论文部分内容阅读
磷作为一种重要的营养元素,是影响海洋生物生长的限制性因子;铁是氧化还原敏感元素,铁氧化物是控制沉积物对磷吸附的主要因素,磷、铁在调节水生环境质量及生物生产力方面扮演着重要角色。此外,作为泥质海岸带主要的海底地下水排泄类型,循环海水的渗入和渗出不仅影响沉积物和孔隙水的理化特性,而且对海陆间的物质交换起到了重要作用。因此,研究磷、铁元素在沉积物-孔隙水-海水三相体系中的生物地球化学过程,以及循环海水的水文地球化学过程并估算磷营养盐的入海通量,对于丰富红树林海岸生物地球化学研究和泥质海岸循环海水的研究具有重要的科学意义。 本文依托国家自然科学基金项目“海底地下水排泄(SGD)的地球化学过程、物质输送及其对海洋的贡献和影响(41372242)”,选择九龙江河口区的红树林潮滩,利用ZrO-Chelex薄膜扩散梯度技术(ZrO-Chelex DGT)原位高分辨率获取孔隙水中磷、铁浓度,在此基础上研究了红树林潮滩孔隙水中磷、铁的分布、变化及耦合关系,分析了沉积物理化特性、循环海水以及生物生产力和活动性等因素对孔隙水中磷、铁的影响,计算了循环海水通量和磷营养盐入海通量,获得以下几点认识: (1)2015年4月,沉积物铁铝磷、无机磷、总磷三者呈显著正相关,生源磷较高的矿化效率是主要原因;沉积物的总有机碳、总磷、盐度、含水率互相之间几乎都呈现一定的正相关,有机质化学组成、阳离子交换作用、循环海水的渗透等是主要影响因素;2015年12月,沉积物中总磷与总铁含量较4月明显增加,沉积物来源的差异是主要原因;河流径流量的减少使得沉积物盐度出现一定的升高;生物扰动的减弱使总磷在垂向上分布趋于稳定,以及各磷形态相关关系比4月份更加明显;其余沉积物理化特征相关关系与4月份相似。 (2)沉积物和孔隙水的相互作用对孔隙水中Fe2+、DRP浓度有显著影响。在还原条件下,沉积物总铁和总磷含量对孔隙水Fe2+和DRP浓度有明显的控制作用,即孔隙水Fe2+和DRP浓度与沉积物总铁和总磷含量成正比;在氧化条件下,沉积物总磷与总铁含量的相对高低决定了孔隙水DRP浓度的高低,即沉积物铁磷比值越高,孔隙水中DRP浓度越低。 (3)两个季节氧化带深度从高潮位置至低潮位置(即A到B到C)依次变浅,表明潮水周期性淹没的时间对表层沉积物氧化带的深度影响显著,生物扰动的季节差异也对氧化带深度变化有影响。在氧化条件下,4月A、B处表层沉积物极低的铁磷比使得沉积物缺乏足够的吸附位点,对孔隙水DRP的吸附能力有限,造成表层氧化带DRP浓度的异常升高;而12月,沉积物较高的铁磷比使得沉积物在氧化条件下可以有效的吸附孔隙水中的DRP。在还原条件下,随着三价铁被还原成二价铁而释放出来,使得孔隙水中Fe2+、DRP浓度在垂向上呈现显著的耦合关系。 (4)循环海水排泄是研究区主要的SGD形式,估算波浪与潮汐引起的循环海水通量分别为5.73dm3/(d·m2)、127.13dm3/(d·m2),潮汐驱动的循环海水量远大于波浪,这与研究区泥质潮滩的低渗透系数和较大的潮差有关。4月磷平均入海通量高达7.31mg/(d·m2),而12月磷平均入海通量仅0.397mg/(d·m2),这与4月的高生产力以及多种生物共同作用下的高矿化率有关。另外,通过计算磷的分子扩散通量,发现4月和12月的平均值分别为18.19μg/(d·m2)、12.12μg/(d·m2),远小于循环海水输入的磷通量,说明循环海水是泥质潮滩磷营养盐入海的主要途径。 (5)通过季节对比发现4月磷入海通量远大于12月。4月湿热条件下较高的生物活动性使得孔隙水端元磷浓度较高,对磷入海通量贡献巨大;而12月生物活动性减弱使得孔隙水端元磷浓度较低,磷入海趋势不明显。表明季节变化显著影响着磷的生物地球化学过程。磷入海通量的差异会影响沉积物的活性磷含量的变化,从4月到12月,红树林区表层沉积物活性磷含量的降低主要源于较高的磷入海通量损失;而在远离红树林的光滩区变化不大。研究结果表明了红树林区沉积物和孔隙水具有较高的磷循环效率。