九龙江河口营养盐迁移转化过程及基准值研究

摘要

由于大量的人为输入河口的营养盐（特别是氮和磷），近海富营养化区域逐渐扩大。河口和近海水体的富营养化已经引起了全世界的广泛关注。水体富营养化对环境造成很多影响，比如水质恶化、赤潮爆发、生态系统结构改变、低氧和死亡区的出现以及大量的经济损失。研究河口营养盐循环，并建立合理的营养盐基准值保护河口及沿海水体的措施刻不容缓。
　　本研究融合多学科知识，对不同季节的九龙江河口地区进行了多个航次的现场采样和同位素培养，运用GIS技术并收集整理历史数据，揭示了九龙江河口营养盐时空变化、内部迁移转化过程以及水体营养盐浓度（包括赤潮时期）历史变化，建立了基于生态系统的河口营养盐基准值确定方法。主要研究结论如下:
　　(1)九龙江河口表层水体基础化学指标主要表现为高污染物陆源冲淡水在河口与低污染物的海水混合稀释的分布特征。空间分布上，盐度、pH、透明度、溶解氧(DO)由淡水向外海逐渐增加，而化学需氧量(COD)、悬浮物(SS)呈自河端向海端递减的特征，四季变化也较明显。九龙江河口区域表层沉积物主要由砂、粉砂质砂、砂质粉砂、黏土质粉砂4种类型组成。其中所占比例最大的是黏土质粉砂，其次是砂质粉砂。分布上近河端主要以较粗的颗粒为主，近海端以细颗粒为主。由于清淤等作用的影响，不同航次的底质类型分布会有少许不同。
　　(2)水体营养盐中，硝酸盐氮(NO3--N)、溶解态无机氮(DIN)和总氮(TN)在河口区基本呈保守混合行为，由于河口区域复杂的地理和水文环境，九龙江河口营养盐的保守混合模型对于非点源的添加不敏感。但由于亚硝酸盐氮(NO2--N)和氨氮(NH4+-N)在九龙江河口区本底浓度较小，在硝化作用下，表现出添加和去除效应。九龙江河口水体硝化速率在0.18-3.53μmol N/(L·d)之间，在浑浊区域的硝化作用较强。浮游生物吸收占DIN的比例很小(2.58％)，而水体中不存在显著的反硝化作用和厌氧氨氧化作用，因此河口区水体氧化亚氮(N2O)存在过饱和现象，主要来自于水体中的硝化作用而不是水体的反硝化作用。夏季和冬季的活性磷酸盐(SRP)和总磷(TP)浓度在盐度小于5‰区域（浑浊带）迅速下降。在盐度5-25‰区域，SRP的浓度基本不变，而盐度大于25‰区域有较明显的下降趋势，主要受控于悬浮和沉降颗粒物吸附、解析的过程。
　　(3)自2000年后，九龙江河口区的水质恶化速度较快，大部分区域的营养盐浓度超过国家海水水质标准第四类海水的上限，制定一个合理的管理制度有效控制河口区营养盐浓度迫在眉睫。现有的水质标准，没有考虑到河口淡海水的混合作用、生态系统的响应以及营养盐内部循环对水体浓度的影响。本文利用航次密集采样收集到九龙江河口基础情况，将九龙江河口分为三个区域;利用所收集到的营养盐历史数据和赤潮数据，以赤潮作为生态环境崩溃的标志，根据频数累积法和基于赤潮数据的混合模型法，推导出九龙江河口区营养盐推荐基准值。确定Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ区的DIN基准值分别为64、21、14μmol/L(0.90、0.29、0.20 mg/L)，SRP的基准值分别为0.89、0.76、0.89μmol/L(0.028、0.024、0.028 mg/L)，为进一步的河口营养盐水质指标的制定提供基础。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 前言

1．2 河口区营养盐循环研究进展

1．2．1 河口区氮循环研究进展

1．2．2 河口区磷循环研究进展

1．2．3 河口区氮、磷营养盐混合行为

1．3 河口区营养盐基准值制定研究进展

1．4 研究目标与内容

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

1．4．3 研究技术路线

第2章 研究区概况

2．1 自然环境概况

2．1．1 地理区位

2．1．2 地形地貌

2．1．3 气候特征

2．1．4 水文特征

2．2 社会经济概况

2．2．1 水体功能

2．2．2 流域经济概况

第3章 采样站位与实验方法

3．1 站位布设与采样情况

3．2 采样和测定方法

3．2．1 营养盐以及其他基础理化指标

3．2．2 水体溶解N2O

3．2．3 水体硝化作用速率的测定

3．2．4 营养盐基准值研究方法

3．3 数据分析和质量控制

第4章 九龙江河口区营养盐时空分布规律及迁移转化过程

4．1 生态环境特征

4．1．1 水质分析

4．1．2 沉积物特征

4．1．3 氮的时空分布

4．1．4 磷的时空分布

4．2 水体营养盐的主要迁移转化过程

4．2．1 水体氮的主要迁移转化过程

4．2．2 水体磷的主要迁移转化过程

4．3 小结

第5章 九龙江河口区营养盐时空动态及基准值研究

5．1 河口分区

5．1．1 分区原则

5．1．2 分区标准

5．1．3 数据来源及分析方法

5．1．4 分区结果

5．1．5 分区检验

5．2 水体氮磷历史变化特征

5．2．1 数据来源

5．2．2 营养盐历史数据随盐度变化趋势

5．2．3 三个分区内营养盐历史数据年际变化

5．3 历史赤潮爆发特征

5．3．1 数据来源

5．3．2 赤潮爆发空间特征

5．3．3 赤潮爆发时间特征

5．3．4 赤潮生物分布特征

5．3．5 赤潮发生时期营养盐特征

5．3．6 叶绿素a与营养盐相关性分析

5．4 营养盐基准值研究

5．4．1 数据来源及模型

5．4．2 结果与分析

5．5 小结

第6章 总结与建议

6．1 研究结论

6．2 创新点

6．3 不足之处和研究展望

参考文献

致谢

附录