茅尾海悬浮颗粒物来源及其在自然光照条件下磷释放研究

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水体中悬浮颗粒物作为营养盐的重要载体,其迁移转化对水体营养盐的循环过程及其生态效应具有重要影响,悬浮颗粒物进入水体后不仅能增加水体悬浮物的浓度,同时也是磷等众多污染物的重要载体,对悬浮颗粒物的来源进行追溯和转化过程的研究是控制提升水质的重要依据。本研究选取茅尾海流域及其入海河口作为研究对象,构建复合泥沙指纹图谱的贝叶斯溯源模型并进行应用,研究基于多元统计分析方法(Kruskal-Wallis非参数检验和多元判别分析)筛选示踪悬浮颗粒物来源的最佳复合指纹图谱,应用贝叶斯理论构建溯源混合模型(Mix SIAR),计算五种潜在来源:红树林土壤(S2)、堤岸土(S3)、河口颗粒物(S4)、茅尾海沉积物(S5)以及湾外颗粒物(S6)对茅尾海水柱(C)中悬浮颗粒物的贡献率并进行探讨分析;并进一步通过现场采样及分析,探讨光照条件下悬浮颗粒物光解过程中的磷释放行为,解析了悬浮颗粒物浓度、光照时间等环境因素对悬浮颗粒物光解过程的影响。研究结果表明:(1)基于多元统计方法筛选出了Mg、Al、Mn、Pb、Fe五种指纹元素可作为最佳指纹因子组合,累计判别正确率为78%。根据指纹因子浓度,构建多元混合模型,进行溯源解析,贝叶斯混合模型结果显示,茅尾海悬浮颗粒物主要来源于河口颗粒物和湾外颗粒物,贡献率最高达到58.9%和68.6%,说明水体中的悬浮颗粒物受到的随水体汇入的颗粒物影响较大;其中两个样点沉积物的贡献率次之,这两个点位比较靠近海岸,周围有滨海公园,受人为环境影响较大,造成沉积物贡献率高达30.9%和22.1%,而其他点位沉积物的贡献率最低仅为5%,各点位沉积物的贡献率均值仅7.7%,是各类源中最低的。红树林土壤和堤岸土的贡献率在各点位的贡献率都相对较低,红树林在各点位的贡献率最低为5.7%,最高为11.6%,各点位的含量平均值计算出来的贡献率也仅有10%,堤岸土在各点位的贡献率最低为6.1%,最高为13.4%,各点位堤岸土的贡献率均值为10.5%,相对于其他来源红树林和堤岸土对茅尾海悬浮颗粒物的影响较小。河口颗粒物的贡献率最高达到了58.9%,该点位最靠近茅岭江汇入的河口,说明较于沉积物来说,悬浮颗粒物的迁移影响更大。湾外颗粒物对各点位的贡献率最高达到了68.6%,其次是53.4%,这两个点位均是靠近茅尾海外的北部湾,由潮汐带入的颗粒物给茅尾海带来较大的影响。(2)悬浮颗粒物的光解特性研究结果表明,光照可导致悬浮颗粒物发生明显的降解,并伴随着溶解态无机磷的释放。溶解态无机磷释放的主要来源是悬浮颗粒物中有机磷的降解。在避光条件下的无机磷和有机磷前后变化差异不大,进一步验证了光照对有机磷转化为无机磷的强化作用,此外,溶解态的有机磷占比极低,变化也不明显,验证了悬浮颗粒物对水体中磷的迁移转化影响程度更大。光降解过程中,悬浊液中无机磷的释放量随着悬浮物浓度的升高而增加,但当悬浮物浓度增加到一定值时,悬浮颗粒物会阻挡部分光照使得部分颗粒物无法进行有效光解。悬浮颗粒物中有机磷的光解随着光照时间的增加,光照对有机磷的光解作用可能就越显著。
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