基于水淘选分级的长江口最大浑浊带附近颗粒有机碳的来源、分布和保存

从分粒级的角度研究大河河口颗粒有机碳的输送特征是深刻理解河口淡咸水混合过程中有机碳的生物地球化学过程的关键。于2011年6月采集了长江口最大浑浊带附近盐度梯度下的表层悬浮颗粒物,采用水淘选方法对其按照水动力直径大小进行了分级分离,分析了这些颗粒物的有机碳含量、稳定碳同位素组成及颗粒物比表面积等参数,讨论了不同粒级颗粒物上有机碳的来源、分布和保存随盐度的变化特点及其影响因素。结果表明,随着盐度的增加和粒径的增大,长江口最大浑浊带附近分级颗粒有机碳逐渐降低,颗粒有机碳含量主要集中在小于32μm的粒级。相对于长江干流,长江口颗粒有机碳含量偏低,可能归因于河口最大浑浊带附近特殊的生物地球化学作用,如细颗粒物絮凝——沉降、微生物分解等。基于蒙特卡洛模拟的三端元混合模型的计算表明长江口分级颗粒有机碳主要来源于河流和三角洲输入,海洋来源贡献较小,三者的平均贡献比例分别为40%、35%和25%。在河口盐度梯度的淡水端,不同粒级颗粒物上三角洲来源的有机碳比例均随着盐度升高而增加,而在咸水端,海源有机碳的贡献比例升高,尤其是在16-32μm粒级,最高达39%。32-63μm粒级的颗粒物单位比表面积有机碳含量均大于1.0mg/m~2,小于32μm的颗粒物单位比表面积有机碳含量均在0.4-1.0mg/m~2的范围之内,符合河流颗粒物的一般特点,同时也说明细颗粒物上的有机碳可能已经发生了一定程度的分解,不过相对于长江口表层沉积物,颗粒物单位比表面积有机碳含量普遍较高,表明这些颗粒有机碳在沉降过程中或沉积之后还要经历进一步的再矿化分解,初步的估算表明,长江所输送的陆源有机碳约71%会在沉积过程中损失掉。本研究有助于深入了解大河河口不同粒级颗粒物在有机碳迁移转化过程中的作用,深化对高浊度河口有机碳生物地球化学过程的认识。     

盐度和腐殖酸共同作用下的长江口泥沙絮凝过程研究

长江河口有机质含量丰富,盐度变化较大,因此研究长江河口以细颗粒泥沙为主的多因子共同作用下的絮凝有助于了解最大浑浊带的形成机制.通过实验研究盐度和腐殖酸共同作用对长江口细颗粒泥沙浊度变化影响的过程,从浊度相对变化率、絮团粒径和电位变化三方面综合分析了其絮凝机理,并且对絮凝体进行了红外和电镜分析,探讨了絮凝体的微观结构.结果表明:(1)随着盐度增大细颗粒泥沙浊度相对变化率逐渐增大,粒径增大,而电位绝对值变小;(2)随着腐殖酸浓度增大细颗粒泥沙浊度相对变化率先略有升高后迅速降低,粒径增大,电位绝对值增大;(3)微观结构的分析表明腐殖酸是以腐殖酸盐的形式包覆在泥沙表面,同时也验证了河口中C-P-OM(C代表黏土,P代表阳离子,OM代表有机化合物)的泥沙絮凝模式.     

Flocculation process of fine-grained sediments by the combined effect of salinity and humus in the Changjiang Estuary

1 IntroductionThe flocculation of fine-grained particles is onof the main reasons for the estuarine depositionWith the combination of salt water and freshwaterfine-grained particles in estuaries will experiencdrastic changes: flocculation, settlement, res…     

长江口盐度梯度下不同形态碳的分布、来源与混合行为

河口碳的生物地球化学过程是全球碳循环的重要组成。通过测定溶解无机碳（DIC）及其稳定同位素丰度（δ13C_DIC），溶解有机碳（DOC），有色溶解有机物（CDOM），颗粒有机碳（POC）及其稳定同位素丰度（δ13C_POC）与元素比值（N/C）及相关指标，研究了2014年7月长江口盐度梯度下不同形态碳的分布、来源和混合行为。结果表明，DIC浓度、DOC浓度、POC含量分别为1 583.2~1 739.6 μmol/L，128.4~369.4 μmol/L和51.2~530.8 μmol/L，这些不同形态碳及CDOM的荧光组分的分布模式相似，均是从口内到口外，整体呈现先增大后减小的趋势，并与盐度呈现非保守混合行为。添加作用主要发生在在口门处最大浑浊带附近。与含量相反，从口内到口外，δ13C_DIC和δ13C_POC均呈现逐渐减小再增大的趋势，在口门附近达到最低值，分别为-9.7‰和-26.7‰。在口门附近不同形态碳含量上升及δ13C_DIC、δ13C_POC的降低可能主要与沉积物再悬浮及微生物作用有关。基于蒙特卡洛模拟的三端元混合模型的结果显示，河口内外POC来源变化明显，口内POC以陆源有机碳贡献为主，平均为62.3%，口外海源贡献逐渐增加。CDOM相关参数结果表明长江口CDOM主要来自陆源输入，海源及人类活动等也对其产生影响。     

长江口南槽最大浑浊带枯季大小潮悬沙峰特征及其动力机制

长江口最大浑浊带是陆海交汇的核心区域,其航槽是扼海-河联运的咽喉,悬沙峰的涨落潮周期变化深刻影响航槽的稳定性。本文利用长江口南槽上、中、下段3个站点枯季小潮和大潮的流速、盐度、悬沙平均粒径和悬沙浓度的实测资料,分析最大浑浊带悬沙峰特征及其动力机制。发现:流速和滩槽交换增强导致大潮平均悬沙浓度比小潮增加了0.78—1.97倍,絮凝也导致憩流底层悬沙浓度增加8%左右,但流速和絮凝与悬沙浓度的关系均非线性。大小潮盐度梯度与底层悬沙浓度关系呈现高线性相关关系,表明盐度梯度强化或突变是泥沙再悬浮形成悬沙峰的主要动力。     

伶仃洋河口泥沙絮凝特征及影响因素研究

泥沙絮凝对河口细颗粒泥沙运动过程起着极其重要的作用。本文通过LISST-100激光粒度仪等仪器实测伶仃洋河口2013年洪季悬浮泥沙絮凝体现场粒径及水动力、泥沙条件,结合实验室悬沙粒径分析,研究大小潮期间伶仃洋河口泥沙絮凝特征,探讨紊动剪切强度、含沙量、盐度分层及波浪等因素对伶仃洋河口泥沙絮凝的影响。结果表明:伶仃洋河口水体中现场粒径平均值为148.53 μm,大于实验室悬沙分散粒径36.74 μm,河口絮凝现象明显;沉速与有效密度、粒径呈正相关,絮团平均有效密度为153.49 kg/m3,平均沉速达1.13 mm/s;小潮时絮团平均粒径大于大潮,垂向上表底层絮团粒径小、中层大,中底层絮团沉速大于表层。伶仃洋河口水动力、泥沙条件是影响其泥沙絮凝的重要因素,低剪切强度（小于5 s-1）、低含沙量（小于50 mg/L）及高体积浓度有利于细颗粒泥沙之间的相互碰撞,促进絮凝作用;当剪切强度与颗粒间碰撞强度高于絮团所能承受的强度时,絮团易破碎分解成小絮团或更细的泥沙颗粒;伶仃洋河口盐度层化引起的泥沙捕获现象增大中层泥沙体积浓度,有利于中层絮凝体的发育;观测期相对较大的波浪增强水体紊动,增大了水体细颗粒泥沙的碰撞几率,表层絮团粒径随波高峰值的出现而增大。     

夏季长江口无机氮的加入与转移 偏移理论稀释曲线的解释

利用2006年夏季长江口调查数据分析了长江口海域硝酸盐(NO3-)、亚硝酸盐(NO2-)、铵盐(NH4+)大面分布,NO3-浓度呈近岸高、外海低的特征,NO2-和NH4+浓度在上海市排污口位置有高值区并向外扩散。NO3-,NH4+浓度总体上符合咸淡水混合之稀释效应,与盐度的相关系数(r2)分别为0.815,0.255,呈保守行为,而NO2-浓度与盐度的相关性系数为0.074,呈非保守行为。在确定了淡水端元和咸水端元的基础上,做出理论稀释曲线TDL(theoretical dilution line),由于上海市污染物的输入,淡水端元NO3-,NO2-,NH4+浓度不同程度地正偏于TDL,在外海深层水范围内有机颗粒矿化再生亦呈加入态势。对应高溶解氧的盐度羽状峰处,由于真光层初级生产较强,表层NO3-浓度负偏于TDL约1~19μmol/dm3,NO2-,NH4+浓度也存在不同程度的减小。在长江口最大浑浊带附近,由于高浓度悬浮物吸附NH4+而呈现明显的迁出机制。外海表层海水三氮营养盐浓度数据点偏离TDL程度较小,但在底层由于来自上层的有机颗粒耗氧分解而再生出营养盐,使NO3-,NO2-,NH4+浓度数据一般在TDL之上。     

长江口及邻近海域表层海水硅酸盐混合模式的初步研究

根据2006年7月—2007年12月,对长江口及邻近海域春、夏、秋和冬季4个航次的现场调查数据,对硅酸盐(SiO₃-Si)在长江口及邻近海域表层海水的混合模式及影响因素进行初步探讨。结果表明:(1)该海域表层海水SiO₃-Si浓度四季均与盐度(S)相关性较好,秋、冬季稀释模式与理论稀释线(TDL)相符,春、夏季因生物作用、悬浮颗粒物解析和沉积物再溶作用的影响,稀释模式与TDL线存在差异。(2)长江口及邻近海域S<18海域,表层海水四季SiO₃-Si浓度随温度升高略有上升,可能是由于悬浮颗粒物中SiO₃-Si的解析量和沉积物的再溶增加;pH值为7.7~7.9时,SiO₃-Si浓度基本不变,pH值为7.9~8.2时SiO₃-Si浓度随pH升高而降低,主要受物理混合作用影响;SiO₃-Si浓度与溶解氧(DO)含量无明显相关关系。(3)长江口及邻近海域S>18海域表层海水,长江口和杭州湾SiO₃-Si含量相对较高,除上述2个高硅区域外,四季在5~32 ℃温度范围内,SiO₃-Si浓度均低于20 μmol/L,且相差不大;春、夏季受生物作用和物理混合作用共同影响,秋、冬季受物理混合作用影响,pH值为7.9~8.3时SiO₃-Si浓度随pH升高逐渐降低,pH大于8.3时SiO₃-Si浓度基本不变;春、夏季主要受生物作用影响,SiO₃-Si浓度与DO含量呈负相关,秋、冬季因物理混合作用影响呈正相关。     

Nitrate δ15N and δ18O evidence for active biological transformation in the Changjiang Estuary and the adjacent East China Sea

The Changjiang Estuary has been considered as one of the most polluted estuaries in the world due to high nitrate (NO-3) input, especially in spring and summer. In this study, δ15N and δ18O of NO-3 , along with other chemical parameters in this area, were measured in spring to evaluate NO-3 biogeochemical processes. A simple two end-members mixing model was used to examine the relative contribution of the Changjiang River Diluted Water and marine water to NO-3 sources in the Changjiang Estuary and the adjacent East China Sea. The isotopic signals show that NO-3 behaved relatively and conservatively in Transect F and Transect P where assimilation was weak possibly due to vertical mixing, while active assimilation and weak nitrification occurred in Transect D. Spatial difference in assimilation was indicated by the～1:1 enrichment of δ15N and δ18O in the three transects, while spatial difference in nitrification was reflected by deviations of δ15 N and δ18O from assimilation line. Our results suggest that the input of the Changjiang River Diluted Water promoted NO-3 assimilation possibly by stratifying the water column which favored the phytoplankton growth.     

Investigation on Settling Characteristics of Floes in the Changjiang Estuary, China

- Settling characteristics of floes, including relative settling velocity, relative flocculation coefficient and flocculation exponent, are obtained by the suspended load equations for different size fractions. Data of the Changjiang Estuary suggest that level of flocculation changes from river section, river mouth (turbidity maximum) to offshore area in sequence of low, very high and high. The settling characteristics of floes reflected by in situ estimation performs a similar feature as that obtained from still water experiment.     

长江口潮滩表层沉积物对NH4+-N的吸附特征

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,它在河口潮滩生态系统内氮素循环过程中起着非常重要的作用.以长江口滨岸潮滩为研究区域,运用实验模拟的方法,研究了沉积物对NH₄+-N的吸附特征,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.实验模拟与实测结果对比发现,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.     

Geochemistry of rare earth elements in the dissolved,acid-soluble and residual phases in surface waters of the Changjiang Estuary

The concentrations of rare earth elements in the dissolved, acid-soluble and residual phases in surface waters of the Changjiang Estuary were determined using ICP-MS. The main purposes of the study are to understand the estuarine geochemistry of rare earth elements and to explore water-particle interactions in the Changjiang estuarine mixing zone. The results show that there are two distinct processes operating on dissolved rare earth elements in the estuary: large scale removal at low salinities due to salt-induced coagulation and remarkable release at mid to high salinities. These processes result in modification of the effective river water flux and the systematical fractionation of the dissolved rare earth elements toward the East China Sea. The increase in concentration of dissolved rare earth elements in the mid to high salinity waters of the Changjiang Estuary suggests a sediment source in the mixing zone of the estuary, which is located over a shallow, broad shelf where there is extensive physical contact between bottom sediment and estuarine waters. Acid-soluble rare earth elements, the concentrations of which also dropped sharply in the low salinity region, appear to be controlled by salt-induced coagulation process and intense deposition of suspended particulate matter in the low salinity region. In the mid to high salinities, all acid-soluble rare earth element concentrations increase slightly with increasing salinity, suggesting that resuspension of sediments occurred. In contrast, the residual rare earth element concentrations are relatively constant with salinity variation in the Changjiang estuarine surface waters.     

Dissolved Aluminum in the Upper St. Lawrence Estuary

The concentrations of dissolved aluminum (Al) in the upper St. Lawrence Estuary were determined during periods of high and intermediate river-discharge. Laboratory experiments simulating estuarine processes were also conducted in order to examine possible mechanisms controlling the Al distribution. During the high river-discharge, the Al concentration at river end-member was 1.63 µM and decreased exponentially with increasing salinity. An almost complete removal of dissolved Al was observed in the low salinity area up to 10 with an intensive removal in the turbidity maximum zone. Principal mechanisms responsible for the Al removal inferred from the laboratory experiments were flocculation and adsorption onto suspended particulate matter (SPM). During the intermediate river-discharge, the Al concentration was 0.72 µM at the river end-member and again decreased with increasing salinity. However, the removal was less pronounced, being only about 25%. Good fits with model predictions and laboratory experiments suggest that principal removal mechanisms were authigenic aluminosilicate formation and adsorption onto SPM. In the upper St. Lawrence Estuary, Al distribution is controlled by a combination of three removal mechanisms: flocculation, authigenic aluminosilicate formation, and adsorption. Each mechanism can become a dominant factor depending on the concentration level and speciation of dissolved Al in the river water.     

2019年夏末长江口及其邻近海域走航pCO2变化及控制机制

利用2019年8月获得的长江口及其邻近海域表层海水pCO2的走航观测数据,结合温度、盐度、溶解氧等理化参数,初步探讨了该区域夏末表层海水pCO2的空间分布特点及控制因素。研究结果显示,整体上pCO2呈现近岸高而离岸低的特点,其中在长江冲淡水的中盐度区域出现了一个pCO2的极低值区。去除温度的影响,温度归一化后的pCO2与溶解氧饱和度具有良好的负相关关系,这表明生物过程是造成研究区域pCO2巨大空间差异的主要原因,其中高初级生产造成了中盐度区的强汇现象。同时河、海混合区断面的温度、盐度和溶解氧的分布显示水体层化致使垂直混合作用对pCO2的影响较小。整体而言,研究区域的海 气界面CO2通量为-2.0±5.2 mmol·m-2·d-1,表现为大气CO2的汇。随着环境的改变和人为活动的干扰(如长江径流量的减少),长江口及其邻近海域可能存在由大气CO2的汇转为源的风险,需要持续关注和研究。     

长江口及邻近海域有色溶解有机物的分布及河口混合行为的季节变化研究

于2019年3月、7月和10月对长江口及邻近海域有色溶解有机物(CDOM)的分布及河口混合行为进行分析研究。通过对盐度、吸收光谱斜率S_275～295、吸收系数a_CDOM(355)以及叶绿素a的分析发现,在河口内低盐度区,7月淡水流量大,陆源输入量最大,a_CDOM(355)值最高,3月CDOM来源主要受陆源输入和浮游植物生产活动的影响,a_CDOM(355)值较10月高;在口外高盐度区,3月和7月的a_CDOM(355)值相近,均低于10月,CDOM分布主要受浮游植物生产活动的影响。利用三维荧光光谱?平行因子分析方法共鉴定出4个荧光组分:类蛋白质组分C1(280/330 nm)、类腐殖质组分C2(300/350 nm)、类腐殖质组分C3(260/465 nm)和类腐殖质组分C4(320/410 nm)。在3月、7月及10月,4个荧光组分强度由长江口内到口外呈递减趋势,受陆源输入和浮游植物生产活动的影响,平均荧光强度的季节变化总体上来说,由大到小依次为7月、10月、3月。3个季节CDOM荧光组分均存在偏离理论稀释线的现象,说明CDOM的来源(陆源输入、沉积物再悬浮和现场生物活动)和去除(被颗粒物吸附、光降解和细菌降解)机制复杂多变,揭示了长江口区域CDOM在不同时空下的不保守混合行为。     

长江河口盐度锋

根据1988－1991年河口锋面现场调查、上海市海岸带调查及历次标准断面调查资料对长江盐度场及盐度锋进行了分析，提出了由口门至外海纵向上存在着三级锋面现象：内侧锋面即长江河口锋为长江河口水与长江冲淡水的界面；羽状锋是长江口羽状流水与口外混合水的界面，它是长江口最主要的盐度锋面，也是长江口一个重要的生物地球化学带，对河口沉积过程及水下三角洲发育具有重要的影响。外侧锋面即海洋锋，是长江冲淡水的最外边缘。     

Submarine groundwater discharge and benthic biogeochemical zonation in the Huanghe River Estuary

Submarine groundwater discharge(SGD) has received increasing attention by studies on coastal areas; however,its effects on biogeochemical zonation have not been investigated to date. The Huanghe River Estuary(HRE) is a world class river estuary with high turbidity, and heavy human regulation. This study investigated how SGD is related to the benthic biogeochemistry of the HRE. Based on the distribution of several parameters(e.g., salinity,temperature, dissolved oxygen(DO) levels, p H, radium iso...     

长江河口及邻近海域表层沉积物中铁溶解和磷释放活性的动力学表征

运用溶解动力学实验及活性连续体模型表征了长江河口至东海邻近海域表层沉积物中铁(Fe)和磷(P)的活性。通过动力学数据拟合得到了活性组分的理论含量m₀和表观速率常数k。结果表明，Fe(Ⅱ)普遍存在于表层沉积物中，这应是高活性有机络合态Fe(Ⅲ)絮凝/沉淀到沉积物中后快速还原的结果。沉积物中黏土及总有机碳（TOC）含量对Fe(Ⅱ)的m₀及其k值起重要控制作用。从长江河口至邻近海域沉积物中Fe(Ⅱ)均以FeCO₃形态为主，FeCO₃的溶解及与之相结合磷(主要为交换态P和自生P)的释放导致Fe(Ⅱ)和P具有相似的溶解动力学特征。与吸附于Fe(Ⅱ)矿物相的P相比，与Fe(Ⅱ)矿物相共沉淀的P的m₀较高，但k较低。与TOC含量较低的粗粒沉积物中的Fe(Ⅲ)相比，TOC含量较高的细粒沉积物中Fe(Ⅲ)的m₀值较小，但k值较大。以上特征是Fe不同的氧化还原过程导致的。Fe(Ⅲ)氧化物的含量(m₀)和活性(k)总体上控制着与之相结合P的含量(m₀)及溶解活性(k)。虽然传统活性Fe形态分析未能揭示出长江河口沉积物中活性Fe的富集作用，但溶解动力学表征结果表明，Fe的絮凝/沉淀导致河口沉积物中活性Fe的明显富集，且该过程主要发生在盐度明显增加的低盐度河口区。     

入海泥沙的减少对长江口赤潮增加有贡献吗?

过去几十年来全球近海有害藻华（又称赤潮）发生频率持续增加。人类活动造成的河口-近海富营养化程度的加剧,被认为是导致全球有害藻华增加的主要原因。但是,富营养化程度的加剧可能不是全球有害藻华增加的惟一原因。河流入海的非营养盐类的其他物质通量变异（如泥沙）,也可能显著影响河口-近海的生物活动乃至赤潮的发生。过去40年来随着长江入海营养盐通量的增加,长江入海泥沙通量减少了70%。长期观测资料显示,由于泥沙减少使得长江口羽状流区光照条件显著改善,长江口浮游植物生物量最大值区已扩展至更低盐度的区域。此外,过去40年来长江口赤潮发生频率变化与长江入海泥沙通量变化呈现镜像关系,且二者呈显著的负相关关系。因此认为,长江入海泥沙的剧烈减少降低了羽状流区水体浊度,从而对长江口区赤潮频率的增加有一定贡献。     

长江口及其邻近海域悬浮颗粒物浓度和粒径的时空变化特征

长江口是典型的高浊度河口，长江口及其邻近海域悬浮颗粒物（suspended particulate matter，SPM）浓度跨度大，泥沙过程活跃、复杂。2015年7月9-20日（洪季）和2016年3月7-19日（枯季），使用OBS和LISST分别测定了该区域99个和89个站位的SPM浊度、光衰减系数、总体积浓度、平均粒径和粒径谱等参数；同时通过现场过滤测定了各站位表、中、底3层的SPM质量浓度以及典型站位SPM中颗粒有机碳（particulate organic carbon，POC）的δ13C、颗粒氮（particulate nitrogen，PN）的δ15N以及POC/PN摩尔比值。结果表明，浊度、光衰减系数、总体积浓度等3个参数均与SPM质量浓度显示出了显著的正相关关系。研究区域SPM平均粒径一般表层大于底层、枯季大于洪季；长江淡水端元输出的SPM粒径枯季也明显大于洪季。具有相似粒径谱特征的SPM可以通过测定δ13C和δ15N值来进一步区分其来源和组成。SPM质量浓度和总体积浓度等参数结合还可以计算SPM有效密度，用以了解研究区域SPM的沉降过程。结果表明两个季节SPM有效密度和粒径之间显示出了显著的负相关关系，说明枯季长江输出的SPM由于粒径大、密度小、沉降速度低，加之强烈的垂直混合和口门拦门沙附近的再悬浮，随着环流可能到达研究区域北部的最东端；而洪季长江输出的SPM由于粒径小、密度大、沉降速度高，在口门附近快速沉降。