长江口潮滩湿地生源要素氮的生物地球化学过程研究

论文摘要

河口滨岸潮滩是陆地、海洋和大气之间各种过程相互作用最为活跃的界面，是地球系统中最富有生机的多功能生态系统之一，具有独特的生态价值和资源潜力，对人类的生存和经济发展起着十分重要的作用。同时，受陆海相互作用影响，河口滨岸潮滩地区各种物理、化学、生物因素变化十分剧烈，具有波潮径流水动力作用强烈、物质交换频繁、物理化学要素变化梯度大等环境特征，是一个典型的环境脆弱带，对于各种自然过程变化引起的波动和人类活动的影响反应十分敏感。随着人口的不断增长和经济的飞速发展，大量污染物输入到河口滨岸地区，给水体环境质量造成了不同程度的威胁，对潮滩环境的初级生产力、生物多样性以及滨岸生态系统结构与功能等产生深刻的负面效应。其中，由营养盐过量输入与累积而引起的水体富营养化（赤潮）对河口滨岸潮滩生态环境产生的潜在影响与危害，早在二十世纪六、七十年代就引起了人们的广泛关注，当前该环境问题已经成为国际海岸带研究的热点和重点之一。 氮是影响河口及其近岸生态系统富营养化发生和演变的关键生源要素之一，目前，人为氮输入已经大大超过了它的天然输入，这些高负荷的氮素绝大多数滞留于河口与近岸地带。因而，由氮素过量输入与富集而引发的河口及近岸水体富营养化是当今面临的一个全球性重大环境问题。河口滨岸潮滩作为营养盐氮的主要源、汇和转换器之一，在河口营养状况的控制以及河口氮循环过程中扮演着十分重要的角色，但是目前有关氮素在河口滨岸潮滩这一复杂环境系统内的迁移转化过程及其影响机制尚缺乏深入研究。鉴于此，以长江口作为典型研究区域，探讨了河口滨岸潮滩氮素生物地球化学循环中的关键过程，并取得了以下主要认识和研究成果：（1）利用潮滩沉积物-水界面间无机氮的浓度梯度，并依据Fick’s第一定律对无机氮的界面迁移扩散与沉积物的源-汇效应进行了研究和探讨。结果表明，氨氮（NH4+-N）扩散通量的时空分布比较复杂，孔隙水中NH4+-N的再生过程是控制其界面扩散通量的主要因素。在潮滩环境系统内，NH4+-N的界面扩散以负通量为主，即NH4+-N主要由沉积物向上覆水中扩散，反映了沉积物是上覆水中NH4+-N的重要来源之一。对硝态氮（NO3--N）而言，其界面扩散以正通量为主，即NO3--N主要自上覆水向沉积物中扩散，说明沉积物是上覆水中NO3--N的重要蓄积库（汇），对削减上覆水中高含量的NO3--N具有重要的环境意义。NO3--N界面扩散通量的空间分布显示，在浒浦至石洞口采样岸段，NO3--N的界面扩散通量较小，而在吴淞口至芦潮港采样岸段，NO3--N的界面扩散通量普遍较高，并且研究发现上覆水与孔隙水之间的NO3--N浓度梯度是控制NO3--N界面扩散时空变化差异的主要因素。（2）基丁长江口岸带潮滩沉积环境的分异特征，选择东海农场站位作为典型的野外现场监测点，并依据潮滩暴露期间沉积物中氨氮的变化量，对沉积物中氨氮的再生过程进行了分析和探讨。研究发现，在潮滩暴露期间沉积物中吸附态氨氮含量呈现明显的增加趋势，而溶解态氨氮含量变化相对比较复杂。根据潮滩暴露过程中氨氮的累积量，计算了沉积物中氨氮的再生速率，估算结果表明潮滩表层沉积物中氨氮具有较快的再生过程，再生速率约为496.89

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 长江口潮滩无机氮的界面迁移扩散与影响机制
• 1.1 引言
• 1.2 野外采样与实验方法
• 1.3 结果与讨论
• 1.3.1 上覆水中无机氮的时空分布与影响因素
• 1.3.2 表层孔隙水中无机氮的时空分布与影响因素
• 1.3.3 沉积物-水界面无机氮的动态交换及生态效应
• 1.4 小结与认识
• 参考文献
• 4⁺-N的再生过程及生态效应'>第二章 暴露期间长江口潮滩沉积物NH₄⁺-N的再生过程及生态效应
• 2.1 引言
• 2.2 研究区域概况
• 2.3 野外采样与实验方法
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 沉积物理化性质特征
• 2.4.2 暴露期间沉积物含水率与温度变化
• 4⁺-N变化'>2.4.3 暴露期间沉积物中NH₄⁺-N变化
• 4⁺-N再生与迁移过程'>2.4.4 NH₄⁺-N再生与迁移过程
• 2.5 小结与认识
• 参考文献
• 4⁺-N的的吸附特征'>第三章 长江口潮滩沉积物对NH₄⁺-N的的吸附特征
• 3.1 引言
• 3.2 野外采样与实验方法
• 3.2.1 采样区域概况
• 3.2.2 样品采集
• 3.2.3 实验模拟方法
• 3.2.4 沉积物理化性质测定
• 3.3 结果
• 4⁺-N的等温吸附特征'>3.3.1 沉积物对NH₄⁺-N的等温吸附特征
• 4⁺-N吸附过程的影响'>3.3.2 盐度对NH₄⁺-N吸附过程的影响
• 3.4 讨论
• 3.5 小结与认识
• 参考文献
• 第四章 半月大小潮变化对长江口潮滩氮素生物地球化学过程的影响
• 4.1 引言
• 4.2 研究区概况
• 4.3 样品采集与实验模拟
• 4.3.1 样品采集
• 4.3.2 实验模拟
• 4.3.3 化学分析与测试
• 4.3.4 底栖通量计算
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 沉积物理化特征
• 4.4.2 无机氮的底栖扩散通量
• 4.4.3 水溶性盐分的剖面分布
• 4.4.4 无机氮的剖面分布
• 4.5 小结与认识
• 参考文献
• 在站期间撰写的主要论文
• 致谢