长江口潮滩湿地生源要素氮的生物地球化学过程研究

摘要

本文以长江口作为典型研究区域，探讨了河口滨岸潮滩氮素生物地球化学循环中的关键过程，并取得了以下主要认识和研究成果：　　(1)利用潮滩沉积物-水界面间无机氮的浓度梯度，并依据Fick's第一定律对无机氮的界面迁移扩散与沉积物的源-汇效应进行了研究和探讨。结果表明，氨氮(NH4+-N)扩散通量的时空分布比较复杂，孔隙水中NH4+-N的再生过程是控制其界面扩散通量的主要因素。在潮滩环境系统内，NH4+-N的界面扩散以负通量为主，即NH4+-N主要由沉积物向上覆水中扩散，反映了沉积物是上覆水中NH4+-N的重要来源之一。对硝态氮(NO3--N)而言，其界面扩散以正通量为主，即NO3--N主要自上覆水向沉积物中扩散，说明沉积物是上覆水中NO3--N的重要蓄积库(汇)，对削减上覆水中高含量的NO3--N具有重要的环境意义。NO3--N界面扩散通量的空间分布显示，在浒浦至石洞口采样岸段，NO3--N的界面扩散通量较小，而在吴淞口至芦潮港采样岸段，NO3--N的界面扩散通量普遍较高，并且研究发现上覆水与孔隙水之间的NO3--N浓度梯度是控制NO3--N界面扩散时空变化差异的主要因素。　　(2)基于长江口岸带潮滩沉积环境的分异特征，选择东海农场站位作为典型的野外现场监测点，并依据潮滩暴露期间沉积物中氨氮的变化量，对沉积物中氨氮的再生过程进行了分析和探讨。研究发现，在潮滩暴露期间沉积物中吸附态氨氮含量呈现明显的增加趋势，而溶解态氨氮含量变化相对比较复杂。根据潮滩暴露过程中氨氮的累积量，计算了沉积物中氨氮的再生速率，估算结果表明潮滩表层沉积物中氨氮具有较快的再生过程，再生速率约为496.89nmolN/(cm3·d)，有机氮在沉积物中的滞留时间约为52.7d，反映沉积物中有机氮具有较高的矿化速率。研究结果还揭示了潮滩沉积物中氨氮的再生是长江口无机氮的一个重要潜在输入源，再生氨氮的潜在输入通量为1.65×105tN/a，约占长江口无机氮输入通量的8.7％。　　(3)沉积物对NH4+-N的吸附是氮素生物地球化学循环的关键过程之一，它在河口潮滩系统内氮素循环过程中起着非常重要的作用。结果表明，在长江口潮滩上覆水和孔隙水中NH4+-N含量的变化范围内，沉积物对NH4+-N的吸附呈线性变化；研究区域内沉积物对NH4+-N的吸附系数为3.81～9.00，且与沉积物中有机碳(TOC)含量有良好的相关关系，它揭示了有机质控制着长江口潮滩沉积物中NH4+-N的吸附行为。实验模拟和实测结果对比发现，在潮滩自然环境条件下，研究区域内沉积物对NH4+-N的吸附处在非热力学平衡状态过程中。盐度是影响NH4+-N吸附过程的重要环境因子，且导数方程关系式揭示在低盐度范围内，盐度的微小变化对NH4+-N的吸附有显著的影响。　　(4)潮水周期性涨落引起的干湿变化是控制潮滩系统内氮素生物地球化学循环的决定性冈素。运用微观实验模拟技术定量研究了以半月为周期的干湿交替变化对潮滩系统内氮素迁移转化过程的影响。模拟研究发现，在长期滞水条件下，沉积物可以持续地向上覆水体提供NH4+-N，反映了滞水条件下的沉积物是上覆水体中NH4+-N的一个有效释放源。对比分析发现，长期暴露能够增加沉积物向上覆水体释放NH4+-N和NO3--N，显示了长期暴露加剧了沉积物作为无机氮的源效应。干湿变化对氮素早期成岩作用的影响表明，周期性干湿交替变化使潮滩沉积物中营养盐氮的早期成岩变化过程趋向复杂，并且加速了潮滩系统内氮素的生物地球化学循环。

目录

文摘

英文文摘

第一章长江口潮滩无机氮的界面迁移扩散与影响机制

第二章暴露期间长江口潮滩沉积物NH4+-N的再生过程及生态效应

第三章长江口潮滩沉积物对NH4+-N的的吸附特征

第四章半月大小潮变化对长江口潮滩氮素生物地球化学过程的影响

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