长江口潮滩湿地主要生源要素的动力学过程研究

论文摘要

世界大型河口沉积物间隙水中营养盐的剖面以及沉积物-水界面营养盐交换通量等研究对于了解生源要素在河口系统的分布格局和生物地球化学循环规律，河口及河口区最大混浊带对河流陆源输入物质的影响和改造，河口、海岸、大陆架环境对全球大洋生源要素通量和收支的贡献具有重要意义。本论文主要是基于在2005年3月至2006年2月间，对长江口崇明东滩典型站点（包括高潮滩、中潮滩和低潮滩）沉积物间隙水中营养盐剖面以及沉积物-水界面营养盐交换通量进行了为期一年、每月一次的观测。另外，通过长江口12个站点在2005年11月大潮和小潮各2个M2潮周期内（约25个小时）的准同步观测，研究了潮汐作用对长江口营养盐分布的影响；并通过既包括物理参数，又包括化学参数的箱式模型，研究了各种营养盐的来源途径对长江口固定区域营养盐收支的贡献。论文取得的主要研究成果如下： 1．长江口崇明东滩沉积物中生源要素的循环对长江口崇明东滩潮间带高、中、低潮滩典型沉积物柱状样进行了生物硅含量（BSi）测定。BSi的测定采用了7h的碱液连续提取法以校正样品中粘土矿物中非生物硅的溶出对测定结果的影响，结果表明：与渤海和黄海沉积物类似，研究区域沉积物BSi含量也处在较低水平（小于0.5 Si％）；沉积物中所含有的陆源粘土矿物也使SiO32-在间隙水中的浓度（小于250 μM）远远低于纯BSi的溶解度；高潮滩和中潮滩沉积物中BSi、N以及N／BSi等指标随浓度都呈现出降低的趋势，反映了沉积物中的N以及BSi在早期成岩过程中的降解，并且N比BSi降解得快；沉积物中δ 15N值与N、N／BSi等指标都具有一定的正相关关系，显示在早期成岩过程中，与14N相比，15N更容易从有机物中释放出来；粒径较粗、有机质含量较少、无植被覆盖以及根系影响的低潮滩沉积物则不具备上述趋势，显示出了与高、中潮滩完全不同的沉积物性质。此外，在沉积物中部，发现了N、N／BSi等指标异常的变化，也反映了修坝、台风等偶然事件对研究区域沉积过程的影响。上述研究为今后进一步研究硅等生源要素在长江口海域上覆水-沉积物系统中的生物地球化学循环过程、控制因素及其时空变化提供了依据。 2．崇明东滩沉积物间隙水中生源要素的分布特点及季节变化对连续12个月长江口崇明东滩高、中、低潮滩典型站点沉积物间隙水中各营养盐成分含量及其随深度的变化观测，结果显示：研究区域间隙水中NH4+和SiO32-的浓度一般在200-500 μM之间，高、中、低潮滩间显示出了不同的分布特点；与高潮滩和中潮滩相比，没有植被覆盖、粒径较粗的低潮滩往往具有较高的NH4+浓度和较低的SiO32-浓度；SiO32-随季节的变化主要受温度的影响，而NH4+

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前言

第1章绪论

1.研究意义

2.国内外相关研究现状

2.1 间隙水的取样及测定

2.2 沉积物-水界面交换通量

2.2.1 通量的实际测量结果与用间隙水浓度梯度计算得到的分子扩散通量的比较

2.2.2 生物作用对沉积物-水界面通量的影响

2.2.3 沉积物对各类物质的输入与陆源输入的比较

2.3 沉积物中的生物硅以及硅循环

2.4 有机物在沉积物中的降解以及早期成岩作用模型

第2章研究区域与研究方法

1.研究区域

1.1 主要的沉积环境特征

1.2 冲淤规律

1.3 沉积物化学性质

1.4 潮滩植物及其对沉积地貌的影响

1.5 沉积物中大型底栖动物

1.6 人为活动对潮滩发育的影响

2.研究方法

2.1 样品采集

2.2 间隙水的制取

2.3 沉积物-上覆水营养盐交换通量的培养实验

2.4 生物硅样品的制取

2.5 样品分析

2.5.1 实验使用化学试剂介绍

2.5.2 营养盐测试染色剂的配置

2.5.3 营养盐测试标准溶液的配置

2.5.4 营养盐分析仪

2.5.5 同位素质谱仪

2.5.6 流式细胞仪

第3章长江口崇明东滩沉积物中生源硅的地球化学分布特征

1.引言

2.材料与方法

3.结果与讨论

3.1 沉积物中BSi的提取

3^2-浓度随深度的变化'>3.2 沉积物中BSi以及间隙水中SiO₃^2-浓度随深度的变化

15N等参数随深度的变化'>3.3 沉积物中有机氮N（％）、N／BSi和δ¹⁵N等参数随深度的变化

4.结论

第4章长江口崇明东滩沉积物间隙水中营养盐剖面及其季节变化

1.引言

2.材料与方法

3.结果与讨论

3^2-和NH₄⁺的浓度剖面'>3.1 间隙水中SiO₃^2-和NH₄⁺的浓度剖面

3^2-和NH₄⁺浓度在高、中、低潮滩之间的比较'>3.2 间隙水中SiO₃^2-和NH₄⁺浓度在高、中、低潮滩之间的比较

3^2-和NH₄⁺浓度随季节的变化'>3.3 间隙水中SiO₃^2-和NH₄⁺浓度随季节的变化

2^-+NO₃^-的分布剖面及其对反硝化作用的指示'>3.4 间隙水中的NO₂^-+NO₃^-的分布剖面及其对反硝化作用的指示

3.5 各种营养盐在上覆水和间隙水中的分布格局

4.结论

第5章长江口崇明东滩沉积物间隙水中营养盐剖面及其数学模拟

1.引言

2.材料与方法

3.结果与讨论

3.1 间隙水中营养盐的实测浓度

4⁺和SiO₃^2-浓度剖面的数学模拟'>3.2 沉积物中NH₄⁺和SiO₃^2-浓度剖面的数学模拟

3.2.1 模型介绍

3^2-的模拟'>3.2.2 SiO₃^2-的模拟

4⁺的模拟'>3.2.3 NH₄⁺的模拟

3.2.4 进一步的讨论

4.结论

第6章春季长江口崇明东滩沉积物-水界面交换过程对长江营养元素的截留

1.引言

2.材料与方法

3.结果与讨论

3.1 研究区域沉积物的基本特征

3.2 沉积物间隙水中营养盐剖面

3.3 沉积物-水界面营养盐的垂直交换通量

4.讨论

4.1 生物作用对营养盐在间隙水中剖面的影响

4.2 沉积物-水界面交换通量与分子扩散通量的比较

4.3 沉积物-水界面营养盐的收支

4.4 盐度对沉积物-水界面交换通量的影响

5.结论

第7章长江口潮间带沉积物-水界面营养盐交换通量研究

1.前言

2.材料与方法

3.结果

3^2-'>3.1 SiO₃^2-

3^-'>3.2 NO₃^-

4⁺'>3.3 NH₄⁺

2^-'>3.4 NO₂^-

4^3-'>3.5 PO₄^3-

2'>3.6 O₂

4.讨论

4.1 影响底层交换通量的因素

4.1.1 盐沼植物以及底层生产力的吸收

4.1.2 生物灌溉作用

4.1.3 Other factors

4.2 季节变化

4.3 反硝化速率的估算

5.结论

第8章秋季长江口潮周期内海流、盐度以及营养盐分布的小尺度变化

1.前言

2.取样与方法

3.结果与讨论

3.1 物理化学要素的基本特征

3.1.1 流速与流向

3.1.2 温度与盐度

3.1.3 营养盐

3.2 大潮和小潮的比较

3.3 营养盐随潮汐的变化

3.4 营养盐的收支

3.5 进一步的讨论

4.结论

第9章总结

1.氮硅等元素在沉积物中的固态分布特征

2.间隙水中的营养盐剖面及其数学模拟

3.营养盐沉积物-水界面交换通量及季节变化

4.潮汐作用对长江口海域营养盐分布的影响

参考文献

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致谢

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