【摘要】：近岸淺水海域沉積物-水界面物質(zhì)交換迅速,能夠?qū)λw營養(yǎng)鹽濃度起到重要的調(diào)節(jié)作用。但近岸沉積物中底棲動物豐度高,生物擾動作用強烈,因此要準確定量沉積物-水界面營養(yǎng)鹽交換通量,就必須了解并評估生物擾動作用的影響。 本研究以我國三個典型近岸海域為調(diào)查區(qū)域——清瀾港紅樹林區(qū)(熱帶紅樹林潮間帶)、崇明東灘(超大型河口潮灘濕地)和膠州灣(半封閉海灣),采用實驗室培養(yǎng)法,測定了各海域生物擾動條件下的沉積物-水界面營養(yǎng)鹽交換通量,及優(yōu)勢底棲動物生物擾動作用對沉積物-水界面營養(yǎng)鹽交換的影響,探討了生物擾動機理,評估了生物擾動條件下沉積物對水層營養(yǎng)鹽的調(diào)節(jié)作用。 模擬實驗證明,清瀾港紅樹林中優(yōu)勢底棲動物秀麗長方蟹(Metaplax elegans)能夠通過兩種不同的方式改變沉積物-水界面營養(yǎng)鹽交換通量:1.通過生物灌溉作用加速沉積物-水界面的分子擴散速率。盡管蟹類底棲動物洞口面積在沉積物-水界面面積中所占比例小于5%,洞穴的生物灌溉作用卻能夠大大加速沉積物-水界面的分子擴散速率。2.通過改變沉積物中的生物地化過程影響沉積物-水界面營養(yǎng)鹽交換。秀麗長方蟹洞穴內(nèi)的生物地化過程與表層沉積物相比有很大差異。表層沉積物中生物地化過程表現(xiàn)為對上覆水中NO_3~-、NH4~+和SiO_3~(2-)的截留,而洞穴內(nèi)生物地化過程則表現(xiàn)為促進沉積物釋放NO_3~-和SiO_3~(2-)。因此,生物擾動并非單純促進沉積物與上覆水間的營養(yǎng)鹽交換過程,而是能夠通過多種方式影響沉積物-水界面營養(yǎng)鹽交換。 雖然清瀾港不同群落結(jié)構(gòu)的紅樹林對水體中營養(yǎng)鹽的調(diào)節(jié)作用存在差異,但所有站位沉積物均表現(xiàn)為截留水體中的DIN和PO_4~(3+)。其中,河岸形紅樹林沉積物-水界面間DIN的交換通量達到-3.84～-1.44mmol/d/m~2,遠高于海岸形紅樹林(-0.19mmol/d/m~2)。三個站位沉積物-水界面間PO_4~(3+)的交換通量在-0.51～-0.05 mmol/d/m~2范圍內(nèi)變動。 崇明東灘中潮灘優(yōu)勢種譚氏泥蟹(Ilyrplax deschampsi)生物擾動對沉積物-水界面營養(yǎng)鹽交換通量的影響存在季節(jié)差異。冬季生物擾動促使DIN和SiO_3~(2-)由水層向沉積物方向遷移,而秋季卻減緩了DIN和PO_4~(3-)由水層向沉積物方向的遷移速率,加速了沉積物中SiO_3~(2-)的釋放速率。 崇明東灘不同植被覆蓋類型下沉積物-水界面營養(yǎng)鹽交換通量存在較大差異,但總體而言,崇明東灘在冬季和秋季均為DIN和PO_4~(3-)的匯。依據(jù)崇明東灘沉積物-水界面營養(yǎng)鹽交換通量推算,整個長江口潮灘濕地枯水期對水層營養(yǎng)鹽的吸收占到長江入海通量的0.70%(DIN)和3.7%(PO_4~(3-)),豐水期對營養(yǎng)鹽的吸收占到長江入海通量的0.064%(DIN)和2.2%(PO_4~(3-))。潮灘濕地對水層SiO_3~(2-)的影響則很小。長江口潮灘濕地截留PO_4~(3-)的效力強于DIN和SiO_3~(2-),因此潮灘在一定程度上增大了長江口鄰近海域中的N/P和Si/P比。 膠州灣優(yōu)勢底棲動物菲律賓蛤仔(Ruditapes philippinarum)能夠直接排泄NH4~+和PO_4~(3-),但其生物擾動改變了沉積物中生物地化過程,部分抵消了排泄過程中釋放的營養(yǎng)鹽。在生物擾動作用下沉積物-水界面營養(yǎng)鹽交換通量僅占菲律賓蛤仔排泄總量的37%(DIN)和34%(PO_4~(3-))。對菲律賓蛤仔參與的生源要素收支計算表明,在考慮生物擾動作用的影響后,養(yǎng)殖菲律賓蛤仔每年從水體濾食的生源要素中僅有19%的氮和17%的磷以無機營養(yǎng)鹽形態(tài)完成再生過程返回到水層中,其余部分以漁獲量、生物難于利用形態(tài)或埋藏的沉積顆粒形態(tài)從水層中清除。菲律賓蛤仔生物擾動條件下沉積物向水層釋放Si:N:P的速率比約為5:18:1,其中Si:N和Si:P比遠低于Redfield比,因此菲律賓蛤仔養(yǎng)殖能夠加速生物硅沉積,加劇膠州灣水體中Si限制。 綜上所述,我國三個典型近岸海域都觀察到生物擾動對沉積物-水界面營養(yǎng)鹽交換通量的強烈影響,但不同底棲動物的擾動作用存在較大差異。在測定近岸底棲動物高生物量區(qū)域沉積物-水界面營養(yǎng)鹽交換通量時,必需考慮生物擾動的作用。
【圖文】：

2.3. 氧化還原過程對磷遷移的影響P 在沉積物中以能夠以多種復雜的結(jié)合形式存在，但由于不同研究者分析手段不同，對沉積物中 P 形態(tài)有多種分類方法。但通常認為在沉積物中 P 生物地球化學循環(huán)過程中占有重要地位的顆粒態(tài) P 有：鐵結(jié)合態(tài) P（Fe-P）、以磷灰石（Apatite，Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)）為代表的含 P 自生礦和有機 P (Compton et al., 2000;Delaney, 1998)。雖然現(xiàn)已證實沉積物中存在基質(zhì)結(jié)合態(tài)磷化氫（MBP），但其含量通常僅為0.1～169.4 ng/kg(Gassmann, 1994; 李建兵, 2009)，在沉積物總 P 中所占比例小于4×10-7(李建兵, 2009)，因此在研究沉積物中 P 生物地化循環(huán)過程時，磷酸鹽的氧化還原過程可以忽略。雖然 P 并不直接參與氧化還原過程，但 Fe(III)能夠與 PO43-形成難溶的鐵結(jié)

合態(tài) P 數(shù)量的減少 (Andersen & Ring, 1999)。Anschutz 等認為隨著埋藏深度增加，沉積物中的 Fe（III）逐漸被還原，F(xiàn)eIII）結(jié)合態(tài) P 隨之被釋放，因此 Fe（III）并不能永久性減少間隙水中 PO43-度，，F(xiàn)e（III）結(jié)合態(tài) P 并非是 P 匯的最終形式 (Anschutz et al., 2007)。Anschutz測定了沉積物中顆粒態(tài) P 的分布，認為沉積物深層高濃度的 PO43-促進了含 P生礦的形成并被埋藏，形成了沉積物 P 匯的最終形態(tài) (Anschutz et al., 2007)。沉積物中高濃度的 PO43-可與 Ca 和 Al 結(jié)合生成含 P 的自生礦。目前已認識含 P 自生礦是 P 沉積的重要形式 (Anschutz et al., 2007; Ruttenberg & Berner,993)。Diaz 等證實了硅藻體內(nèi)的聚磷酸鹽（Polyphosphates）在磷灰石形成過程具有關(guān)鍵作用，并認為硅藻沉積與沉積物中 P 的埋藏有密切聯(lián)系 (Diaz et al.,008)，但磷灰石等含磷自生礦的形成機理還有待進一步認識。
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：X131.2

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 袁興中,陸健健;長江口潮灘濕地大型底棲動物群落的生態(tài)學特征[J];長江流域資源與環(huán)境;2002年05期

2 陳振樓,王東啟,許世遠,張興正,劉杰;長江口潮灘沉積物—水界面無機氮交換通量[J];地理學報;2005年02期

3 袁興中,陸健健;長江口潮溝大型底棲動物群落的初步研究[J];動物學研究;2001年03期

4 童春富;章飛軍;陸健健;;長江口海三棱呰草帶生長季大型底棲動物群落變化特征[J];動物學研究;2007年06期

5 葉曦雯,劉素美,張經(jīng);生物硅的測定及其生物地球化學意義[J];地球科學進展;2003年03期

6 黨宏月;宋林生;李鐵剛;秦蘊珊;;海底深部生物圈微生物的研究進展[J];地球科學進展;2005年12期

7 賀寶根;王初;周乃晟;許世遠;;長江河口崇明東灘周期性淹水區(qū)域水流的基本特征[J];地球科學進展;2008年03期

8 呂瑩;陳繁榮;楊永強;程俊;吳世軍;;春季珠江口內(nèi)營養(yǎng)鹽剖面分布和沉積物-水界面交換通量的研究[J];地球與環(huán)境;2006年04期

9 李麗,陶平,安鳳飛;大連沿海8種雙殼類貝的營養(yǎng)成分分析[J];中國公共衛(wèi)生管理;2003年02期

10 李萬會;丁平興;;灘涂沉積物中葉綠素a濃度與沉積特性的關(guān)系[J];華東師范大學學報(自然科學版);2007年04期

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 李建兵;中國沿海部分區(qū)域磷化氫的生物地球化學研究[D];中國海洋大學;2009年

相關(guān)碩士學位論文 前2條

1 周興;菲律賓蛤仔（Ruditapes philippinarum）對膠州灣生態(tài)環(huán)境影響的現(xiàn)場研究[D];中國科學院研究生院（海洋研究所）;2006年

2 范士亮;膠州灣菲律賓蛤仔（Ruditapes philippinarum）群落底棲生物生產(chǎn)力的現(xiàn)場實驗研究[D];中國海洋大學;2007年

本文編號：2694642