河口区沉积物—水界面营养盐交换通量研究

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河口潮滩是海陆交互作用的一个重要环境界面,具有水动力作用强烈、泥沙输移和冲淤变化复杂、生物多样性丰富的特点。同时,河口这个生态环境脆弱区又受到高强度人类活动的影响和控制。沉积物-水界面是水体和沉积物两相组成的环境边界,是天然水体在物理、化学和生物特征等方面差异性最显著和进行物质输送与交换的重要边界,潮滩沉积物-水界面是环境科学研究领域的热点之一。李村河口位于胶州湾东部,属于温带季风气候。由于李村河作为一条典型的城市纳污河流,其河口区沉积物污染严重,对整个河口区乃至胶州湾的生态环境造成了重要影响。因此有必要对李村河河口区营养盐分布、释放的情况及其抑制技术进行研究,从而为李村河口的治理提供依据。本文在对区域自然环境概况调查的基础上,于2010年5月~12月在李村河口的3个站位进行采样,测定了沉积物-水界面间营养盐的交换通量,并进行了不同影响因素下的实验室培养试验。另外为配合李村河的全面治理工程,探讨了不同疏浚程度对营养盐在沉积物-水界面交换的影响,确定了合理的清淤深度。在此基础上,又对采用原位覆盖技术进行后续治理的效果进行了一定的研究。基于现场观测和实验室中的模拟,取得了以下新的认识和结论:(1)随着季节的交替,河口地区上覆水体的物理化学参数也呈现明显的季节变化特征。夏季温度最高,而盐度、Eh和溶解氧含量一般都是最低。上覆水中硝态氮、氨氮受上游来水的影响,一般呈现出夏季数值较低,冬季数值偏高的变化趋势,而亚硝态氮与磷酸盐受季节影响的变化较小。A、B、C三个采样点中,C点上覆水中各种营养盐的含量一般都偏高。李村河口潮滩沉积物主要是以细颗粒为主,其含水率与有机质的含量与粒度数据保持着较好的负相关性。(2)根据一个潮周期中李村河口的观测资料,可以发现上覆水的物理化学性质受潮汐影响显著。水深、盐度、溶解氧、pH值均是在涨潮时数值升高,落潮时逐渐降低。而水温的变化规律正好相反。(3)实验室通量模拟试验表明,无机营养盐在各时期及各站位的界面交换数值存在比较强的季节变化规律和区域差异。除硝态氮以外,三个采样点的沉积物在春、夏、冬季均同时表现为亚硝态氮、氨氮和磷酸盐的源。A、B两点的沉积物在三个时期同时表现为硝态氮的汇,然而C点沉积物则在春季与夏季时表现为硝态氮的源。一般来说,夏季河口区沉积物-水界面营养盐的平均交换通量最大,春季次之,冬季略低。(4)影响因素控制试验表明,硝态氮、氨氮、磷酸盐在贫氧环境下的交换通量要高于富氧条件下,亚硝态氮受溶解氧含量的影响较小;随着温度的升高,硝态氮、氨氮、磷酸盐的交换通量增大,而亚硝态氮的交换通量减小;亚硝态氮和氨氮的交换通量随盐度增大而增大,硝态氮减小,而磷酸盐受盐度的影响较小。温度和生物扰动是影响交换通量的主要因子。(5)对沉积物剖面特性的研究表明,沉积物基本处于弱还原或者还原环境,随着深度的增加沉积物中的硝态氮、铵态氮以及总磷的含量基本表现为降低的趋势。而间隙水中营养盐的变化比较复杂,三点柱状样间隙水中硝态氮和亚硝态氮的含量基本上随深度的增加而减小;对于氨氮,A、B两点随深度的增大而增加;而C点却表现出表层高下层逐渐变低的变化趋势;C点磷酸盐含量表现为随深度的增大而逐渐增加,A、B两处则相反。(6)治理效果研究试验表明,疏浚后新沉积物表层与上覆水界面营养盐交换通量的大小,主要与该层面间隙水中原有的营养盐含量有关。在疏浚15~30cm后对亚硝氮、硝态氮以及磷酸盐都能取得一定的治理效果,治理氨氮还需要更深的疏浚深度和进一步的研究。不同采样点,不同营养盐,原位覆盖所产生的效果不同。总体来说对于氨氮和磷酸盐的抑制效果最好。
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