發(fā)布時間：2017-12-16 04:20

  本文關(guān)鍵詞：海洋酸化與海岸帶生源要素和微量元素歸趨及形態(tài)的相互作用研究

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【摘要】：除海洋碳系統(tǒng)之外,海洋中的有機和無機化學(xué)環(huán)境將大范圍地受海洋酸化的影響。與碳化學(xué)受酸化影響相似,海水中存在酸堿平衡的其他弱酸也將受到CO32-濃度降低、HCO3-濃度增加以及溶解態(tài)CO2濃度增加的影響。酸化將引發(fā)這類物質(zhì)進行與p H值降低相關(guān)的形態(tài)轉(zhuǎn)化和介質(zhì)遷移。但關(guān)于海洋酸化對海洋生態(tài)系統(tǒng)中重要元素形態(tài)和歸趨影響的研究還很少。因此,研究生源要素和微量元素形態(tài)和歸趨對海洋酸化的響應(yīng)及作用機制,以及他們在未來高CO2海洋環(huán)境中的地球化學(xué)特征是非常必要的。本學(xué)位論文設(shè)計并模擬不同程度的海水酸化(p H≈8.0、7.5、7.0),研究了不同程度酸化前后上覆海水、間隙水、沉積物及懸浮顆粒物中幾種生源要素(C、N、P、Si)和微量元素(Pb、Ni、Sc、V、Cd、Mn、Fe、Cu、Zn、Hg、As、Cr)濃度和賦存形態(tài)的變化規(guī)律,探討了海水-沉積物系統(tǒng)中生源要素和微量元素形態(tài)和歸趨對酸化的響應(yīng)機制,并通過對萊州灣西南部海岸帶水體中生源要素和p H的調(diào)查,考察了實際海岸帶體系中生源要素與酸化的相互作用關(guān)系,通過對萊州灣潮間帶沉積物中微量元素(Cd、Cr、Cu、Hg、Ni、Pb、Zn、As)的調(diào)查,考察了萊州灣潮間帶沉積物重金屬污染狀況,分析預(yù)測了酸化對萊州灣潮間帶沉積物重金屬污染狀況的影響,獲得了一系列新的結(jié)果和認識。海水酸化可能促使更多的營養(yǎng)鹽從體系的其他介質(zhì)遷移到上覆水中。模擬酸化導(dǎo)致上覆水中總氮(TN)、氨氮(NH4-N)、總磷(TP)、活性磷酸鹽(PO4-P)、溶解態(tài)硅酸鹽(DSi)含量增加,從p H≈8.0降低到p H≈7.0,增加的最大幅度分別為:27.7%、48.8%、153%、23.6%和13.1%,分別在模擬實驗的第1 d、30d、60 d、7 d和30 d達到,而使硝態(tài)氮(NO3-N)含量降低;隨酸化時間延長上覆水中TN含量總體呈減少趨勢,說明酸化對上覆水中氮的影響隨時間延長減弱;隨酸化程度增加和酸化時間延長,上覆水中的溶解態(tài)硅酸鹽(DSi)含量持續(xù)增加,說明酸化對上覆水中硅的影響隨時間延長增強。間隙水中TN、NH4-N和DSi含量隨酸化增加,而NO3-N、NO2-N、TP和PO4-PII含量隨酸化降低,從p H≈8.0降低到pH≈7.0,降低幅度分別在模擬實驗的第30 d、30 d、60 d和60 d達到最大值分別為:40.2%、79.6%、83.8%和93.2%;說明酸化導(dǎo)致更多的NH4-N和DSi遷移到間隙水,而使NO3-N、NO2-N和PO4-P從間隙水遷出。從p H≈8.0降低到p H≈7.0,沉積物中的無機碳(DIC)、TN和TP含量隨酸化降低,降低的最大幅度分別為:79.2%、26.3%和13.9%,分別在模擬實驗的第15 d、1 d和7d達到,說明酸化促進了它們從沉積物中的遷出;程度為p H≈8.0的酸化對沉積物中的磷含量影響不大,但隨酸化程度加劇,沉積物中松散結(jié)合態(tài)磷、鐵結(jié)合態(tài)磷和自生態(tài)磷含量隨酸化降低,它們受酸化影響大小順序為:自生態(tài)磷鐵結(jié)合態(tài)磷松散結(jié)合態(tài)磷。懸浮顆粒物中的DIC含量隨酸化降低,在模擬實驗進行的第1 d就達到最大值66.7%;TN含量在模擬酸化30 d前隨酸化增加,30 d后隨酸化降低,最大幅度為22.9%;而TP、無機磷(IP)和生物可利用磷(Bia P)含量隨酸化增加,增加量隨時間變化基本呈先增加后減少趨勢,說明酸化可能導(dǎo)致更多的磷遷移到懸浮顆粒物中。海水酸化可能導(dǎo)致沉積物中的Fe和Mn向上覆水溶出,溶出最大量可分別達到48.2%和45.9%。Fe和Mn的溶出可能導(dǎo)致在沉積物中與鐵錳氧化物結(jié)合存在的大部分元素含量降低。沉積物中V、Zn、Pb、As、Cr和Cu的含量隨酸化降低,中長期酸化(15d)對各元素含量影響的大小順序大致為:AsFeMnVCrZnPbCu;沉積物中Ni和Co的含量隨酸化增加,影響大小順序為:CoNi;沉積物中Sc和Cd的含量對酸化不敏感;模擬酸化對沉積物中的Ca和Μg含量影響不大,可能會導(dǎo)致Na含量有所降低;短期酸化(7 d)可能使沉積物中Al含量有所升高,而中長期酸化可能導(dǎo)致沉積物中Al含量減少。懸浮顆粒物中Zn、Mn、V、Ni和Sc的含量隨酸化降低,中長期酸化(長于15 d)對各元素含量影響大小順序大致為:NiZnMnScV;懸浮顆粒物中Fe和As含量隨酸化增加,影響大小順序為:FeAs;懸浮顆粒物中Pb、Cr、Cu、Co和Cd含量對酸化不敏感。各種微量元素的不同賦存形態(tài)受酸化影響各不相同,多數(shù)元素的酸可溶態(tài)和可還原態(tài)受酸化影響較大。營養(yǎng)鹽含量的增加,特別是DIN和DSi含量的增加可能加劇萊州灣西南海岸帶水體的酸化,該區(qū)域的酸化對營養(yǎng)鹽結(jié)構(gòu)變化不敏感。萊州灣西南岸潮間帶表層沉積物中As、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn處于無污染和低生態(tài)風(fēng)險狀態(tài);而Cd和Hg處于中度污染和中度到中高等風(fēng)險狀態(tài)。酸化可能影響萊州灣海岸帶沉積物重金屬的污染狀況,導(dǎo)致某些重金屬從沉積物溶出,對該區(qū)域Cd和Hg的影響值得引起關(guān)注。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院煙臺海岸帶研究所
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P734

【參考文獻】

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本文編號：1294672