镭同位素对胶州湾水体混合及海底地下水排放的示踪研究

摘要

海湾是近海生态系统的重要组成部分，也是受人类活动影响最为严重的海域。分析胶州湾镭同位素的比活度水平及分布特征，并以之为示踪剂进行水体混合、水体年龄和海底地下水排放(SGD)及其携带的营养盐排放通量的估算，是深入研究胶州湾水体物质的来源归宿、收支平衡的有效方法。本研究建立了RAD7快速测定224Ra的方法;分析了胶州湾224Ra和223Ra的时空分布特征;基于放射性镭同位素示踪技术，研究了胶州湾水体混合状况;利用“镭同位素表观年龄模型”计算了胶州湾表层水体年龄，并与纳潮量法进行了对比;最后利用“镭同位素质量平衡模型”计算了不同季节胶州湾SGD及其携带营养盐的排放通量。分析了胶州湾不同季节的营养盐与224Ra的相关性，及不同季节胶州湾营养盐的结构特点
　　本研究主要得到以下结论:
　　(1)利用RAD7测定224Ra时，系统中串联的干燥柱越多对测定的精密度影响越大，延长测定时间可以提高测定的精密度。在测定系统中，使用一根小体积干燥柱、测定时间为60min即可得到最佳测试效果，其效率平均值为6.57±0.19％(n=7)。
　　(2)胶州湾水体中224Ra比活度表现出了“高潮时低、低潮时高”的周日变化规律，但223Ra同位素比活度却没有与水深表现出明显的规律性。224Ra、223Ra比活度变化具有明显的季节性特征，且与当年相应季节的降水量密切相关。胶州湾周边的河口附近及水深较浅的湾顶区域具有最高的224Ra、223Ra的比活度值。对于224Ra而言，夏季和秋季分布特点较一致，均在湾顶和靠近河口区域出现高值，冬季和春季的分布特点具有较高的相似性，湾内有大面积的224Ra低值区域出现。对于223Ra而言，春季的5月、整个夏季、秋季的9月以及冬季的223Ra均在河口处出现高值;秋季的10月223Ra在湾顶出现高值。夏季胶州湾表层水223Ra比活度明显高于秋、春、冬，并且分布特点与同一季节的224Ra比活度分布特点相同。
　　(3)224Ra与盐度的分布特点比温度-盐度指标可以更好地指示胶州湾内外的水体混合状况。2013年春季胶州湾磷酸盐(DIP)和硅酸盐(DSi)浓度变化主要受控于外海水，而影响DIN浓度变化的因素较复杂，NH4+和NO2-均与224Ra呈正相关、与盐度呈负相关，说明两种还原性的氮营养盐的主要来源很有可能是SGD。2014年胶州湾表层水体DIP、DSi的主控因子与2013年相同，均为潮汐，但DIN的主控因子有所变化，2013年陆源输入及人类活动对春季胶州湾表层水体DIN影响显著，而2014年春季SGD对DIN的影响显著。计算所得胶州湾表层水体年龄分别为春季为10.0天，夏季为12.9天，秋季为9.6天，冬季为16.9天。
　　(4) SGD为胶州湾中224Ra的重要来源，SGD提供的224Ra占所有源项总量的百分比范围为45.9％～75.9％。胶州湾的SGD排放通量显著高于地表径流，其变化范围为4.37 cm/d～12.02cm/d，其中夏季和秋季SGD排放量基本相等，共约占全年排放量的70％;春季SGD排放量略高于冬季，共占全年SGD排放量的30％。
　　胶州湾SGD排放的营养盐是胶州湾营养盐的重要来源之一。SGD排放的营养盐中DIN、DIP、DSi的排放量基本集中在夏季和秋季，SGD在夏季和秋季输入的DIN、DIP、DSi总量均占全年总排放量的70％。NH4-N是SGD输入的DIN主要存在形式，在全年平均输入量中，NH4-N占氮营养盐输入总量的75.7％。
　　(5)春季DIN、DSi、NO2-及NO3-均与224Ra呈显著的正相关，夏季除DSi外，其余各营养盐均与224Ra呈很好的相关性，且夏季时DIP和NH4+与224Ra的相关性均高于春季，说明SGD对夏季胶州湾DIP和NH4+浓度的控制程度高于春季。秋季营养盐与224Ra均呈显著正相关，说明秋季胶州湾各营养盐浓度均由SGD控制，且控制程度强于春季和夏季。冬季胶州湾营养盐与224Ra同样表现出显著正相关，虽然冬季SGD排放量少于夏季和秋季，但冬季胶州湾河流输入大幅度减少，所以造成冬季胶州湾营养盐浓度高度受控于SGD的排放量。

目录

声明

摘要

1 文献综述

1．1 镭同位素分析方法研究现状

1．2 镭同位素地球化学行为研究现状

1．3 运用镭同位素对水团混合和水体运移的示踪研究

1．4 海底地下水排放及其携带的营养盐

1．4．1 利用镭同位素示踪海底地下水排放的研究进展

1．4．2 季节变化对SGD排放量的影响及其影响机制

1．4．3 SGD排放所携带的营养盐研究现状

1．5 胶州湾水运移及SGD排放研究现状

1．6 研究意义及研究内容

2 RAD7测定224Ra的方法建立

2．1 实验部分

2．1．1 测定原理

2．1．2 实验设计

2．1．3 结果讨论

2．2 小结

3 研究区域及采样分析

3．1 研究区域

3．2 样品采集及测定

4 胶州湾224Ra和223Ra的时空分布特征

4．1 胶州湾223Ra和224Ra的活度水平及周日变化

4．2 胶州湾223Ra和224Ra比活度的季节性变化特征

4．3 胶州湾224Ra和223Ra空间分布的季节性变化

4．4 小结

5 镭同位素对胶州湾水体混合及表层水体年龄的示踪研究

5．1 224Ra对胶州湾及其邻近海域水体混合的指示作用

5．2 224Ra对海水中营养盐来源的指示作用

5．3 胶州湾表层水体年龄

5．4 小结

6 胶州湾海底地下水排放及其携带的营养盐通量

6．1 镭同位素质量平衡模型对胶州湾SGD的量化

6．2 胶州湾SGD输入营养盐遥量的季节性交化

6．3 小结

7 结论

参考文献

致谢