胶州湾海水营养盐的分布及潜在性富营养化研究

根据2009年5、8、10月胶州湾海区3个航次海水营养盐的调查资料,分析了该海区海水营养盐的分布特征和时空变化,利用潜在富营养化评价模式评价水质营养状况。结果表明,溶解无机氮、活性磷酸盐以及活性硅酸盐的年均含量分别为0.335、0.028和0.725 mg/L,NO3-N是DIN的主要组成部分,占溶解无机氮含量的71.6%;8月营养盐含量高于5月和10月,营养盐的空间分布从东部河口区和北部养殖区两个高含量区向湾中心和湾口呈逐步递减之势;DIN∶P,Si∶DIN和Si∶P的比值年平均分别为53.9,2.03和57.7,活性磷酸盐为限制因素,胶州湾海域处于磷中等限制-磷限制潜在性富营养化,楼山河口和李村河口为中度营养-富营养,一旦有外界磷大量输入可能发生赤潮。     

溶解无机氮在胶州湾沉积物一海水界面上的交换速率和通量研究

应用实验室培养法测定了溶解无机氮(DIN)在胶州湾16个站位沉积物-海水界面上的交换速率。结果表明, NH4 -N,NO2 -N和NO3 -N的交换速率一般分别在-0.5~1.6,0.005~0.67, + - --2.0~2.8 mmol/(m2·d)范围内。由于间隙水中DIN主要以NH4 -N形态存在,DIN在胶州湾沉 +积物-海水界面上的交换以NH4 -N的扩散为主,在大部分站位表现为由沉积物向水体的释放, +NO3 -N主要来自NH4 -N的硝化反应,而NO2 -N是NH4 -N和NO3 -N之间化学转化过程的中 - + - + -间产物。考虑胶州湾沉积物类型, 在胶州湾沉积物-海水界面上的交换通量为9.68×108 DINmmol/d,是河流输入DIN的50%左右,可提供维持胶州湾初级生产力所需DIN的52%。     

胶州湾沉积物-海水界面溶解无机氮的迁移特征及其影响因素解析

采用实验室培养法,在原位温度和溶氧条件下,研究了夏、冬季胶州湾沉积物-海水界面溶解无机氮(DIN)的迁移特征。结果表明,夏、冬季胶州湾沉积物-海水界面DIN主要以NO_3-N和NH_4-N的形态进行交换,夏季胶州湾沉积物表现为水体DIN的源,其交换通量为1.64×10~9 mmol/d,可以提供维持初级生产力所需氮的39.3%;而冬季沉积物表现为DIN的汇,其交换通量为–2.12×10~8 mmol/d。利用相关分析和主成分回归分析,研究界面不同形态DIN交换速率和底层环境因子的关系,结果表明,夏季胶州湾沉积物-海水界面DIN的交换主要受沉积物中有机质的矿化、底栖藻类的同化作用和扩散过程共同调控,而冬季则主要受内源有机质的矿化、底栖藻类的同化作用、吸附-解吸和扩散过程共同调控。     

胶州湾柱状沉积物中无机与有机磷的形态研究

研究了胶州湾柱状沉积物磷的存在形态、浓度水平及其分布特征.结果表明3种形态磷的浓度为:总磷(TP) 12.78 μmol·g-1;无机磷(IP)9.60 μmol·g-1;有机磷(OP)3.18 μmol·g-1.无机态磷占总磷的75%,为沉积物中磷的主要存在形式.磷在柱状沉积物中的分布呈上层低(0～10cm),中间层段(66～90cm)略高,155cm以深层段浓度稳定且较低的态势,尤以TP和IP表现明显.磷在上层沉积物中浓度水平较低的现象可能与近年来入湾河流磷的输入量较低有关.     

胶州湾海水中二氧化碳的研究

二氧化碳-碳酸盐体系是海水中最复杂的体系,其平衡主要包括如下过程:它直接影响海水pH的变化,对于海气界面交换及海水化学和海洋沉积过程等起着重要作用.     

胶州湾海水中硼的研究

首次实验研究胶州湾海水中的硼,胶州湾表层海水中硼的浓度为３．２４ ～３ ．８７ｍｇｋｇ－ １ ,Ｂ／Ｃｉ比值为０ ．１８１ ～０．２１５ ,平均值为０ ．２０４ ±．０ ．００９ 。Ｂ／Ｓ比值为０ ．１００～０ ．１２０,平均值为０ ．１１３ ±０．００５。湾内硼的分布,低值区在李村河口沧口湾附近,而在湾的东西两侧、东北角及湾口区域海水中硼浓度则较高。湾内海水中的硼主要靠湾外海潮输入。因湾内无常年径流流入,盐度分布变化小,硼浓度随盐度及氯度变化不明显。相对于北黄海水,胶州湾海水硼平均迁出量８．６５％ ,胶州湾海水中的硼表现为非保守性质。     

胶州湾海水中的铁

海水中的铁对浮游植物的生长有重要的意义。Gran曾用一种骨条藻做试验，证实了铁能剌激浮游植物的生长。Thompson等则注意到海水中的铁有季节变化。Menzel及Ryther发现马尾藻海营养物质消耗殆尽的表层海水中，影响浮游植物繁殖的主导因素是铁而不是磷酸盐和硝酸盐。类似的实验在东印度洋也有人做过；在印度洋贫水中加入铁或铁加硝酸盐或铁加磷酸盐，二氧化碳有显著的变化，而单独加入硝酸盐或磷酸盐，则没有那么显著的变化。 为了了解胶州湾海水中铁的含量、分布及其季节变化，我们从1964年6月起至1965年6月止，每隔一个月在胶州湾作8个站的非同步定点观测。测定的项目有总铁和活性铁两种。1964年12月的一次观测及7站、8站的几次观测因故未能进行。1965年初，自制了一批硝化纤维素膜，其平均孔径约为0.5微米。1965年4月用这种膜过滤了二个站的水样，测定了粒状铁的样品，同年6月测定了7个站的粒状铁样品。采样站位如图1。调查船是海鹰号和海燕号。1964年6月和1965年4月，调查时定位误差较大。     

胶州湾海水中一氧化碳的分布与海-气通量研究

CO是大气中的重要痕量气体,它对控制大气中羟基自由基的浓度、参与全球碳循环进而影响全球气候变化等方面起着重要作用。本研究分别于2007年6,8和10月开展了3个航次的调查,对胶州湾海水中CO的时空分布进行了研究。3个月中胶州湾表层海水中CO的浓度分别为(4.90±2.24),(6.31±1.56)和(3.50±1.27)nmol/L,表现出明显的季节性变化,其中8月大于6月大于10月。水平分布上,6月和10月沿岸平均浓度高于同航次湾内和湾口的平均浓度;8月沿岸平均浓度小于本航次湾内和湾口平均浓度。分别将3个月中CO的浓度按取样和测试时间以小时为单位分割求平均值,平均浓度和时间的分布关系总体符合周日变化的规律。但是胶州湾东部近岸站位的浓度出现周日变化的异常值,说明人文活动对CO的分布也起重要作用。结合中国大气中CO的平均浓度(0.329×10-6v/v)可知胶州湾表层海水中CO处于绝对的过饱和状态,6,8和10月3个月过饱和系数分别为(18.2±8.3),(20.6±5.1)和(10.3±5.28)。胶州湾CO的海-气通量6月大于10月,而小于8月。     

东山湾海水中化合态无机氮的分布特征

1988年5月东山湾海水中硝酸盐、铵氮、亚硝酸盐和总化合态无机氮的平均浓度分别为3.44、1.60、0.49和5.53μmol/dm~3;8月航次这些要素的平均含量分别为1.83、0.88、0.39和3.10μmol/dm~3;11月航次这些要素的平均浓度分别为6.48、0.61、0.31和7.40μmol/dm~3;1989年2月航次这些要素的平均浓度分别为12.5、0.39、0.48和13.2μmol/dm~3。不同季节无机氮的主要外部来源不尽相同。除冬季外,其他季节无机氮的分布均在不同程度上受到浮游植物摄取的影响,其中秋季的影响最大。此外,夏季无机氮的分布还受到上升流的影响。     

胶州湾营养盐及富营养化特征

根据2003—2004年在胶州湾的调查资料,探讨了该湾营养盐及其富营养化状态。通过spss12.0统计分析营养盐和各理化因子之间的两两相关性,认为溶解无机氮、活性磷酸盐和活性硅酸盐之间有一定程度相似的生物地球化学过程,且外源性营养盐是其主要的来源。频数分析显示,胶州湾硅酸盐浓度控制了SiO3-Si/PO4-P和SiO3-Si/DIN的比例,此二者多数情况下小于其各自的化学计量平衡。冬季营养盐和叶绿素a的消长关系及浮游植物赤潮优势种数量变化分析说明,硅酸盐的含量对调查海域赤潮的发生发展和消退起着重要的控制作用。这些表明,SiO3-Si是胶州湾浮游植物生长的潜在限制因子,特别是冬季。利用Matlab建立了人工神经网络富营养化评价模型,结果认为带有SiO3-Si因子的评价结果更好地反映了胶州湾的富营养化状况。     

胶州湾海域营养状况研究

根据2000～2009年胶州湾海水监测资料,选用单项指标分析和富营养化指数法,对胶州湾海域以及主要河口区营养水平进行评价。结果表明,胶州湾水质较差,无机氮严重超标,N/P值为62.7,呈现高N低P状况,整个海域呈中度-重度富营养状态。主要河口海域无机氮(IN)严重超标,富营养化程度高,其中墨水河口为严重富营养,楼山河口为重度富营养。     

胶州湾海水富营养化水平评价

根据2002年4个季度调查资料,选择活性磷酸盐、溶解无机氮、溶解氧、化学耗氧量、叶绿素a为评价因子,利用模糊综合评价模型对胶州湾的营养水平及动态变化进行了评价。结果表明,无论是季节变化还是年度总评胶州湾大部分水域的N、P浓度偏高,处于中度营养和富营养化水平,东部、东北部和西北部水域富营养化明显。     

胶州湾中溶解态铝的初步研究

本文利用改进的铝-荧光镓(Al-LMG)荧光光度法测定了2001年夏季和秋季胶州湾水样中的痕量溶解态铝,分析了夏、秋季胶州湾内溶解态铝的分布及其影响因素,在此基础上讨论了胶州湾中悬浮颗粒物对溶解态铝的贡献,并进一步探讨了溶解态铝在研究水团运动中的作用。计算了河流输入、大气干、湿沉降向胶州湾中溶解态铝的输送,及湾内外交换对胶州湾内溶解态铝的影响和胶州湾铝的存留时间。     

环胶州湾流域总氮总量控制指标体系研究

通过建立胶州湾ECOM三维水动力-生物地球化学耦合模型,采用浓度梯度积分法和水质模拟-数学规划法,构建了环胶州湾流域总氮总量控制指标体系,包含胶州湾总氮环境容量、环胶州湾流域污染源、子流域、行政区和入海控制单元总氮总量控制指标。结果表明:研究海域总氮海洋环境容量为1.8×10~4 t/a,且季节变化显著(P<0.05),夏季最高,春季次之,秋季和冬季较低;环胶州湾流域68个点源污染源总氮总量控制指标合计1 040.78 t/a,总氮面源总量控制指标为3 947.5 t/a;环胶州湾1 281个子流域、125个乡镇、10个区市和10个入海控制单元总氮污染物总量控制指标具有显著的空间差异(P<0.05);位于胶州湾湾顶区的入海控制单元的总氮污染物需削减量较高,位于湾口的入海控制单元需削减量较低。研究结果可为相关管理部门有效利用胶州湾海洋环境容量资源及制定相关决策提供科学依据。     

胶州湾氮、磷浓度的三维数值模拟

考虑了近岸海域影响氮、磷含量、时空分布的主要物理、生物化学过程,建立了胶州湾海域非保守物质(氮、磷)的水质预测模型。模型将氮、磷及与其相关的浮游植物、浮游动物作为状态变量,模拟了胶州湾海域夏季各状态变量浓度的时空分布。结果表明胶州湾北部氮、磷浓度最高,湾中央及湾口海域水质较好,各变量垂向分布均匀。数值模拟结果与监测结果及历史资料较为符合。     

莱州湾海水中营养盐分布与富营养化的关系

根据2001年5月和9月2个航次莱州湾海区海水营养盐等的调查资料,分析了该海域海水中5项营养盐的分布特征及时空变化,评价了水质的富营养化状况。结果表明,溶解无机氮的平均浓度为9.80μmol/dm3,2个季节中溶解无机氮以NO3-N浓度为最高,平均为7.61μmol/dm3,占总无机氮的77.65%,是莱州湾海水中的无机氮主要形式;活性磷酸盐的平均浓度为0.48μmol/dm3,活性硅酸盐的平均浓度为11.31μmol/dm3。研究发现,莱州湾海水中溶解无机氮和活性磷酸盐浓度分别是12 a前的2.03倍和3.2倍。DIN∶P,Si∶P,Si∶DIN比值分别为69.5,34.2,1.4;因此,磷酸盐为限制因素。按照营养状态指数值,莱州湾海区湾顶近岸海域划分为富营养化区,秋季一旦水文气象等条件适宜有发生赤潮的可能。     

胶州湾鱼卵、仔鱼和稚鱼的分布

2003年1月-2004年1月在胶州湾海域逐月进行连续13个航次的调查,对胶州湾鱼卵、仔鱼和稚鱼的种类组成、丰度和主要种类的分布进行了研究。结果表明,采集到的鱼卵均为浮性鱼卵。鱼卵丰度最高值出现在8月(5.02粒/m3),次之为5月(4.97粒/m3)。共采集到仔、稚鱼10种,隶属9科10属,优势种为刺鱼叚虎鱼、斑鱼祭和玉筋鱼。根据出现的季节和出现时间的长短,将仔、稚鱼分为暖季类群、暖季短时类群和冷季类群三种类群。暖季类群较冷季类群占有明显的优势。暖季短时类群的种数、丰度和站位出现率都比较低。仔、稚鱼的丰度、种数的季节变化显著,最大值均出现在6月份,丰度是16.34尾/m3,种数为7种,与海水月平均温度的季节变化节律基本一致。     

桑沟湾海水中营养盐分布及潜在性富营养化分析

根据2003年8月—2004年7月桑沟湾海区12个航次海水营养盐的调查资料,分析了该海区海水营养盐的分布特征及时空变化,评价了水质的潜在性富营养化状况。结果表明,溶解无机氮的年平均浓度为10.15μmol/dm3。4个季节中溶解无机氮以NO3-N为主要存在形式,占年平均含量的78.69%,其中以秋季的含量为最高。NH3-N占无机氮年平均含量的15.11%,NO2-N占无机氮年平均含量的6.20%。活性磷酸盐的年平均浓度为0.23μmol/dm3,浓度呈现春季较低和秋季较高的分布特征。活性硅酸盐的年平均浓度为2.86μmol/dm3,浓度呈现冬季较低和夏季较高的分布特征。DIN∶P,Si∶DIN和Si∶P的比值年平均分别为43.2,0.31和13.4,磷酸盐和硅酸盐为限制因素。与1983年在该海域所获数据比较发现,溶解无机氮的浓度是20年前的10.7倍,活性磷酸盐的浓度较20年前降低了43.9%,活性硅酸盐的浓度较20年前降低了34.1%。桑沟湾海区营养水平仍很低,总体上处于贫营养或中度营养化阶段,海水水质质量较好。     

Dissolved inorganic carbon and CO2 fluxes across Jiaozhou Bay air-water interface

On the basis of data collected in the Jiaozhou Bay in June and July 2003, the DIC distribution in seawater is studied,and an average air-sea flux of CO2 is estimated. The results show that the content of DIC inside the bay is markedly higher than outside the bay in June, but the content of DIC outside the bay is markedly higher than inside the bay in July. The trend of DIC distribution inside the bay is similar, viz. the content is the maximum in the northeast, then decreases gradually toward the west, and the content is the minimum in the west. The total trend of vertical distribution is to increase gradually from surface to bottom. This characteristic of DIC distribution is determined by Jiaozhou Bay hydrology and there is a close relation between DIC and particulate N,P. Average CO2 flux across the source for atmospheric CO2 in June and July, and the total CO2 flux from seawater into atmosphere is about 740 t in June and 969 t in July.