【摘要】：位于海陸交界帶的濱海濕地是全球水文循環(huán)最重要的環(huán)節(jié)之一,然而人們對其中周期性的海水-地下水交換,微生物種類及活性的空間變化和化學(xué)物質(zhì)循環(huán)過程之間的關(guān)系還認(rèn)知不足。鑒于此,本文結(jié)合濕地水文學(xué)和微生物地球化學(xué),探討了他們之間的相互關(guān)系及其對生態(tài)環(huán)境的潛在影響。主要研究內(nèi)容與結(jié)果概括如下:本文在大亞灣紅樹林濕地選取了一個由紅樹林生長區(qū),潮溝區(qū)和光灘區(qū)組成的潮間帶斷面,并對斷面地下水環(huán)境(溶解氧,pH和溫度),常規(guī)離子(Na~+,K~+,Ca~(2+),Mg~(2+),SO_4~(2-),HCO_3~-和Cl~-),重金屬(Cu,Zn,As,Hg,Cd,Pb和Cr)和營養(yǎng)鹽(氮磷硅)濃度進(jìn)行了檢測。海水-地下水的交換速率結(jié)果表明,最大的交換速率發(fā)生在潮溝區(qū),這使得更多的富含氧氣的海水進(jìn)入到沉積物中,促進(jìn)了氮的硝化作用。對比而言,紅樹林區(qū)的交換速率最低,導(dǎo)致了更長的地下水滯留時間,但那里富含的有機(jī)物有益于反硝化和厭氧氨氧化的脫氮作用。反硝化和厭氧氨氧化是紅樹林濕地沉積物中脫氮的兩個主要過程,對脫氮的貢獻(xiàn)比分別為90%和10%,反應(yīng)速率分別為0.23 g d~(-1) m~(-3)和1.84 g d~(-1) m~(-3)。潮間帶地下水均略偏堿性,其主要離子與Cl~-的線性關(guān)系與當(dāng)?shù)睾Ｋ♂尵�趨勢一致。結(jié)果表明潮間帶沉積物有很強(qiáng)的重金屬富集能力,而且紅樹林區(qū)和潮溝區(qū)的富集能力比光灘區(qū)更強(qiáng)。在潮間帶地下水中,除了Cu之外,其余重金屬濃度均低于水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)值模擬結(jié)果表明潮溝區(qū)會形成局部的水流循環(huán),加速了地下水的流動和化學(xué)物質(zhì)循環(huán)。螃蟹洞在濱海濕地中無處不在,他們能形成優(yōu)先流通道,影響水流和化學(xué)物質(zhì)運(yùn)輸。本研究在美國南卡羅萊納州的鹽沼地分別利用張力取樣器(依賴外界吸力從沉積物骨架中吸取孔隙水)和被動擴(kuò)散式取樣器(不依賴于吸力,代表沉積物骨架和螃蟹洞中混合的孔隙水)檢測了不同深度孔隙水的鹽度。結(jié)果表明了利用張力取樣器采集孔隙水樣的鹽度要比由被動式擴(kuò)散采樣器采集孔隙水的鹽度高出5-10 g/kg,說明螃蟹洞能稀釋沉積物孔隙水鹽度。數(shù)值模擬結(jié)果顯示,螃蟹洞在低潮時能擴(kuò)散稀釋鹽分,而且螃蟹洞中的鹽度要比沉積物骨架中的更低,這與野外監(jiān)測的鹽度結(jié)果一致。螃蟹洞通過加強(qiáng)濕地地下水-海水交換量,能大幅度的抬升沉積物的通氣狀況,間接地提高了濱海濕地的生產(chǎn)力。
【圖文】：

圖 1-1 紅樹林濕地潮間帶分區(qū)及海水-地下水交換示意圖評價海水-地下水交換速率受到了濕地沉積物各向異性非均質(zhì)特性的挑戰(zhàn)，如濕地沉物中常見的由生物擾動造成的大孔隙。土壤滲透系數(shù)是水文地質(zhì)重要的參數(shù)，用來表述下水在可滲透性介質(zhì)中流動能力(Fetter, 2001)。因?yàn)闈竦刂械某练e物的滲透系數(shù)空間變很大，很難用均一的數(shù)值來代表從潮下帶到潮上帶的沉積物的滲透系數(shù) (Calderon et al.,014) 。 而 滲 透 系 數(shù) 與 交 換 速 率 往 往 有 很 大 的 正 相 關(guān) 性 關(guān) 系 (Ma et al., 2014;chwendenmann et al., 2006)。通常情況下，在固定水壓力梯度的情況下，滲透系數(shù)越高，交換速率就會越大。原位沉積物降水頭法現(xiàn)在被寬廣的利用來測定原位的滲透系數(shù) (如hen, 2000; Li et al, 2010; Wang et al., 2014; Burnette et al., 2016; Qu et al., 2017; Hou et al.,016. Xiao et al., 2017; Liu et al., 2018)。早期的研究表明濕地沉積物中富含著大量的重金屬(比如 Pb, Zn, Cu, Fe和 Mn)，而且樹林區(qū)的富集能力要比光灘區(qū)和海草更強(qiáng)。比如，Ovalle et al. (1990) 報道稱一些地表

(a) 鹽沼地地下水流的概念性模型。箭頭僅表示地下水流的方向。正方形表示螃蟹洞垂向構(gòu)造）表示漲潮時地表水淹沒鹽沼地，水流優(yōu)先通過螃蟹洞運(yùn)送到沉積物中。（c）表示在鹽沼地時，螃蟹洞中的滯留水能夠支持沉積物骨架中由于蒸散發(fā)導(dǎo)致的水分虧損。其中，，圖（b）和改自 Harvey and Nuttle (1995)。研究內(nèi)容與技術(shù)路線研究內(nèi)容文研究的主要目標(biāo)是對濱海濕地潮間帶的海水-地下水交換定量化研究，并對海交換影響下的地下水環(huán)境，化學(xué)物質(zhì)和微生物的之間的關(guān)系進(jìn)行探討。本研究計大亞灣紅樹林濕地和美國南卡羅萊納州北入口鹽沼地開展相應(yīng)的野外工作。紅樹林濕地潮間帶中建立海水-地下水監(jiān)測系統(tǒng)以計算海水-地下水之間的交換量監(jiān)測期間對海水、監(jiān)測井附近的地下水和沉積物進(jìn)行取樣。在實(shí)驗(yàn)室建立微宇宙
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：P339

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2674074