积物具有发生再悬浮的潜在动力条件;波流耦合切应力的计算公式为τcw=τc+2（τc（τ|^）w）1/2sinθ+（τ|^）wsin2θ。2)悬浮颗粒物浓度（SSC）与浊度（NTU）之间符合线性方程SSC=15.908×ln（NTU）+7.0888（n=33,R2=0.7209）;碎屑有机碳库是桑沟湾养殖生态系统中最大的有机碳库,占总POC库储量的81.87%。3)沉积物再悬浮的临界切应力在0.059 N/m2左右,耦合切应力与悬浮颗粒物浓度符合方程τcw= 238.06 SSC + 25.215（n=25,R2 = 0.7298）;最大剪切深度可达8.81 cm;桑沟湾沉积物再悬浮通量的数量级在10-5～10-6kg·m-2·s-1之间,再悬浮临界风速约为5.51 m/s,全年约有171天沉积物处于再悬浮状态;沉积物再悬浮颗粒物浓度可以用模型SSC = 25.23W0.92/2.67+〔SSC（0）-25.23W0.92/2.67〕e-（2.67t/h）进行预测。4)桑沟湾表层沉积物总氮的含量范围313.091094.44μg/g,有机氮是总氮的主要形态,平均占总氮的60.86%;交换态氮是无机氮的主要形式,平均占无机氮的71.40%,交换态氮中NO3--N的含量最大;桑沟湾表层沉积物的TOC/TN比值为9.38,表明沉积物中有机质具有混合来源的特征;无机磷是桑沟湾表层沉积物中磷的主要形态,平均占总磷的73.33%,钙结合磷是无机磷的主要赋存形态;表层沉积物中潜在生物有效性磷的含量占总磷的86.54%,具有很强的释磷潜力。桑沟湾重金属的潜在生态危害指数RI约为36.17,表明重金属的潜在生态危害轻微。5)再悬浮过程中沉积物春季表现为氮磷源,释放溶解无机氮和磷酸盐;夏、秋季表现为氮汇磷源,释放磷酸盐而吸附溶解无机氮;冬季表现为氮磷汇,吸附磷酸盐和溶解无机氮。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 引言
• 第二章 桑沟湾沉积物再悬浮的发生机制
• 第一节 桑沟湾沉积物发生再悬浮的潜在动力条件
• 第二节 桑沟湾沉积物发生再悬浮的动力机制
• 1 材料与方法
• 2 结果和讨论
• 2.1 桑沟湾风浪特征
• 2.1.1 风速
• 2.1.2 波要素
• 2.1.3 底层海流特征
• 2.2 波浪、底流切应力
• 2.2.1 底流切应力
• 2.2.2 波浪切应力
• 2.3 波、流叠加效应
• 第三节 桑沟湾悬浮颗粒物浓度观测及组成成分分析
• 1 材料与方法
• 1.1 样品采集
• 1.2 分析方法
• 1.2.1 总悬浮颗粒物分析
• 1.2.2 叶绿素a含量分析
• 1.2.3 异养细菌计数
• 1.2.4 浮游动物生物量测定
• 1.2.5 颗粒有机碳（POC）的测定
• 2 结果和讨论
• 2.1 近底层悬浮颗粒物浓度
• 2.2 悬浮颗粒物组成成分
• 2.2.1 异养细菌数量的季节变化及平面分布
• 2.2.2 浮游动物生物量
• 2.3 各有机碳库储量及占总有机碳的比例
• 第四节 桑沟湾沉积物再悬浮的临界切应力及再悬浮通量
• 1. 材料和方法
• 1.1 临界切应力的确定
• 1.2 沉积物剪切深度的确定
• 1.3 再悬浮通量和沉降通量
• 2. 结果和讨论
• 2.1 临界切应力
• 2.2 沉积物剪切深度
• 2.2.1 切应力梯度法
• 2.2.2 当量厚度法
• 2.3 再悬浮通量和沉降通量
• 第五节 沉积物再悬浮颗粒物浓度预测模型
• 1. 模型建立
• 2. 模型参数最优估算
• 3. 模型灵敏度分析
• 小结
• 第三章 桑沟湾沉积环境化学研究
• 第一节 桑沟湾沉积物氮的赋存形态及储存量
• 1 材料与方法
• 1.1 样品采集及预处理
• 1.2 分析方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 表层沉积物中氮的赋存形态及分布特征
• 2.2 沉积物中有机物来源的量化分析
• 2.3 各形态氮在沉积物中的储存量
• 第二节 桑沟湾沉积物中磷的赋存形态及生物有效性
• 1 材料与方法
• 1.1 样品采集及预处理
• 1.2 分析方法
• 1.2.1 样品处理及测定
• 1.2.2 数据处理及误差控制
• 2 结果与分析
• 2.1 表层沉积物中磷的赋存形态与含量
• 2.2 表层沉积物中各形态磷的平面分布
• 2.3 各形态磷之间的相关关系
• 3 讨论
• 3.1 磷形态分析方法的选择
• 3.2 不同形态磷的作用及来源
• 3.3 磷的生物有效性
• 第三节 桑沟湾养殖水域重金属环境地球化学研究
• 1 材料与方法
• 1.1 样品采集及预处理
• 1.2 测定方法
• 1.3 重金属潜在生态危害评价
• 1.4 数据处理
• 2 结果与讨论
• 2.1 水体中重金属含量
• 2.2 贝类体内重金属含量
• 2.3 沉积物中重金属含量
• 2.3.1 沉积物中重金属的含量与分布
• 2.3.2 潜在生态危害评价
• 小结
• 第四章 桑沟湾贝藻养殖水域沉积物再悬浮的生态效应
• 第一节 再悬浮沉积物-水界面溶解无机氮的交换行为
• 1 材料与方法
• 1.1 样品采集和预处理
• 1.2 再悬浮过程中溶解无机氮的释放模拟
• 1.3 再悬浮沉积物对溶解无机氮的吸附模拟
• 1.4 溶解无机氮在再悬浮沉积物-水界面的分配平衡
• 1.5 测定方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 再悬浮过程中溶解无机氮的释放特征
• 2.2 再悬浮过程中溶解无机氮的吸附特征
• 2.3 吸附等温线及平衡质量浓度 EPC0
• 第二节 再悬浮沉积物-水界面磷酸盐的分配平衡机制
• 1 材料与方法
• 1.1 样品采集和预处理
• 1.2 再悬浮沉积物对磷酸盐的释放动力学
• 1.3 再悬浮沉积物对磷酸盐的吸附动力学
• 1.4 磷酸盐在再悬浮沉积物-水界面的分配平衡
• 2 结果与分析
• 2.1 磷酸盐的释放动力学
• 2.2 磷酸盐的吸附动力学
• 2.3 吸附等温线及吸附-释放平衡质量浓度
• 2.4 磷的平衡质量浓度与磷形态之间的相关关系
• 3 讨论
• 第三节 沉积物再悬浮对水体氮、磷营养盐的影响
• 1 材料与方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 沉积物再悬浮的频度
• 2.2 沉积物再悬浮对水体氮、磷营养盐的影响
• 小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢