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沉积物营养盐研究是进行河口生物地球化学循环研究的前提,河口沉积物-水界面的物质迁移和变化机制的研究对于了解、探讨河口生物地球化学过程十分重要,具有极大的生态价值、应用价值和指导意义。磨刀门径流量和输沙量均为八大口门之首,受人类和自然因素影响,近几十年来水文情势和生态环境发生了巨大改变。
本文于2012年4月16~19日在磨刀门水道进行了断面考察和定点观测,研究了该区域沉积物-水界面营养盐的断面变化和潮汐周期内变化,探讨了诸多环境因子对沉积物-水界面营养盐交换的影响。同时,本次调查研究分析了三个典型站位(上游、中游、下游)柱状样沉积物营养盐的剖面分布。结果表明,空间分布上,间隙水中氨氮为无机氮有优势组分,上覆水中硝酸氮为无机氮优势组分。上覆水NO2--N中含量高于间隙水中,在间隙水中含量分布较为均匀。间隙水中SiO4--Si和PO43--p含量略高于上覆水中,含量相差不大。无论是上覆水还是间隙水,在口门处均出现了显著的变化,表现出了咸淡水混合区域复杂的营养盐动力学过程。估算交换通量发现,磨刀门沉积物是SiO4--Si,PO43--p,NH4+-N的源,NO3--N和NO2--N的汇。SiO4--Si交换通量变化与pH相关系数达到0.7747, pH的大小对表层沉积物中金属氧化物的含量有影响,影响SiO4--Si的吸附量。PO43--p交换通量的变化与pH、Eh相关性系数分别为0.5847和0.4244。无机磷通常以吸附在含铁氧化物中的形式被保藏在沉积物中,沉积物所处环境pH、Eh不同,含铁氧化物数量也不同,其对吸附-解析PO43--p产生的影响不同。NH4+-N交换通量与pH明显正相关,相关系数为0.5121。表明NH4-N交换通量变化主要与颗粒物表面对NH4+的吸附量有关,NH4+与H+对吸附位点的相互竞争对pH的微小变化十分敏感。NO2--N交换通量与上覆水中NO2--N浓度和DO相关系数分别为0.3414和0.3480。NO2--N所占无机氮比例最小,其交换通量主要受上覆水中浓度以及NH4-N硝化作用影响。NO3--N的交换通量与上覆水中NO3-N浓度负相关性极好(R2=0.8285),与pH和Eh变化相关性系数分别为0.4995和0.3016。上覆水中NO3--N浓度以及NO3--N的氨化作用是影响NO3--N交换通量的主要因素。潮汐循环内营养盐交换通量变化不大,小尺度时间范围内的交换通量变化主要受物理过程控制,化学过程对界面处营养盐浓度的变化影响相对较为缓慢。柱状样中W2站位SiO4--Si剖面分布特征表现为上表层和下底层含量明显低于剖面中间深度位置。W5站位间隙水SiO4--Si的含量表层次表层含量较低。W8站位最表层SiO4--Si含量低于上覆水中。W2、W5站位PO43--p含量随着深度增加没有明显的变化规律,整体较为平均。W8站位底部位置PO43--p出现急剧的升高。调查发现三个站位NH4+-N剖面分布总体上均呈现随着沉积物深度加深含量增加的趋势。NO2--N含量范围变化较小,所占无机氮比例远小于其他两种形式的氮。NO3--N站位表层间隙水中NO3--N含量低于上覆水中含量,并随着深度增加而急剧降低。