本文關(guān)鍵詞：長江口缺氧區(qū)耗氧有機物的來源

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【摘要】：20世紀50年代以來,隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展,人類活動已經(jīng)嚴重影響了區(qū)域生態(tài)環(huán)境,近海環(huán)境中缺氧區(qū)的報道不斷增多,已成為全球性的重大環(huán)境問題。普遍認為,水體的層化和營養(yǎng)鹽的大量輸入引發(fā)的藻類過度繁殖及其后續(xù)的降解耗氧是造成近海區(qū)域缺氧的主要原因；但也有研究認為,河流直接輸入的有機物是缺氧區(qū)耗氧有機物的另一種可能的來源；目前對河流輸入的外源有機物和浮游植物自生的有機物在維持河口、湖泊耗氧呼吸作用的相對重要性還不清楚,所以,甄別和定量研究缺氧區(qū)耗氧有機物來源意義重大。 本論文以長江口缺氧區(qū)作為主要研究案例,通過端元混合模式,甄別水團混合和生物地球化學反應對溶解無機碳濃度和同位素組成的影響,對有機碳的碳同位素(δ13CPOC)及其降解產(chǎn)物溶解無機碳的碳同位素組成(δ13CDIC)的耦合分析,定量區(qū)分陸源和現(xiàn)場自生兩個過程對缺氧區(qū)耗氧有機物的貢獻。此外,本論文選擇廈門大學情人湖作為輔助案例,定量評估了湖泊季節(jié)性缺氧區(qū)的耗氧有機物來源,并與長江口缺氧區(qū)開展比較研究。 2011年8月15～25日在長江口開展了現(xiàn)場研究,該航次觀測到為期10天的缺氧恢復過程。因為航次前臺風通過研究區(qū)域,我們在航次初期沒有觀測到明顯的缺氧現(xiàn)象,底層溶解氧均大于3mg/L;但航次后期,在往年缺氧區(qū)底層觀測到明顯的缺氧現(xiàn)象,底層溶解氧在2-3mg/L。缺氧站位存在明顯的層化現(xiàn)象,表層顆粒有機碳(POC)濃度較高,受有機物礦化分解影響,底層溶解無機碳(DIC)高于表層,且底層δ13CDIC小于表層δ13CDIC。 本研究基于本航次實測數(shù)據(jù)和歷史溫鹽數(shù)據(jù)建立三端元混合模型。首先模擬了長江沖淡水、東海表層水和東海底層水的混合作用,并應用保守型常量元素鈣離子對混合模型進行了校驗。結(jié)果顯示,模型預測值與實測值吻合度相當好。為了進一步檢驗本模型的有效性,分別將堿度(TA),溶解無機氮(DN),溶解無機磷(DIP)的實測值和模型預測值相減得到△TA,△DIN,△DIP,△(Si(OH)4)。其中,ΔTA在表觀耗氧量(AOU)大于100μmol/kg的站位均為負值(-30～0μmol/kg);△DIC和AOU,△(Si(OH)4)和△DIN,△DIN和ΔDIP的斜率分別為0.78,0.83和21,與經(jīng)典的Redfield比值吻合,故認為三端元模型可以很好地區(qū)分本航次研究區(qū)域的水團混合和生物地球化學作用。 假設(shè)生物作用(光合作用和呼吸作用)是導致實測DIC和δ13CDIC偏離模型預測值的唯一原因,根據(jù)濃度和同位素組成的質(zhì)量守恒,可計算出底層站位的耗氧有機物的碳同位素組成(δ13COCx)為-17(±3)‰。以-24.5(±0.5)‰和-18.5(±1)‰分別作為陸源和海源有機物的同位素組成,則海源有機物對于缺氧區(qū)的有機物貢獻在36-100%,平均值86%,陸源有機物貢獻的平均值為14%。 同時,本文2011年6月到2012年2月在廈門大學水庫(情人湖)開展了一系列的研究,作為研究缺氧的輔助案例。該研究觀測到情人湖2011年夏季3m以深存在嚴重的缺氧現(xiàn)象,底層DIC和δ13CDIC垂直分布受控于生物再礦化作用。根據(jù)同位素和濃度質(zhì)量守恒,假設(shè)有機物再礦化作用是導致夏季DIC和δ13CDIC偏離冬季為唯一原因,則3.5m以深耗氧有機物的δ13COCx=-27.7‰,與春夏季表層的δ13CPOC (-27.1‰)幾乎相等,說明春夏季表層新生成的有機物的耗氧分解導致夏季底層缺氧,而其他來源的有機碳貢獻不明顯。本論文還觀測到2011年8月30日強降水15天內(nèi)3-5.5m之間的有機物耗氧分解過程,采用類似的計算方法,可以得到強降水后中層耗氧有機物中的65%來源于入流水有機物的直接輸入,剩余的35%則來自表層新生成有機物。 兩個案例均利用DIC和δ13CDIC的質(zhì)量守恒原理,計算公式雖略有不同,但思路完全一致：長江口缺氧區(qū)是基于三端元混合模型計算出DIC和δ13CDIC的“本底值”,通過實測值和“本底值”的差值計算出有機物再礦化作用的強度;情人湖缺氧區(qū)由于水體性質(zhì)單一,直接將冬季的DIC和δ13CDIC分布作為“本底值”,夏季與冬季的差值作為生物作用強度,然后均根據(jù)DIC和δ13CDIC在“本底值”上的耦合變化得到δ13COCx,而且結(jié)論類似,互為印證。 本研究從同位素的角度定量驗證長江口缺氧區(qū)耗氧有機物主要為入流水攜帶的營養(yǎng)鹽刺激生成的表層有機物,陸源直接輸入的有機物在缺氧區(qū)貢獻較小,平均值僅為14%；情人湖夏季底層缺氧區(qū)的耗氧有機物幾乎全部來自春夏季表層水華;但突發(fā)事件,中層耗氧有機物主要來自入流水有機物的直接輸入�？傊�,基于本論文的兩個缺氧區(qū)案例,得到富營養(yǎng)化驅(qū)動的有機物生產(chǎn)是近岸環(huán)境缺氧的主要原因。本論文的研究思路具有較廣泛的應用性,其結(jié)論可為管理和保護河口和湖泊環(huán)境提供了較好的數(shù)據(jù)支持：即控制營養(yǎng)鹽輸入是控制河口缺氧區(qū)有效手段。
【學位授予單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：P734

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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本文編號：1297372