养殖区底质中甲烷的排放及其影响因素的研究

摘要

滩涂养殖区域尤其老化区域的沉积物经过矿化最终会产生CH4等，污染底质和水质，影响生物的生长，并向大气中释放甲烷等温室气体。因此，研究滩涂养殖区底质中甲烷的释放与分布规律可以为准确估算全球范围内甲烷的海-气交换通量以及了解海水养殖环境的恶化和有机质的矿化程度提供理论依据。 为此，本文采用自行设计的一套简便易行的超声-静态顶空气相色谱法，分析养殖海水和沉积物间隙水中甲烷的含量。选择乳山湾养殖区为研究海域，调查了不同养殖密度区、不同垂直面上CH4的分布；探讨了不同沉积物剖面上甲烷的浓度与有机质、硫化物的关系；研究了该养殖区甲烷的释放情况。以菲律宾蛤仔为研究对象，研究了相关因子对甲烷释放的影响。得到的结论如下： 1.本文设计的超声-静态顶空气相色谱法设备简单、操作便捷、分析速度快。其检测限为3.42 nmol/L，重现性为5.78％，可以满足测定养殖海水和沉积物间隙水中甲烷的要求。 2.对乳山湾养殖区进行调查发现，乳山湾滩涂养殖区域海水中溶存甲烷的平均浓度为59.9±7.75 nmol/L，不同养殖密度区海水中的甲烷含量无明显差异。沉积物间隙水中甲烷的浓度随深度的增加而降低，剖面上高浓度中心位于0～5 cm。不同养殖密度区同一剖面上的甲烷含量之间的差异随沉积物深度的增加，逐渐减小。表层0～10 cm间隙水中溶存的甲烷量：中密度区>低密度区、高密度区，沉积物深度大于10 cm时，各密度组间甲烷的含量趋于均一；非养殖(老化)区甲烷的含量在沉积物深度小于5 cm时高于养殖区，大于5 cm时与其无明显差异。不同剖面沉积物间隙水中甲烷的浓度与有机质的垂直分布呈显著正相关，与硫化物的垂直分布呈显著负相关关系。 3.相关因素对释放甲烷的影响实验表明： a 不同养殖密度组间进行比较，每天甲烷的浓度基本表现为高密度组>中密度组>低密度组≥对照组，尤其高密度组与其他组之间有极显著差异(P<0.01)；另外，随养殖时间的推移，高、中、低密度组的甲烷释放量有逐渐增加的趋势。 b.乳山湾养殖区的底泥释放甲烷的最适pH值为7.83左右。室内模拟实验中，pH=7.78时，甲烷释放量最大，在pH=7.66～7.8l之间，甲烷的浓度要高于其他pH条件下甲烷的浓度，且在此pH范围内，pH的变化对甲烷释放的影响更显著。 c.在外加硫化物浓度为0～320mgS/Kg的范围内，随着硫化物加入量的增加，甲烷的释放量和释放速率先减后增且在加入量为160mgS/kg时达最低；甲烷的释放量与底质中AVS呈负相关关系：分别用硫化钠和硫化亚铁做外源硫化物时，两个系统中甲烷的释放速率表现为：FeS底泥>海水；菲律宾蛤仔排泄物释放甲烷主要在第7～14天，其周期为14天。 4.乳山湾养殖区的沉积物释放甲烷的现场模拟实验表明，不同养殖密度区沉积物的甲烷释放量：高密度区>中密度区、低密度区，非养殖(老化)区>养殖区。释放速率：高密度区>中密度区>低密度区。 5.养殖区甲烷的排放和分布与其他海域有一定差异，影响其释放的因素众多且复杂。甲烷释放的室内控制模拟实验和现场模拟实验结果有一定差异，综合分析认为，养殖活动对甲烷的释放有一定贡献。

目录

文摘

英文文摘

声明

1综述

1.1甲烷的产生机理

1.2海洋中溶存甲烷的生物地球化学循环

1.2.1海洋(沉积物)中甲烷的产生和存在形式

1.2.2甲烷的交换通量

1.3海水中甲烷的测定方法

1.3.1顶空平衡法(Head-Space Equilibrium Method)

1.3.2真空脱气法(Vacuum Degassing Method)

1.3.3气体抽提法(Gas-Stripping Method)

1.4影响甲烷释放的因素

1.4.1有机质(OM)对甲烷释放的影响

1.4.2温度对甲烷释放的影响

1.4.3 Eh对甲烷释放的影响

1.4.4 pH对甲烷释放的影响

1.4.5盐度对甲烷释放的影响

1.4.6硫酸盐还原和硫化物对甲烷释放的影响

1.4.7氮素对甲烷释放的影响

1.4.8土壤质地对甲烷释放的影响

1.4.9影响甲烷释放的其他因素

1.5贝类养殖对甲烷形成的影响

1.6研究中存在的问题及论文研究的意义和目的

1.7论文研究内容

2项空-气相色谱法测定海水中溶解的甲烷

2.1材料与方法

2.1.1仪器与试剂

2.1.2样品采集和保存

2.1.3样品的前处理

2.1.4色谱条件的选择

2.1.5定量分析

2.2结果与讨论

2.2.1顶空气获取方式的的确定

2.2.2顶空平衡条件的确定

2.2.3色谱条件的确定

2.2.4定量分析

2.2.5分析方法可行性分析

2.3小结

3乳山湾养殖区海水和底质中甲烷的分布特征

3.1材料与方法

3.1.1水样的采集与处理

3.1.2泥样的采集与处理

3.2结果与讨论

3.2.1海水中甲烷含量

3.2.2沉积物间隙水中甲烷的垂直分布

3.2.3沉积物中甲烷与有机质的关系

3.2.4沉积物中甲烷与硫化物的关系

3.3小结

4甲烷释放的室内模拟实验

4.1材料与方法

4.1.1菲律宾蛤仔养殖对甲烷释放的影响

4.1.2 pH对甲烷释放的影响

4.1.3硫化物对甲烷释放的影响

4.1.4菲律宾蛤仔排泄物释放甲烷实验

4.2测定方法

4.3结果与讨论

4.3.1菲律宾蛤仔养殖密度对甲烷释放的影响

4.3.2 pH对甲烷释放的影响

4.3.3硫化物对甲烷释放的影响

4.3.4菲律宾蛤仔排泄物的甲烷释放

4.4小结

5乳山湾养殖区底质中甲烷释放的现场模拟研究

5.1材料与方法

5.2结果与讨论

5.2.1不同养殖密度区沉积物中甲烷的释放

5.2.2甲烷释放的现场实验与室内模拟实验的结果讨论

5.3 小结

6总结

参考文献

致谢