本文關(guān)鍵詞：長江口缺氧區(qū)耗氧有機(jī)物的來源

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【摘要】：20世紀(jì)50年代以來,隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,人類活動(dòng)已經(jīng)嚴(yán)重影響了區(qū)域生態(tài)環(huán)境,近海環(huán)境中缺氧區(qū)的報(bào)道不斷增多,已成為全球性的重大環(huán)境問題。普遍認(rèn)為,水體的層化和營養(yǎng)鹽的大量輸入引發(fā)的藻類過度繁殖及其后續(xù)的降解耗氧是造成近海區(qū)域缺氧的主要原因；但也有研究認(rèn)為,河流直接輸入的有機(jī)物是缺氧區(qū)耗氧有機(jī)物的另一種可能的來源；目前對(duì)河流輸入的外源有機(jī)物和浮游植物自生的有機(jī)物在維持河口、湖泊耗氧呼吸作用的相對(duì)重要性還不清楚,所以,甄別和定量研究缺氧區(qū)耗氧有機(jī)物來源意義重大。 本論文以長江口缺氧區(qū)作為主要研究案例,通過端元混合模式,甄別水團(tuán)混合和生物地球化學(xué)反應(yīng)對(duì)溶解無機(jī)碳濃度和同位素組成的影響,對(duì)有機(jī)碳的碳同位素(δ13CPOC)及其降解產(chǎn)物溶解無機(jī)碳的碳同位素組成(δ13CDIC)的耦合分析,定量區(qū)分陸源和現(xiàn)場(chǎng)自生兩個(gè)過程對(duì)缺氧區(qū)耗氧有機(jī)物的貢獻(xiàn)。此外,本論文選擇廈門大學(xué)情人湖作為輔助案例,定量評(píng)估了湖泊季節(jié)性缺氧區(qū)的耗氧有機(jī)物來源,并與長江口缺氧區(qū)開展比較研究。 2011年8月15～25日在長江口開展了現(xiàn)場(chǎng)研究,該航次觀測(cè)到為期10天的缺氧恢復(fù)過程。因?yàn)楹酱吻芭_(tái)風(fēng)通過研究區(qū)域,我們?cè)诤酱纬跗跊]有觀測(cè)到明顯的缺氧現(xiàn)象,底層溶解氧均大于3mg/L;但航次后期,在往年缺氧區(qū)底層觀測(cè)到明顯的缺氧現(xiàn)象,底層溶解氧在2-3mg/L。缺氧站位存在明顯的層化現(xiàn)象,表層顆粒有機(jī)碳(POC)濃度較高,受有機(jī)物礦化分解影響,底層溶解無機(jī)碳(DIC)高于表層,且底層δ13CDIC小于表層δ13CDIC。 本研究基于本航次實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和歷史溫鹽數(shù)據(jù)建立三端元混合模型。首先模擬了長江沖淡水、東海表層水和東海底層水的混合作用,并應(yīng)用保守型常量元素鈣離子對(duì)混合模型進(jìn)行了校驗(yàn)。結(jié)果顯示,模型預(yù)測(cè)值與實(shí)測(cè)值吻合度相當(dāng)好。為了進(jìn)一步檢驗(yàn)本模型的有效性,分別將堿度(TA),溶解無機(jī)氮(DN),溶解無機(jī)磷(DIP)的實(shí)測(cè)值和模型預(yù)測(cè)值相減得到△TA,△DIN,△DIP,△(Si(OH)4)。其中,ΔTA在表觀耗氧量(AOU)大于100μmol/kg的站位均為負(fù)值(-30～0μmol/kg);△DIC和AOU,△(Si(OH)4)和△DIN,△DIN和ΔDIP的斜率分別為0.78,0.83和21,與經(jīng)典的Redfield比值吻合,故認(rèn)為三端元模型可以很好地區(qū)分本航次研究區(qū)域的水團(tuán)混合和生物地球化學(xué)作用。 假設(shè)生物作用(光合作用和呼吸作用)是導(dǎo)致實(shí)測(cè)DIC和δ13CDIC偏離模型預(yù)測(cè)值的唯一原因,根據(jù)濃度和同位素組成的質(zhì)量守恒,可計(jì)算出底層站位的耗氧有機(jī)物的碳同位素組成(δ13COCx)為-17(±3)‰。以-24.5(±0.5)‰和-18.5(±1)‰分別作為陸源和海源有機(jī)物的同位素組成,則海源有機(jī)物對(duì)于缺氧區(qū)的有機(jī)物貢獻(xiàn)在36-100%,平均值86%,陸源有機(jī)物貢獻(xiàn)的平均值為14%。 同時(shí),本文2011年6月到2012年2月在廈門大學(xué)水庫(情人湖)開展了一系列的研究,作為研究缺氧的輔助案例。該研究觀測(cè)到情人湖2011年夏季3m以深存在嚴(yán)重的缺氧現(xiàn)象,底層DIC和δ13CDIC垂直分布受控于生物再礦化作用。根據(jù)同位素和濃度質(zhì)量守恒,假設(shè)有機(jī)物再礦化作用是導(dǎo)致夏季DIC和δ13CDIC偏離冬季為唯一原因,則3.5m以深耗氧有機(jī)物的δ13COCx=-27.7‰,與春夏季表層的δ13CPOC (-27.1‰)幾乎相等,說明春夏季表層新生成的有機(jī)物的耗氧分解導(dǎo)致夏季底層缺氧,而其他來源的有機(jī)碳貢獻(xiàn)不明顯。本論文還觀測(cè)到2011年8月30日強(qiáng)降水15天內(nèi)3-5.5m之間的有機(jī)物耗氧分解過程,采用類似的計(jì)算方法,可以得到強(qiáng)降水后中層耗氧有機(jī)物中的65%來源于入流水有機(jī)物的直接輸入,剩余的35%則來自表層新生成有機(jī)物。 兩個(gè)案例均利用DIC和δ13CDIC的質(zhì)量守恒原理,計(jì)算公式雖略有不同,但思路完全一致：長江口缺氧區(qū)是基于三端元混合模型計(jì)算出DIC和δ13CDIC的“本底值”,通過實(shí)測(cè)值和“本底值”的差值計(jì)算出有機(jī)物再礦化作用的強(qiáng)度;情人湖缺氧區(qū)由于水體性質(zhì)單一,直接將冬季的DIC和δ13CDIC分布作為“本底值”,夏季與冬季的差值作為生物作用強(qiáng)度,然后均根據(jù)DIC和δ13CDIC在“本底值”上的耦合變化得到δ13COCx,而且結(jié)論類似,互為印證。 本研究從同位素的角度定量驗(yàn)證長江口缺氧區(qū)耗氧有機(jī)物主要為入流水?dāng)y帶的營養(yǎng)鹽刺激生成的表層有機(jī)物,陸源直接輸入的有機(jī)物在缺氧區(qū)貢獻(xiàn)較小,平均值僅為14%；情人湖夏季底層缺氧區(qū)的耗氧有機(jī)物幾乎全部來自春夏季表層水華;但突發(fā)事件,中層耗氧有機(jī)物主要來自入流水有機(jī)物的直接輸入�？傊�,基于本論文的兩個(gè)缺氧區(qū)案例,得到富營養(yǎng)化驅(qū)動(dòng)的有機(jī)物生產(chǎn)是近岸環(huán)境缺氧的主要原因。本論文的研究思路具有較廣泛的應(yīng)用性,其結(jié)論可為管理和保護(hù)河口和湖泊環(huán)境提供了較好的數(shù)據(jù)支持：即控制營養(yǎng)鹽輸入是控制河口缺氧區(qū)有效手段。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：P734

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前4條

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本文編號(hào)：1297372