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桑沟湾养殖海域生源要素在柱状沉积物中的分布及其生态学意义

作　者: 江双林
导　师: 石晓勇；孙耀
学　校: 中国海洋大学
专　业: 海洋化学
关键词: 桑沟湾养殖海域生源要素氮、磷形态生产力有机质
分类号: S931.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

本文通过对桑沟湾养殖海域三个站位的柱状沉积物的生源要素(氮、磷、总有机碳和生物硅)的测定,对其垂直剖面的分布及生态学意义进行探讨,对沉积物中有机质的自身污染状况和来源进行判断,并以生物硅为指标进行初级生产力的反演。通过对桑沟湾养殖海域的生源要素的长期变化探讨该海域水体的潜在的富营养化程度、有机质的自身污染和贝类饵料的重要来源——浮游植物的长期变化,为养殖活动的可持续发展提供科学依据和指导。主要研究结果如下:(1)桑沟湾养殖海域的湾外站位的柱状沉积物总氮(TN)和总磷(TP)的平均值均高于湾内站位,湾外站位的总氮(TN)随深度波动不大,总磷(TP)随深度先增大后减小。湾内站位在贝壳沉积区中总氮(TN)和总磷(TP)波动较大,且上层值高于背景值。三个站位的总有机碳(TOC)的上层值均高于下层值,与有机碳的化学成岩作用一致。湾外站位的总有机碳(TOC)在上层值较高,波动较大。湾内站位在贝壳沉积区均波动较大,且含量比上层和下层高,可能是大量贝类残骸的分解所致。三个站位生物硅(BSi)的上层值低于下层,即养殖活动使浮游植物的含量降低。湾外站位生物硅(BSi)的含量随深度增加先增大后减小再增大,在100cm和220cm左右出现两个峰值。湾内站位在贝壳沉积区波动较大且含量较低,即贝类的大量存在对浮游植物起到抑制作用。(2)三个站位的可转化态氮占总氮的比例分别为27.55%、8.76%、7.38%。即氮的潜在生物可利用性均较低。湾外站位的离子交换态氮(IEF-N)、铁锰氧化态氮(IMOF-N)、有机态和硫化物结合态氮(OSF-N)均随深度降低,碳酸盐结合态氮(CF-N)随深度先增加后减小。湾北站位的离子交换态氮(IEF-N)、碳酸盐结合态氮(CF-N)、有机态和硫化物结合态氮(OSF-N)随深度降低,铁锰氧化态氮(IMOF-N)随深度增加。湾南站位的离子交换态氮(IEF-N)、碳酸盐结合态氮(CF-N)、铁锰氧化态氮(IMOF-N)均随深度增加,但有机态和硫化物结合态氮(OSF-N)随深度降低。且湾内站位的贝壳沉积区的各形态氮的波动幅度均较大。三个站位的潜在生物有效性磷分别占60.07%、61.16%和71.00%,均超过总磷(TP)的1/2,即桑沟湾养殖区沉积物中的大部分磷可以在适宜的条件下通过沉积物-水界面发生活化反应,促进藻类生长,影响水体的初级生产力。湾外站位的交换态磷(Ex-P)、自生磷(Au-P)和有机磷(Or-P)随深度先增加后减小,但变化深度不同。Fe结合态磷(Fe-P)随深度逐渐降低,而碎屑磷(De-P)随深度增加。湾内站位各形态磷均随深度降低,且均有一定的波动,但各形态的变化深度不同。且湾内站位的底层各形态磷均较稳定,且值较上层小。在湾内站位的贝壳沉积区,各形态磷的波动均较大。桑沟湾养殖海域的三个站位Fe结合态磷(Fe-P)的含量在总磷中的比例均小于或等于1%,说明其环境污染状况均较轻。有机磷(Or-P)在沉积物中的含量均超过50%,是沉积物中磷的主要赋存形态。且表层沉积物中有机磷(Or-P)高于国内外其它海区,即养殖活动使有机磷升高。生物硅(BSi)与各形态氮磷的相关性分析表明三个站位的各形态氮对初级生产力的影响不大,交换态磷(Ex-P)的含量对桑沟湾养殖海域的初级生产力影响较大。(3)三个站位的总有机碳(TOC)的平均值均小于2%,达到一类标准。湾外站位和湾北站位的柱状沉积物中的总氮(TN)的含量较低,标准指数的平均值均小于1,且随深度变化幅度不大。湾南站位的总氮(TN)的标准指数在0～23cm均大于1,但低于严重级别生态效应指数。在23cm以下均小于1。湾外站位的总磷(TP)的标准指数多数在0.9～1.2之间,并且中部值高于表层和底层,但也处于严重级别以下。湾内站位总磷(TP)的标准指数的平均值均小于1,且上层高于下层。由上可知养殖活动虽然使沉积物中的生源要素含量升高,但并未造成累积性自身污染。湾外站位的TOC/TN值除在表层3cm左右达到35.39,其余各点平均值在10左右,认为其有机质包括陆源和海源两种来源。湾内站位除贝壳沉积区外,TOC/TN值随深度变化较稳定。湾内站位贝壳沉积区以上受海洋自身输入的影响,贝壳沉积区以下受陆源输入的影响。(4)由210Pb测得三个站位的沉积速率分别为0.374cm/a、0.357cm/a和0.699cm/a。20世纪60年代末至20世纪80年代,海带的养殖对浮游植物的生长有一定的抑制作用,使浮游植物和硅藻量减少。20世纪80年代至90年代,贝类的养殖由于造成大量的生物沉积,使水体中营养盐含量相对增加,对浮游植物和硅藻的生长起到一定的促进作用。但贝类养殖密度过大时,由于贝类的摄食作用使浮游植物和硅藻量减小。20世纪90年代的贝藻混养等混养模式的推行使浮游植物和硅藻量有所回升。

全文目录

摘要  5-8
Abstract  8-13
0 前言  13-14
1 文献综述  14-24
  1.1 生源要素研究概况  14-15
  1.2 沉积物中氮磷及其形态的研究  15-19
    1.2.1 沉积物中氮及其形态的研究  15-17
    1.2.2 沉积物中磷及其形态的研究  17-19
  1.3 沉积物自身污染及有机质来源的长期记录  19-21
    1.3.1 沉积物中自身污染的分析  19-20
    1.3.2 沉积物中有机质的来源  20-21
  1.4 古生产力的研究  21-23
    1.4.1 古生产力在海洋沉积物中的替代指标  21-22
    1.4.2 沉积物年代序列的测定  22-23
  1.5 本文的研究目的  23-24
2 调查区域与研究方法  24-28
  2.1 调查区域简介  24-25
  2.2 调查方法与站位设置  25
  2.3 实验仪器  25-26
  2.4 分析方法  26-28
    2.4.1 沉积物中氮形态的分析方法  26
    2.4.2 沉积物中总磷和磷形态的分析方法  26-27
    2.4.3 沉积物中总有机碳的测定  27
    2.4.4 生源硅的测定  27-28
3 桑沟湾养殖海域主要生源要素指标的垂直分布特征  28-33
  3.1 各站位总氮的垂直分布特征  28-29
  3.2 各站位总磷的垂直分布特征  29-30
  3.3 各站位总有机碳的垂直分布特征  30-31
  3.4 各站位生物硅的垂直分布特征  31-32
  3.5 小结  32-33
4 桑沟湾养殖海域柱状沉积物中氮、磷形态及其生态学意义  33-48
  4.1 桑沟湾养殖海域柱状沉积物中氮的形态与分布  33-37
  4.2 桑沟湾养殖海域柱状沉积物中磷的形态与垂直分布  37-44
  4.3 氮、磷形态的生态学意义初探  44-46
  4.4 小结  46-48
5 桑沟湾养殖海域有机质污染及来源的长期记录  48-53
  5.1 桑沟湾养殖海域有机质污染的长期记录  48-51
    5.1.1 以总有机碳为指标的有机质污染的长期记录  48-49
    5.1.2 以总氮和总磷的标准指数为指标的有机质污染的长期记录  49-51
  5.2 桑沟湾有机质污染来源的长期记录  51-52
  5.3 小结  52-53
6 桑沟湾养殖海域初级生产力的长期记录  53-58
7 总结与展望  58-61
  7.1 本文的主要研究成果  58-59
  7.2 本研究中存在的问题及前景展望  59-61
参考文献  61-69
致谢  69-70
个人简历  70
发表的学术论文  70

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